న్యూటన్‌ గమన నియమాలు

బాహ్య బలానికి వేగం అనులోమం!

 ఆగి ఉన్న బస్సు హఠాత్తుగా ముందుకు కదిలితే ప్రయాణికులు వెనక్కి పడిపోతారు. గాల్లో వేగంగా వస్తున్న క్రికెట్‌ బంతిని పట్టుకున్నప్పుడు దెబ్బ తగలకుండా కొంత దూరం చేతులను వెనక్కి లాగుతారు. కాలువలో పడవ ముందుకు కదలాలంటే తెడ్డుతో నీటిని వెనక్కి నెడతారు. ఇవన్నీ సాధారణ సంఘటనలుగా కనిపించినప్పటికీ, వాటిలో మూడు అసాధారణ  భౌతికశాస్త్ర నియమాలు ఉన్నాయి. ఆసక్తికరమైన ఆ అంశాలు ఆధునిక విజ్ఞానానికి మార్గదర్శకాలయ్యాయి. యాంత్రిక శాస్త్రం, సరికొత్త ఇంజినీరింగ్‌ వ్యవస్థల ఆవిర్భవానికి దోహదపడ్డాయి. వాటిపై పోటీ పరీక్షార్థులు అవగాహన పెంచుకోవాలి. సంబంధిత అనువర్తనాలను పరిశీలనాత్మకంగా అధ్యయనం చేయాలి. 

 

‘ఒక వస్తువుపై కొంత బాహ్యబలాన్ని ప్రయోగించినప్పుడు అది గమనంలోకి వచ్చినప్పటికీ మళ్లీ కొంత సమయానికి నిశ్చల స్థితిని పొందుతుంది. ‘నిశ్చల స్థితిలో ఉన్న వస్తువుల గురించి వివరణ అవసరం లేదు’ అని తెలిపిన శాస్త్రవేత్త అరిస్టాటిల్‌.

* ‘నిశ్చల స్థితిలో ఉన్న వస్తువుపై కొంత బాహ్యబలాన్ని ప్రయోగిస్తే అది ఎల్లప్పుడూ గమనంలో ఉంటుంది’ అని గెలీలియో వివరించాడు. ఘర్షణ బలం గురించి  కూడా ఈయన ఊహించాడు.

* అరిస్టాటిల్, గెలీలియో పరికల్పనల ఆధారంగా న్యూటన్‌ అనే శాస్త్రవేత్త తన ‘ప్రిన్సిపియా’ అనే పుస్తకంలో మూడు గమన నియమాలను తెలియజేశాడు. అందుకే న్యూటన్‌ను ‘గతిశాస్త్ర పితామహుడు’ అని పిలుస్తారు.

1) న్యూటన్‌ మొదటి గమన నియమం: బాహ్యబల ప్రమేయం లేనంత వరకు నిశ్చలస్థితిలో ఉన్న వస్తువు అదే స్థితిలో ఉంటే సమవేగంతో రుజుమార్గంలో ప్రయాణించే వస్తువు అదే వేగంతో దిశ మారకుండా ప్రయాణిస్తాయి. దీన్నే జడత్వ నియమం అంటారు.

జడత్వం: ఒక వస్తువు, తన స్థితిలో మార్పును వ్యతిరేకించే ధర్మాన్ని జడత్వం అంటారు. కదలకుండా ఉన్న వస్తువు అదే స్థితిలో ఉండటానికి, సమవేగంతో రుజు మార్గంలో ప్రయాణించే వస్తువు అదే వేగంతో ప్రయాణించడానికి ప్రయత్నిస్తాయి. జడత్వం అనేది వస్తువు ద్రవ్యరాశికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. జడత్వం కొలతనే ద్రవ్యరాశి అంటారు.

జడత్వం ప్రధానంగా మూడు రకాలుగా ఉంటుంది. 

ఎ) విరామ జడత్వం: నిశ్చల స్థితిలో ఉన్న వస్తువు తన స్థితిలో మార్పును వ్యతిరేకించే ధర్మాన్ని విరామ జడత్వం అంటారు.

ఉదా: ఆగి ఉన్న బస్సును డ్రైవర్‌ హఠాత్తుగా కదిలించినప్పుడు అందులోని ప్రయాణికులు వెనక్కి పడిపోవడం. 

