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प्रक्षेप्य गति और एकसमान वृत्तीय गति (कक्षा 11)

समतल में r = r₀ + v₀t + ½at² और v = v₀ + at, x और y पर अलग-अलग लगते हैं। प्रक्षेप्य का क्षैतिज वेग u cos θ स्थिर रहता है और ऊर्ध्वाधर वेग हर सेकंड g से बदलता है, इसलिए पथ परवलय है: y = x tan θ − gx²/(2u²cos²θ)। T = 2u sin θ/g, H = u² sin²θ/2g, R = u² sin 2θ/g (45° पर अधिकतम)। एकसमान वृत्तीय गति में चाल स्थिर पर वेग की दिशा घूमती है, इसलिए केंद्र की ओर अभिकेंद्र त्वरण a = v²/r = ω²r होता है।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. समतल में एकसमान वेग हो तो सीधी रेखा पर बराबर कदम: r = r₀ + vt। स्थिर त्वरण जोड़ो तो वेग का तीर घूमता है और पथ मुड़ जाता है।
  2. फेंकी गई गेंद: उसका क्षैतिज वेग कभी नहीं बदलता। ऊपर वाला वेग हर सेकंड 10 m/s घटता है, शीर्ष पर शून्य होता है, फिर नीचे की ओर हो जाता है। दोनों हिस्से एक-दूसरे को नहीं छेड़ते।
  3. x = (u cos θ)t को y = (u sin θ)t − ½gt² में रखकर t हटाओ। मिलता है y = bx − cx²: पथ परवलय है।
  4. शीर्ष बिंदु से उड़ान का समय, अधिकतम ऊँचाई और परास निकलते हैं। 30° और 60° एक ही जगह गिरते हैं। 45° सबसे दूर जाता है।
  5. वृत्तीय गति: चाल एक जैसी रहती है, पर दिशा घूमती रहती है। वेग स्पर्श रेखा पर; त्वरण केंद्र की ओर, a = v²/r।
  6. अब आपकी बारी: फेंकने की चाल और कोण चुनो। पथ देखो और नीचे T, H और R पढ़ो।

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

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

त्वरण जोड़ने पर पथ क्यों मुड़ता है?

त्वरण हर सेकंड वेग के तीर को थोड़ा बदलता है। जब वह वेग की दिशा में न हो तो तीर घूमता है, और पथ भी।

गुरुत्व क्षैतिज गति को धीमा क्यों नहीं करता?

गुरुत्व सीधा नीचे खींचता है, बगल में उसका कोई हिस्सा नहीं। 3D में नीला तीर पूरे रास्ते एक जैसा रहता है।

क्या शीर्ष पर वेग शून्य होता है?

नहीं। सिर्फ ऊर्ध्वाधर हिस्सा शून्य है। क्षैतिज हिस्सा गेंद को बगल में चलाता रहता है।

पथ परवलय क्यों है, वृत्त क्यों नहीं?

x, t के साथ बढ़ता है पर गिरना t² के साथ। t हटाओ तो y = bx − cx² मिलता है, जो परवलय का समीकरण है।

30° और 60° पर परास बराबर क्यों?

परास sin 2θ पर निर्भर है, और sin 60° = sin 120°। 60° वाला ऊँचा जाता है पर बगल में धीमा चलता है; दोनों असर बराबर हो जाते हैं।

वृत्त में चाल स्थिर है तो त्वरण क्यों?

वेग घूमता रहता है। दिशा बदलना भी वेग बदलना है, और यह बदलाव हमेशा केंद्र की ओर होता है।

समतल में एकसमान वेग और एकसमान त्वरण

समतल में स्थिति r = x î + y ĵ। वेग v = dr/dt = vx î + vy ĵ, और त्वरण a = dv/dt।

एकसमान वेग: v स्थिर → r = r₀ + vt, सीधा पथ।

एकसमान त्वरण: v = v₀ + at और r = r₀ + v₀t + ½at²। असल में ये दो सरल रेखा वाले सवाल हैं: x = x₀ + v₀ₓt + ½aₓt² और y = y₀ + v₀ᵧt + ½aᵧt²। x और y की गतियाँ स्वतंत्र हैं।

हर बिंदु पर v की दिशा पथ की स्पर्श रेखा पर होती है।

प्रक्षेप्य गति

प्रक्षेप्य वह वस्तु है जो हवा में फेंकी जाए और फिर सिर्फ गुरुत्व के असर में चले (वायु प्रतिरोध नगण्य)। चाल u, क्षैतिज से कोण θ:

पथ का समीकरण

t = x/(u cos θ) → y = x tan θ − g x²/(2u² cos²θ), यानी y = bx − cx², एक परवलय।

शीर्ष तक समय, उड़ान का समय, ऊँचाई और परास

शीर्ष पर vy = 0 → tₘ = u sin θ/g। उड़ान का समय T = 2u sin θ/g। अधिकतम ऊँचाई H = u² sin²θ/2g। क्षैतिज परास R = u² sin 2θ/g, θ = 45° पर सबसे अधिक (Rₘₐₓ = u²/g)। θ और 90° − θ पर परास बराबर।

