గతిశాస్త్రం - న్యూటన్‌ గమన నియమాలు

   ప్రతి చర్యకీ ప్రతిచర్య!

 

కదిలే బస్సు నుంచి దిగినప్పుడు కాసేపు దానితోపాటు పరిగెత్తడం, వేగంగా వెళుతున్న బైకుకు బ్రేకులు వేస్తే అది పల్టీలు కొట్టడం, గాల్లో వేగంగా వచ్చిన క్రికెట్‌ బంతిని పట్టుకున్నప్పుడు చేతులను కొంత స్పీడ్‌తో వెనక్కి తీసుకోవడం, రాకెట్‌లు ఆకాశంలోకి దూసుకెళ్లడం... ఇవన్నీ నిత్యజీవితంలో తరచూ కనిపించే సంఘటనలు. వీటిలో కొన్ని భౌతికశాస్త్ర నియమాలు పనిచేస్తుంటాయి. వాటిని అర్థం చేసుకుంటే పలు రకాల ఉద్యోగ పరీక్షల్లో వచ్చే ప్రశ్నలకు తేలిగ్గా సమాధానాలు గుర్తించవచ్చు. 

 

న్యూటన్‌ అనే శాస్త్రవేత్త ఒక వస్తువు చలనాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి మూడు గమన నియమాలను ప్రతిపాదించాడు.  

న్యూటన్‌ మొదటి గమన నియమం  

ఒక వస్తువుపై బాహ్య ఫలిత బలం పనిచేయకపోతే నిశ్చలస్థితిలో లేదా సమచలనంలో ఉన్న వస్తువు అదే స్థితిలో ఉంటుంది. దీన్ని జడత్వ నియమం లేదా సమతాస్థితి నియమం అంటారు.

వివరణ: ఈ నియమం నుంచి ఏ వస్తువైనా తన స్థితిని తానంతటదే మార్చుకోలేదు. ఆ వస్తువు స్థితిని మార్చాలంటే బాహ్య బలం ప్రయోగించాలి. న్యూటన్‌ మొదటి గమన నియమం ‘బలం’ అనే నిర్వచనానికి కారణం అవుతుంది. ఏదైనా ఒక వస్తువు తన స్థితిలోని మార్పునకు కారణమైన దాన్ని వ్యతిరేకించే ధర్మాన్ని జడత్వం అంటారు. ఒక వస్తువు జడత్వం దాని ద్రవ్యరాశిపై ఆధారపడుతుంది. ద్రవ్యరాశి పెరిగితే జడత్వం కూడా పెరుగుతుంది. న్యూటన్‌ మొదటి గమన నియమం వస్తు జడత్వాన్ని తెలియజేస్తుంది. అందువల్ల దీన్ని జడత్వ నియమం అని కూడా అంటారు.

 

అనువర్తనాలు: ఒక వస్తువు మూడు రకాల జడత్వాలను ప్రదర్శిస్తుంది.

1) నిశ్చల లేదా స్థిర లేదా విరామ జడత్వం 2) గమన లేదా చలన జడత్వం 3) దిశా జడత్వం.

వీటికి సంబంధించిన ఉదాహరణలనే న్యూటన్‌ మొదటి గమన నియమం అనువర్తనాలుగా పరిగణిస్తారు. 

 

స్థిర జడత్వం: నిశ్చలస్థితిలో ఉన్న వస్తువు దాని స్థితిలోని మార్పును వ్యతిరేకించే లేదా తనంతట తానుగా స్థితిని మార్చుకోలేని స్వభావాన్ని నిశ్చల జడత్వం అంటారు. 

ఉదా:

* గుర్రపు స్వారీ చేసే వ్యక్తి గుర్రం కదిలిన వెంటనే వెనుకకు వంగడం.

* నిశ్చలస్థితిలో ఉన్న బస్సు లేదా రైలులో నిలబడిన ప్రయాణికులు అది కదిలిన వెంటనే వెనుకకు ఒరగడం.  

* చెట్టు కొమ్మను కుదిపినప్పుడు పండ్లు రాలడం.

* తివాచీని కర్రతో కొట్టినప్పుడు దుమ్ము బయటకు రావడం. 

