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सरल रेखा में गति (कक्षा 11)

गति बताने के लिए पहले संदर्भ तंत्र चुनते हैं: एक मूल बिंदु, एक दिशा और एक घड़ी। स्थिति x समय t के साथ बदलती है। वेग v = dx/dt, यानी x–t ग्राफ की ढाल; त्वरण a = dv/dt, यानी v–t ग्राफ की ढाल। v–t ग्राफ के नीचे का क्षेत्रफल = विस्थापन। a स्थिर हो तो: v = u + at, x = ut + ½at², v² = u² + 2as।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. संदर्भ तंत्र: एक मूल बिंदु और एक दिशा चुनो। वही कार मूल O से 12 m दूर है, पर पेड़ से सिर्फ 6 m। स्थिति इस पर निर्भर है कि कहाँ से नापा।
  2. नीली कार हर सेकंड बराबर दूरी चलती है: एकसमान गति, x–t ग्राफ सीधी रेखा। लाल कार हर सेकंड ज़्यादा चलती है: असमान गति, ग्राफ मुड़ा हुआ।
  3. औसत वेग = Δx ÷ Δt, यानी काटने वाली रेखा की ढाल। Δt छोटा करो तो वह रेखा स्पर्श रेखा बन जाती है। उसकी ढाल ही तात्क्षणिक वेग है।
  4. एकसमान त्वरण में v–t ग्राफ सीधी रेखा होता है। इसकी ढाल a है। इसके नीचे का क्षेत्रफल विस्थापन है। यहीं से गति के समीकरण बनते हैं।
  5. कलन का रास्ता: v = dx/dt और a = dv/dt। स्थिर a का एक बार समाकलन करो तो v = u + at, दो बार करो तो x = ut + ½at², और v dv = a dx से v² = u² + 2as।
  6. अब आपकी बारी: u और a बदलो, और x–t, v–t, a–t ग्राफ बदल-बदल कर देखो। नीचे के अंकों से तीनों समीकरण जाँचो।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

एक ही कार की स्थिति दो लोग अलग क्यों बताते हैं?

दोनों ने अलग मूल बिंदु चुना है। संदर्भ तंत्र बदलो तो संख्या बदलती है, गति वही रहती है।

ग्राफ से एकसमान गति कैसे पहचानें?

x–t सीधी रेखा यानी हर सेकंड बराबर दूरी। 3D में नीले बिंदु बराबर दूरी पर हैं; लाल फैलते जाते हैं और लाल ग्राफ मुड़ता है।

चाल के लिए समय चाहिए, तो 'एक पल' की चाल कैसे?

Δt को छोटा और छोटा करते हैं। काटने वाली रेखा स्पर्श रेखा बन जाती है और Δx/Δt एक मान पर टिक जाता है: dx/dt।

v–t ग्राफ का क्षेत्रफल विस्थापन क्यों है?

बहुत छोटे समय dt में विस्थापन = v × dt, यानी एक पतली पट्टी का क्षेत्रफल। सब पट्टियाँ जोड़ो तो पूरा क्षेत्रफल।

v² = u² + 2as में समय क्यों नहीं है?

s = ½(u + v)t में t = (v − u)/a रखकर t हटा देते हैं, या a = v dv/dx लेकर x पर समाकलन करते हैं।

त्वरण ऋणात्मक हो और चाल फिर भी बढ़े, ऐसा हो सकता है?

हाँ, अगर v भी ऋणात्मक हो तो दोनों एक दिशा में हैं और चाल बढ़ती है। फ्री-प्ले में u = −2, a = −1 करके देखो।

संदर्भ तंत्र: आप कहाँ से नाप रहे हो?