* క్యారంబోర్డులోని కాయిన్స్‌ను ఒకదానిపై మరొకటి వరుసగా పేర్చి స్ట్రైకర్‌తో అడుగు కాయిన్‌ను కొట్టగానే అది మాత్రమే గమనంలోకి వచ్చి మిగిలినవన్నీ అదే స్థితిలో ఉండటం. 

* కంబలిని కర్రతో కొట్టినప్పుడు అందులోని దుమ్ము కణాలు పైకి ఎగరడం.* ఫ్యాన్‌ స్విచ్‌ ఆన్‌ చేసిన తర్వాత వేగంగా తిరగడానికి కొంత సమయం పట్టడం.

బి) గమన జడత్వం: గమనంలో ఉన్న వస్తువు తన స్థితిలో మార్పును వ్యతిరేకించే ధర్మాన్ని గమన జడత్వం అంటారు.

ఉదా: కదులుతున్న బస్సులో డ్రైవర్‌ హఠాత్తుగా బ్రేకులు వేయగానే ప్రయాణికులు ముందుకు పడిపోవడం. * గమనంలో ఉన్న బస్సు నుంచి దిగిన వ్యక్తి బస్సుతో పాటు కొంత దూరం పరుగెత్తడం. * లాంగ్‌ జంప్‌ చేసే వ్యక్తి కొంత దూరం పరిగెత్తి వచ్చి జంప్‌ చేయడం.

సి) దిశా జడత్వం: ఒక వస్తువు తన దిశలో మార్పును వ్యతిరేకించే ధర్మాన్ని దిశా జడత్వం అంటారు.

ఉదా: బస్సు వేగంగా కుడివైపు మలుపు తిరిగితే దానిలోని ప్రయాణికులు ఎడమ వైపునకు, అలాగే వేగంగా ఎడమ వైపు మలుపు తిరిగితే, ప్రయాణికులు కుడివైపునకు పడిపోవడం.* తుపాను గాలికి చేతిలోని గొడుగు దిశను మార్చుకోవడం.

ద్రవ్యవేగం (P): ద్రవ్యరాశి, వేగాల లబ్ధాన్ని ద్రవ్యవేగం అంటారు.

P = mv, S.I. ప్రమాణం kg. m/s, C.G.S. ప్రమాణం gm. m/s * ఇది సదిశ రాశి

 

2) న్యూటన్‌ రెండో గమన నియమం: ఒక వస్తువుపై బలాన్ని ప్రయోగిస్తే, ఆ వస్తువు ద్రవ్య వేగంలోని మార్పు రేటు, దానిపై ప్రయోగించిన బాహ్య బలానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

        

* ఈ నియమం బలం కొలతను, ప్రభావాన్ని తెలియజేస్తుంది. 

బలం (F) = ద్రవ్యరాశి X త్వరణం  F = ma

* బలం S.I. ప్రమాణం - న్యూటన్

* C.G.S. ప్రమాణం - డైన్‌

* వస్తువులో త్వరణాన్ని కలగజేసే కారకం బలం.

* బాహ్యబలం లేకపోతే వస్తువు స్థితిలో మార్పు ఉండదు. ద్రవ్యవేగంలో మార్పు ఉంటుంది.

3) న్యూటన్‌ మూడో గమన నియమం: చర్యకు సమానమైన ప్రతిచర్య వ్యతిరేక దిశలో ఉంటుంది. చర్య, ప్రతిచర్య బలాలు ఒకే వస్తువుపై పనిచేయవు. వేర్వేరు వస్తువులపై పనిచేస్తాయి. అందుకే శూన్యం కావు.

ఉదా: 

* నేలపై నడవడం. 

* తుపాకీ నుంచి వెలువడిన బుల్లెట్‌. 

* పక్షి రెక్కల చలనం. 

* రాకెట్‌ చలనం. 

* విమానం ముందుకు కదలడానికి దాని ప్రొపెల్లర్‌ గాలిని వెనక్కి నెట్టడం.

* పడవను ముందుకు కదిలించడానికి తెడ్డుతో నీటిని వెనక్కి నెట్టడం.

ద్రవ్యవేగ నిత్యత్వ నియమం: బాహ్య బలప్రయోగం లేనంతవరకు వ్యవస్థ ద్రవ్య వేగంలో మార్పు ఉండదు. అంతర్గత బలాల వల్ల వస్తు వ్యవస్థల మొత్తం ద్రవ్యవేగంలో మార్పు రాదు.