* నిశ్చలస్థితిలో ఉన్న ప్రయాణికుడు కదులుతున్న బస్సు ఎక్కేందుకు దానితో పాటు కొంత దూరం పరిగెత్తడం. 

* బైకు అకస్మాత్తుగా కదిలినప్పుడు వెనుక కూర్చున్న వ్యక్తి వెనుకకుపడటం. 

* పుస్తకాల వరుస నుంచి మధ్యలో ఉన్న ఒక పుస్తకాన్ని తీస్తే మిగిలిన పుస్తకాలు అదే ప్రాంతంలో ఉండటం.

 

గమన జడత్వం: గమనంలో ఉన్న వస్తువు వెంటనే నిశ్చలస్థితిలోకి రాలేని స్వభావాన్ని లేదా గమన స్థితిని తానంతట తానుగా మార్చుకోలేని స్వభావాన్ని గమన జడత్వం అంటారు.

ఉదా: * గమనంలోని రైలు లేదా బస్సుకు బ్రేకులు వేసినప్పుడు ప్రయాణికులు ముందుకు వంగడం.

* గమనంలో ఉన్న బస్సులో నుంచి దిగిన ప్రయాణికుడు దానితో పాటు అదే దిశలో కొంత దూరం పరుగెత్తడం.

* లాంగ్‌జంప్‌ చేసే వ్యక్తి గమన జడత్వం పొందడానికి నిర్దేశించిన రేఖ నుంచి కొంత దూరం వెనుకకు రావడం. 

* ఎయిర్‌పోర్టు రన్‌వేలపై ల్యాండ్‌ అయిన విమానాలు కొంతదూరం ప్రయాణించి ఆగడం.

* గమన జడత్వం వల్ల కారు బ్రేకులు వేసినప్పుడు ప్రయాణికులు ముందుకు పడతారు. దాంతో ప్రమాదం జరిగే అవకాశం ఉంటుంది. కాబట్టి సీటు బెల్టు ధరించమంటారు. 

* వాహనం ఇంజిన్‌ను ఆపిన తర్వాత కూడా అది కొంతదూరం ప్రయాణించి ఆగడం.

* వేగంగా వెళుతున్న బైకుకి అకస్మాత్తుగా బ్రేకులు వేస్తే అది పల్టీలు కొట్టడం.  

 

దిశా జడత్వం: గమనంలో ఉన్న ఒక వస్తువు తన దిశను తానంతట తానుగా మార్చుకోలేని స్వభావాన్ని దిశా జడత్వం అంటారు. 

ఉదా: * ఎగురుతున్న గాలిపటం దారం తెగినప్పుడు అదేదిశలో కొంతదూరం ప్రయాణించి కిందపడటం. 

* గమనంలో ఉన్న వాహనాలు అకస్మాత్తుగా వక్రమార్గం లేదా వంపు మార్గంలో ప్రయాణిస్తున్నప్పుడు ఆ మార్గం నుంచి దూరంగా వంగడం. 

* కత్తులు సానబట్టే యంత్రం నుంచి విడుదలయ్యే నిప్పురవ్వలు ఆ చక్రం స్పర్శరేఖ దిశలో ప్రయాణించడం. 

* చలనంలో ఉన్న వాహన చక్రం నుంచి బురద కణాలు స్పర్శ రేఖీయంగా ప్రయాణించడం. 

 

న్యూటన్‌ రెండో గమన నియమం  

ఈ నియమం ప్రకారం ఒక వస్తువు ద్రవ్యవేగంలోని మార్పురేటు ఆ వస్తువుపై ప్రయోగించిన ఫలిత బాహ్య బలానికి సమానం.