गति हमेशा सापेक्ष होती है। किसी चीज़ की जगह बताने के लिए संदर्भ तंत्र (frame of reference) चाहिए: एक मूल बिंदु (शून्य), एक धनात्मक दिशा और समय नापने की घड़ी।

चलती ट्रेन में बैठा यात्री ट्रेन के सापेक्ष विराम में है, पर प्लेटफ़ॉर्म के सापेक्ष चल रहा है। दोनों बातें सही हैं, बस संदर्भ तंत्र अलग है।

सरल रेखा में एक चिह्न वाली संख्या x स्थिति बताती है। विस्थापन Δx = x₂ − x₁, यानी स्थिति में बदलाव। दूरी (पथ-लंबाई) = कुल तय रास्ता, हमेशा धनात्मक।

एकसमान और असमान गति

एकसमान गति: बराबर समय में बराबर विस्थापन, समय कितना भी छोटा हो। वेग स्थिर, x–t ग्राफ सीधी रेखा।

असमान गति: बराबर समय में अलग-अलग विस्थापन। वेग बदलता है और x–t ग्राफ मुड़ा होता है।

औसत और तात्क्षणिक चाल तथा वेग

औसत वेग = विस्थापन ÷ समय = Δx/Δt। औसत चाल = कुल पथ-लंबाई ÷ समय। 100 m जाकर 50 s में वापस आओ तो औसत वेग 0, पर औसत चाल 4 m/s।

तात्क्षणिक वेग यानी किसी एक पल का वेग: v = lim(Δt→0) Δx/Δt = dx/dt। x–t ग्राफ पर यह स्पर्श रेखा की ढाल है। तात्क्षणिक चाल = तात्क्षणिक वेग का परिमाण।

औसत चाल हमेशा औसत वेग के परिमाण से बड़ी या बराबर होती है; बराबर तभी जब वस्तु पीछे न मुड़े।

गति के लिए सरल अवकलन और समाकलन

बस कुछ नियम चाहिए: d/dt(tⁿ) = n tⁿ⁻¹, d/dt(अचर) = 0, और ∫tⁿ dt = tⁿ⁺¹/(n + 1) + C।

अवकलन x → v → a (ढाल) ले जाता है। समाकलन a → v → x (क्षेत्रफल) वापस लाता है; शुरुआती मान u और x₀ से अचर भरते हैं।

त्वरण और एकसमान त्वरित गति

त्वरण = वेग बदलने की दर: औसत a = Δv/Δt, तात्क्षणिक a = dv/dt (मात्रक m/s²)। जब हर पल a एक जैसा हो तो गति एकसमान त्वरित है; पृथ्वी के पास मुक्त रूप से गिरती वस्तु इसका सबसे अच्छा उदाहरण है (a = g ≈ 9.8 m/s², नीचे की ओर)।

ऋणात्मक a का मतलब हमेशा धीमा होना नहीं। वस्तु तभी धीमी होती है जब v और a के चिह्न उल्टे हों।

स्थिति–समय और वेग–समय ग्राफ

ग्राफ में एक ही समय पर दो स्थितियाँ नहीं हो सकतीं, और चाल कभी ऋणात्मक नहीं होती।

ग्राफ और कलन से गति के समीकरण

ग्राफ विधि (v–t सीधी रेखा u से v तक)

ढाल: a = (v − u)/t → v = u + at। क्षेत्रफल = आयत ut + त्रिभुज ½·t·(at) → s = ut + ½at²। समलंब के रूप में s = ½(u + v)t; इसमें t = (v − u)/a रखो → v² = u² + 2as।

कलन विधि

dv/dt = a → ∫ᵤᵛ dv = ∫₀ᵗ a dt → v = u + at। dx/dt = u + at → x − x₀ = ut + ½at²। और a = v dv/dx → ∫v dv = ∫a dx → v² − u² = 2a(x − x₀)।

n-वें सेकंड में दूरी: sₙ = u + a(2n − 1)/2। ये समीकरण सिर्फ स्थिर a पर लागू होते हैं।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. एक धावक 400 m का गोल ट्रैक 80 s में पूरा करके शुरुआत पर लौटता है। औसत चाल और औसत वेग निकालो।

