भौतिकी की मूल बातें – गति के नियम का परिचय

न्यूटन के गति के नियमों को सार्वभौमिक नियमों के रूप में वर्गीकृत किया गया है, जो बिना किसी अपवाद के स्वीकार करते हैं। इन कानूनों के अलावा गति के तीन अन्य नियम भी हैं जिन्हें अन्य कानूनों की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण माना जाता है। इनमें गतिज ऊर्जा, स्थितिज ऊर्जा और संवेग का संरक्षण शामिल हैं। आइए देखें कि गति के ये नियम हमें क्या बताते हैं।

न्यूटन के गति के नियम यांत्रिकी के पहले नियम हैं जो बताते हैं कि कोई भी चीज अपने साथ चलने वाली किसी भी चीज की गति से तेज गति से नहीं चल सकती है। पहले नियम में एक अक्रिय वस्तु अपने घूर्णन की गति को तब तक आगे नहीं बढ़ाएगी, जब तक कि उस पर कोई बल कार्य न करे। दूसरे नियम में कोई वस्तु अपने वेग में वृद्धि की दर से अपनी गति तब तक जारी रखती है जब तक कि कोई बाहरी बल उस पर कार्य नहीं करता और उसे स्थिर नहीं कर देता। तीसरे नियम में, किसी वस्तु का वेग किसी संदर्भ प्रणाली, जैसे समय या निर्देशांक से प्रभावित नहीं होता है। इस प्रकार, यांत्रिकी के ये तीन नियम खगोल विज्ञान के अलावा भौतिकी की सभी शाखाओं की नींव बनाते हैं।

अब देखते हैं कि गति के ये तीन नियम हमें विभिन्न प्रकार की गतियों के बारे में क्या बताते हैं जिनका हम निरीक्षण करते हैं। एक त्वरित वस्तु का वेग सीधे रोटेशन के कोण से संबंधित होता है, यह किसी दिए गए संदर्भ फ्रेम को प्रस्तुत करता है। यदि रोटेशन का कोण संदर्भ बिंदु से दूरी से बहुत बड़ा है, तो वस्तु का वेग घुमावदार होता है। इसी तरह, यदि संदर्भ बिंदु से दूरी त्वरित वस्तु के वेग से बहुत कम है, तो वस्तु एक सीधी रेखा में गति करती है।

गति और प्राकृतिक दर्शन के इन नियमों के बीच संबंध को समझने के लिए, भौतिक विज्ञान, दर्शन और प्रकृति के बीच संबंधों के बारे में कुछ जानना उपयोगी है। सामान्य रूप से दर्शनशास्त्र, और विशेष रूप से भौतिकी, वास्तविकता का वर्णन इस तरह से करने का प्रयास करते हैं जो अंतर्ज्ञान या “विशेष” ज्ञान पर निर्भर नहीं करता है। वे प्रकृति में पैटर्न को समझाने का प्रयास करते हैं और ये पैटर्न मानव जीवन से कैसे संबंधित हैं। विशेष रूप से, वे इस बात का लेखा-जोखा देने की कोशिश करते हैं कि हम जिस भौतिक दुनिया में रहते हैं, वह कैसे अस्तित्व में आई। इस संबंध में, भौतिक विज्ञान के विकास में कई दार्शनिकों ने महत्वपूर्ण योगदान दिया है।

दर्शनशास्त्र से प्राप्त ज्ञान के सबसे महत्वपूर्ण टुकड़ों में से एक गति का संरक्षण है। गति का दूसरा नियम कहता है कि संवेग की कुल मात्रा जो एक अवस्था से दूसरी अवस्था में बदली गई है, उस संवेग की कुल मात्रा के बराबर होनी चाहिए जो मूल रूप से प्रणाली में थी। इस नियम को पहली बार एडिंगटन ने 18हॉक में गणितीय रूप से प्रदर्शित किया था। इसे विशेष सापेक्षता का उपयोग करके सिद्ध किया जा सकता है।

इसके अलावा, ऐसे कई भौतिक नियम हैं जो न्यूटन के गति के पहले और दूसरे नियम पर निर्भर करते हैं। इन नियमों में कहा गया है कि ऊर्जा, द्रव्यमान और गति संरक्षित हैं, यानी न्यूटनियन भौतिकी के बाकी नियमों को बदले बिना उन्हें बदला नहीं जा सकता है। इसका प्रसिद्ध उदाहरण है जब एक गोल्फ की गेंद घर के ऊपर से उछलती हुई जमीन से टकराने से ठीक पहले नीचे की ओर नीचे की ओर जाती है।

भौतिकी के क्षेत्र में अध्ययन किए गए सबसे दिलचस्प मामलों में से एक ग्रह के मामले हैं। सूर्य के चारों ओर परिक्रमा करने वाले ग्रह सौर मंडल के केंद्र की परिक्रमा करते हैं। इस तरह की गतियों के लिए गति के नियम हमें उस समय की गणना करने की अनुमति देते हैं जो किसी भी ग्रह को अपने स्वयं के घूर्णन अक्ष के चारों ओर एक बार घूमने में लगेगा। हम यह भी गणना कर सकते हैं कि वर्ष के विभिन्न समय में प्रत्येक ग्रह का वजन कितना होता है और इसमें शामिल गैस की संरचना का पता लगा सकते हैं। यदि केवल गुरुत्वाकर्षण होता, तो हम इन विवरणों का अध्ययन नहीं कर सकते थे, लेकिन एक घूर्णन समन्वय प्रणाली के रूप में ज्ञात उपकरण का उपयोग करके वेग और संरचना में भिन्नता का अध्ययन किया जा सकता है।

गति के नियम बताते हैं कि सभी निकाय निरंतर घर्षण की स्थिति में व्यवहार करते हैं। इसका मतलब यह है कि प्रत्येक वस्तु में समान मात्रा में बल होता है, चाहे वह किसी भी दिशा में घूमता हो। इस कानून के लिए एक अधिक सटीक शब्द यह कहना होगा कि सभी वस्तुओं में समान, निरंतर केन्द्रापसारक बल होते हैं जो रोटेशन की धुरी के बारे में उनकी कक्षा में हर बिंदु पर उन पर कार्य करते हैं। इसका मतलब यह है कि प्रत्येक वस्तु के लिए घूर्णन की दर समान होती है, और यह कि प्रणाली के केंद्र से दूरी हमेशा स्थिर रहती है। यह एक कताई वस्तु में क्या होता है, इसका अधिक गणितीय रूप से सटीक विवरण है।