ऊँचाई h से क्षैतिज फेंकना

uy = 0, इसलिए t = √(2h/g) और परास = u√(2h/g)।

एकसमान वृत्तीय गति

वृत्त पर स्थिर चाल से घूमती वस्तु एकसमान वृत्तीय गति में है। उसके वेग की दिशा बदलती रहती है, इसलिए उसमें त्वरण है।

कोणीय चाल ω = Δθ/Δt (rad/s); v = ωr; आवर्तकाल T = 2πr/v = 2π/ω; आवृत्ति ν = 1/T, इसलिए ω = 2πν।

अभिकेंद्र त्वरण

छोटे समय Δt में वेग सदिश Δθ कोण घूमता है। बदलाव |Δv| ≈ vΔθ, और यह केंद्र की ओर होता है। तो a = |Δv|/Δt = vω = v²/r = ω²r, हमेशा केंद्र की ओर। इसका परिमाण स्थिर है, पर दिशा घूमती है, इसलिए यह स्थिर सदिश नहीं है।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. एक कण मूल से v₀ = 4î m/s और a = 2ĵ m/s² से चलता है। t = 3 s पर स्थिति और वेग निकालो।

चरण 1: x = 4 × 3 = 12 m (x में त्वरण नहीं)। चरण 2: y = ½ × 2 × 9 = 9 m। चरण 3: v = 4î + 6ĵ m/s, चाल = √52 ≈ 7.2 m/s।

2. गेंद 20 m/s से ज़मीन से 30° पर फेंकी गई (g = 10 m/s²)। उड़ान का समय निकालो।

चरण 1: uy = 20 sin 30° = 10 m/s। चरण 2: T = 2uy/g = 2 s।

3. उसी थ्रो (20 m/s, 30°) की अधिकतम ऊँचाई और परास निकालो।

चरण 1: H = uy²/2g = 100/20 = 5 m। चरण 2: ux = 20 cos 30° ≈ 17.32 m/s। चरण 3: R = ux × T ≈ 34.6 m।

4. 30 m/s से फेंकी गेंद समतल ज़मीन पर अधिकतम कितनी दूर जा सकती है (g = 10 m/s²)?

चरण 1: 45° पर परास अधिकतम। चरण 2: Rₘₐₓ = u²/g = 900/10 = 90 m।

5. 20 m ऊँची छत से पत्थर 15 m/s से क्षैतिज फेंका (g = 10 m/s²)। कब और कहाँ गिरेगा?

चरण 1: uy = 0 → 20 = 5t² → t = 2 s। चरण 2: x = 15 × 2 = 30 m। चरण 3: गिरते समय vy = 20 m/s, चाल = √(225 + 400) = 25 m/s।

6. दिखाओ कि एक ही चाल से 25° और 65° पर फेंकने से परास बराबर होती है।

चरण 1: R ∝ sin 2θ। चरण 2: sin 50° = sin 130°, क्योंकि sin(180° − x) = sin x। चरण 3: इसलिए R(25°) = R(65°); 65° वाला ज़्यादा ऊँचा और ज़्यादा देर हवा में रहता है।

7. 0.5 m डोरी से बँधा पत्थर हर सेकंड 2 चक्कर लगाता है। चाल और अभिकेंद्र त्वरण निकालो।

चरण 1: ω = 2πν = 4π ≈ 12.57 rad/s। चरण 2: v = ωr ≈ 6.28 m/s। चरण 3: a = ω²r ≈ 79 m/s², केंद्र की ओर।

8. कार 50 m त्रिज्या के मोड़ पर 36 km/h से मुड़ती है। अभिकेंद्र त्वरण निकालो।

चरण 1: 36 km/h = 10 m/s। चरण 2: a = v²/r = 100/50 = 2 m/s²। चरण 3: दिशा: मोड़ के केंद्र की ओर।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. प्रक्षेप्य के सबसे ऊँचे बिंदु पर त्वरण:
2. किन कोणों पर परास बराबर है?
3. प्रक्षेप्य का पथ होता है:
4. एकसमान वृत्तीय गति में त्वरण की दिशा:
5. फेंकने की चाल दुगनी करने पर परास:

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 प्रक्षेप्य गति क्या है?

हवा में फेंकी गई वस्तु की सिर्फ गुरुत्व के असर में गति। इसमें स्थिर क्षैतिज वेग और एकसमान त्वरित ऊर्ध्वाधर गति साथ-साथ चलती हैं।

45° पर परास अधिकतम क्यों होती है?

R = u² sin 2θ/g, और sin 2θ का सबसे बड़ा मान 1 है जब 2θ = 90°, यानी θ = 45°।

अभिकेंद्र त्वरण क्या है?

वृत्त पर चलती वस्तु का केंद्र की ओर त्वरण, जिसका परिमाण v²/r = ω²r है।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

स्पेन1º BachilleratoKinematics
यूक्रेन10 класMechanics
यूक्रेन10 класMechanics
सीबीएसई (भारत)कक्षा 11शुद्धगतिकी
इंग्लैंडYear 13Q Kinematics (2D and projectiles)
अमेरिकाGrade 12Kinematics
जापान高校2年Various motions
दक्षिण कोरिया고등학교 2학년Space-time and motion
दक्षिण कोरिया고등학교 3학년Mechanical interactions
रूस9 классMechanical phenomena
रूस10 классMechanics: kinematics
चीन高一Compulsory 2 Ch.5 Projectile motion

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