चरण 1: पथ-लंबाई = 400 m, विस्थापन = 0। चरण 2: औसत चाल = 400/80 = 5 m/s। चरण 3: औसत वेग = 0/80 = 0।

2. एक कण की स्थिति x = 3t² − 2t + 4 है (x मीटर में, t सेकंड में)। t = 2 s पर वेग और त्वरण निकालो।

चरण 1: v = dx/dt = 6t − 2। चरण 2: t = 2 s पर v = 12 − 2 = 10 m/s। चरण 3: a = dv/dt = 6 m/s² (स्थिर)।

3. एक कार विराम से 2 m/s² त्वरण से चलती है। 5 s बाद उसका वेग और तय दूरी निकालो।

चरण 1: u = 0, a = 2, t = 5। चरण 2: v = u + at = 10 m/s। चरण 3: s = ½ × 2 × 25 = 25 m।

4. 20 m/s से चलती बाइक 5 m/s² के मंदन से ब्रेक लगाती है। रुकने से पहले कितना चलेगी?

चरण 1: u = 20, v = 0, a = −5। चरण 2: v² = u² + 2as → 0 = 400 − 10s। चरण 3: s = 40 m।

5. 45 m ऊँची इमारत से गेंद गिराई जाती है (g = 10 m/s²)। ज़मीन तक पहुँचने का समय और टकराते समय चाल निकालो।

चरण 1: नीचे को धनात्मक लो: u = 0, a = 10, s = 45। चरण 2: 45 = 5t² → t = 3 s। चरण 3: v = gt = 30 m/s।

6. v–t ग्राफ t = 0 पर 4 m/s से t = 6 s पर 16 m/s तक सीधी रेखा है। त्वरण और विस्थापन निकालो।

चरण 1: a = ढाल = (16 − 4)/6 = 2 m/s²। चरण 2: विस्थापन = समलंब का क्षेत्रफल = ½(4 + 16) × 6 = 60 m। चरण 3: जाँच: ut + ½at² = 24 + 36 = 60 m ✓।

7. u = 3 m/s और a = 2 m/s² वाली वस्तु 5वें सेकंड में कितनी दूरी तय करेगी?

चरण 1: sₙ = u + a(2n − 1)/2। चरण 2: s₅ = 3 + 2 × 9/2 = 12 m। चरण 3: जाँच: s(5) − s(4) = 40 − 28 = 12 m ✓।

8. एक कण का त्वरण a = 6t m/s² है। वह x = 0 पर विराम से चलता है। t = 2 s पर v और x निकालो।

चरण 1: a स्थिर नहीं, इसलिए v = u + at नहीं, कलन लगाओ। चरण 2: v = ∫₀ᵗ 6t dt = 3t² → v(2) = 12 m/s। चरण 3: x = ∫₀ᵗ 3t² dt = t³ → x(2) = 8 m।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. स्थिति–समय ग्राफ की ढाल देती है:
2. वेग–समय ग्राफ के नीचे का क्षेत्रफल देता है:
3. x = 4t³ हो तो t = 1 s पर वेग:
4. शुरुआत पर लौटने वाली यात्रा में औसत वेग:
5. किस समीकरण में समय t नहीं है?

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

कक्षा 11 में सरल रेखा में गति क्या है?

यह एक-विमीय गति का अध्याय है: स्थिति, विस्थापन, चाल, वेग, त्वरण, उनके ग्राफ और स्थिर त्वरण के लिए गति के समीकरण।

कलन विधि से गति के समीकरण कैसे निकालें?

dv/dt = a का समाकलन → v = u + at; dx/dt = u + at का समाकलन → x = ut + ½at²; v dv = a dx का समाकलन → v² = u² + 2as।

औसत वेग और तात्क्षणिक वेग में क्या अंतर है?

औसत वेग = कुल विस्थापन ÷ कुल समय। तात्क्षणिक वेग = dx/dt, किसी एक पल पर x–t ग्राफ की ढाल।

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