ఉదా: ఫిరంగిని పేల్చినప్పుడు గుండు ముందుకు జరిగితే వెళిలే ఫిరంగి వెనక్కి కదులుతుంది. గుండు పొందే ద్రవ్యవేగానికి, సమానమైన ద్రవ్యవేగాన్ని ఫిరంగి వ్యతిరేక దిశలో పొందుతుంది. ఫిరంగి ద్రవ్యరాశి గుండుతో పోలిస్తే చాలా ఎక్కువ ఉండటం వల్ల అది వెనక్కి వచ్చే వేగం తక్కువగా ఉంటుంది.

ప్రచోదనం: ఒక వస్తువుపై అత్యధిక బలం అత్యల్ప కాలంలో పనిచేయడాన్ని ప్రచోదనం అంటారు. ఒక వస్తువు ద్రవ్య వేగంలోని మార్పు ప్రచోదనానికి సమానం. దీనిని న్యూటన్‌ - సెకన్‌లలో కొలుస్తారు ఇదొక సదిశరాశి.

ఉదా: మేకును గోడలోకి దించడానికి బరువైన సుత్తితో కొట్టడం వల్ల దానిపై ప్రచోదనం ఏర్పడుతుంది.

* కొంత ఎత్తు నుంచి గట్టి నేలపై దూకినప్పుడు కాళ్లపై పనిచేసే ప్రచోదనం విలువ ఎక్కువగా ఉంటుంది. అదే ఇసుకపై దూకినప్పుడు తక్కువగా ఉంటుంది.

* వేగంతో వస్తున్న కారు నిలకడగా ఉన్న కారును ఢీకొట్టడం వల్ల నిలకడగా ఉన్న కారుకు నష్టం కలగడానికి ప్రచోదనమే కారణం.

* క్రికెట్‌ బంతిని పట్టుకునేటప్పుడు వ్యక్తి తన చేతిని వెనక్కి లాగడం వల్ల కాలం పెరిగి చేతిపై ప్రచోదన బలం తగ్గుతుంది.

* హైజంప్, పోల్‌వాల్ట్‌ చేసే చోట ఇసుక, మెత్తని పదార్థాలతో నింపడం.

* వాహనాల్లో కుదుపులను తగ్గించడానికి షాక్‌ అబ్జార్బర్‌ (స్వింగ్స్‌)ను ఉపయోగించడం.

* పగిలే స్వభావం ఉండే పదార్థాలను రవాణా చేసేటప్పుడు థర్మాకోల్, రంపపు పొట్టు వంటి పదార్థాలతో ప్యాకింగ్‌ చేయడం.

 

అభిఘాతాలు:  రెండు వస్తువులు ఒకదానికొకటి సమీపించినప్పుడు వాటి మధ్య ‘చర్య’, ‘ప్రతిచర్య’ బలాలు పనిచేసి, వాటి గతిజ శక్తులు, ద్రవ్య వేగాల్లో మార్పులు జరిగే ప్రతిచర్యను అభిఘాతం అంటారు.

ఉదా: 

* బిలియర్డ్స్‌ బంతులు 

* క్యారమ్‌ బోర్డులో కాయిన్స్‌ 

* గాలి అణువులు ఢీకొనడం

అభిఘాతాలు రెండు రకాలు:  

1) స్థితిస్థాపక అభిఘాతం 

2) అస్థితిస్థాపక అభిఘాతం. 

* స్థితిస్థాపక అభిఘాతాల్లో ద్రవ్యవేగం, గతిజశక్తి నిత్యత్వం.

* అస్థితిస్థాపక అభిఘాతాల్లో కేవలం ద్రవ్యవేగం మాత్రమే నిత్యత్వం.

రాకెట్‌ గమనం:  రాకెట్‌ ఒక చర ద్రవ్యరాశి వ్యవస్థ. అంటే దాని ద్రవ్యరాశి క్రమంగా తగ్గిపోతూ ఉంటుంది. రాకెట్‌లోని దహన పేటికలో ఇంధనాన్ని మండించినప్పుడు వాయువుల ఉష్ణోగ్రత, పీడనం అత్యధికంగా ఉంటుంది. ఈ స్థితిలో వాయువులు ఛాంబర్‌ వెనక్కి/కిందకు వేగంతో బయటకు వచ్చి, రాకెట్‌ను ముందుకు నెడతాయి.