వివరణ: ద్రవ్యరాశి m, వేగం v ఉన్న ఒక వస్తువు మీద వేగం దిశలో ఫలిత బాహ్యబలం F పనిచేస్తుంటే ద్రవ్య తాక్షణిక కాలవ్యవధి dt లో దాని వేగంలో తాక్షిణిక మార్పు dp. అయితే న్యూటన్‌ రెండో గమన నియమం ప్రకారం

F = d/dt (mv)  (∵ p = mv)

F = dp/dt ...... (1)

* ఇక్కడ p = mv అనేది ద్రవ్యవేగం  

సమీకరణం (1) నుంచి 

F = d/dt (mv)

వస్తువు ద్రవ్యరాశి స్థిరంగా ఉన్నట్లు ఊహిస్తే 

F = m dv/dt = ma   (∵ a = dv/dt)

∴ F = ma...... (2)

'a' అనేది వస్తువులో కలిగే త్వరణం 

సమీకరణం (2) నుంచి బాహ్య ఫలిత బలం వస్తు ద్రవ్యరాశి, త్వరణాల లబ్ధానికి సమానం. 

 

బలానికి ప్రమాణాలు: SI/MKS పద్ధతిలో కి.గ్రా.మీ./సె² లేదా న్యూటన్‌. 

CGS పద్ధతిలో గ్రా.సెం.మీ./సె² లేదా డైన్‌. 

1 న్యూటన్‌ = 10⁵ డైన్‌లు

ఉదా:* వేగంగా వచ్చిన క్రికెట్‌ బంతిని క్యాచ్‌ పట్టుకున్నప్పుడు చేతులను కొంత వేగంతో వెనక్కి తీసుకోవడం. క్యాచ్‌ పట్టిన తర్వాత చేతులను స్థిరంగా ఉంచేస్తే గాయం అయ్యే అవకాశం ఉంది. 

 

న్యూటన్‌ మూడో గమన నియమం  

ఈ నియమాన్నే చర్య-ప్రతిచర్య నియమం అని కూడా అంటారు. దీని ప్రకారం ఒక చర్యకు ఎల్లప్పుడూ దానికి వ్యతిరేకదిశలో సమానమైన ప్రతిచర్య ఉంటుంది.

 

వివరణ: 

మొదటి వస్తువు రెండో వస్తువుపై కలగజేసిన బలం F₁₂, అదే సమయంలో రెండో వస్తువు మొదటి వస్తువుపై కలగజేసిన బలం F₂₁. అయితే న్యూటన్‌ మూడో గమన నియమం ప్రకారం F₁₂ = F₂₁ అవుతుంది.

ఈ ప్రతిపాదన ప్రకారం F₁₂, F₂₁ అనేవి రెండు వేర్వేరు వస్తువులపై పనిచేసే బలాలు. అదేవిధంగా ఈ బలాల్లో ఒకదాన్ని చర్యగా లేదా ప్రతిచర్యగా పరిగణించవచ్చు. ఎందుకంటే ఈ రెండు బలాలు ఒకే సమయంలో ప్రారంభమవుతాయి. ఈ నియమం ప్రకారం ప్రకృతిలో ఏకాంక బలం సాధ్యం కాదు. బలాలు ఎప్పుడు జంటగానే ఉత్పత్తవుతాయి. 

 

అనువర్తనాలు:

* ఈత కొట్టడం. 

* పడవపై నుంచి గట్టు మీదకు దూకినప్పుడు పడవ వెనుకకు జరగడం. 

* రాకెట్‌లు, క్షిపణులు, జెట్‌ విమానాలు ఎగరడం.

* పక్షులు, విమానాల గమనం. 

* తుపాకీ నుంచి బుల్లెట్‌ బయటకు వచ్చిప్పుడు తుపాకీ వెనుకకు కదలడం.

న్యూటన్‌ మూడు గమన నియమాల్లో రెండో గమన నియమాన్ని ప్రాథమిక నియమంగా పరిగణిస్తారు. ఎందుకంటే న్యూటన్‌ మొదటి, మూడో నియమాలను రెండో గమన నియమం ద్వారా ఉత్పాదించవచ్చు.

రచయిత: వడ్డెబోయిన సురేశ్‌ 

 

మరిన్ని అంశాలు ... మీ కోసం!

‣   ద్రావణాలు

‣  కార్బన్ - దాని సమ్మేళనాలు

‣  క్షారాలు, లవణాలు

 

‣ ప్ర‌తిభ పేజీలు

‣ ప్ర‌తిభ ప్ర‌త్యేక పేజీలు - 2022

‣ ప్ర‌తిభ ప్ర‌త్యేక పేజీలు - 2015