బహుళ అంచెల రాకెట్‌ వ్యవస్థ: 

ఈ వ్యవస్థను ప్రతిపాదించిన వ్యక్తి గొడార్డ్‌. ఒకే అంచెలో రాకెట్‌ను నిర్మించడం వల్ల ఇంధనం వృథా అవుతుంది. దానికి కావాల్సిన గరిష్ఠ వేగాన్ని సాధించడం కూడా కష్టమవుతుంది. ఈ ఇబ్బందులను తొలగించడానికి రాకెట్‌ను మూడు/నాలుగు అంచెలుగా నిర్మిస్తారు. ప్రతి అంచె కూడా ఒక రాకెట్‌ వ్యవస్థే. సాధారణంగా మొదటి అంచె రాకెట్‌ చాలా పెద్దదిగా, బరువుగా ఉంటుంది. కొంతదూరం వెళ్లిన తర్వాత ఈ భారాన్ని తగ్గించే రాకెట్‌ ద్రవ్యరాశి తగ్గి అధిక వేగాన్ని అందుకుంటుంది. ఇదేతరహాలో రెండు, మూడు దశలకు సంబంధించిన భారాన్ని తగ్గిస్తారు. చివరి దశ చాలా తేలిగ్గా ఉండటంతో రాకెట్‌ కావాల్సిన గరిష్ఠ వేగాన్ని పొందుతుంది.

 

మాదిరి ప్రశ్నలు

 

1. ఘర్షణ బలాన్ని ఊహించిన శాస్త్రవేత్త?

1) న్యూటన్‌     2) గెలీలియో

3) అరిస్టాటిల్‌   4) మైకెల్‌ ఫారడే

2. కిందివాటిలో జడత్వం దేనిపై ఆధారపడుతుంది?

1) పీడనం    2) బలం    3) ద్రవ్యరాశి   4) భారం

3. కదిలే బస్సు నుంచి దిగిన వ్యక్తి బస్సుతో పాటు కొద్దిదూరం ముందుకు కదలడం?

1) గమన జడత్వం   2) విరామ జడత్వం

3) దిశా జడత్వం 4) నిశ్చల జడత్వం

4. బలం S.I. ప్రమాణం?

1) జౌల్‌   2) న్యూటన్‌   3) ఎర్గ్‌   4) డైన్‌

5. కిందివాటిలో న్యూటన్‌ మూడో గమన నియమానికి సంబంధించినది?

1) రాకెట్‌         2) తుపాకీ బుల్లెట్‌ కదలడం

3) షాట్‌పుట్‌ విసరడం  4) విమానం గాలిలోకి ఎగరడం

 

6. పగిలే స్వభాగం ఉండే వస్తువులను రవాణా చేసేటప్పుడు థర్మోకోల్‌ను ఉపయోగిస్తారు కారణం?

1) కాలం పెంచి బలం తగ్గించడం   2) కాలం తగ్గించి బలం పెంచడం

3) కాలం బలం రెండూ పెంచడం   4) కాలం బలం రెండూ తగ్గించడం

7. బలం ఫార్ములాను గుర్తించండి.

1) F = mg   2) F = ma

3)        4)

8. కంబలిని కర్రతో కొట్టినప్పుడు అందులోని దుమ్ము కణాలు ఎగిరిపడటం అనేది?

1) దిశా జడత్వం   2) గమన జడత్వం

3) విరామ జడత్వం   4) ఏదీకాదు

 

9. ‘ప్రిన్సిపియా’ అనే గ్రంథాన్ని రచించిన శాస్త్రవేత్త?

1) అరిస్టాటిల్‌   2) గొడార్డ్‌    3) గెలీలియో   4) న్యూటన్‌

 

10. బహుళ అంచెల రాకెట్‌ వ్యవస్థను ప్రతిపాదించిన శాస్త్రవేత్త?

1) మైకెల్‌ ఫారడే 2) గొడార్డ్‌  3) న్యూటన్‌ 4) గెలీలియో

సమాధానాలు: 1-2; 2-3; 3-1; 4-2; 5-2; 6-1; 7-1; 8-3; 9-4; 10-2.

 

 

రచయిత: చంటి రాజుపాలెం