இயக்க விதிகள் - பத்தாம் வகுப்பு அறிவியல் அலகு 1

இயக்க விதிகள் பற்றி

நடுத்தரம் ~90 நிமிடப் படிப்பு

நாம் அன்றாட வாழ்க்கையில் காணும் பல்வேறு வகையான இயக்கங்களின் பின்னணியில் உள்ள காரணங்களை அறிவியல் பூர்வமாகவும் பகுத்தறிவுடனும் புரிந்து கொள்ள இந்த இயக்க விதிகள் அத்தியாயம் மிகவும் அவசியமான வழிகாட்டியாக அமைகிறது. ஓய்வில் இருக்கும் ஒரு கனமான பொருள் தானாகவே தன் நிலையை மாற்றிக் கொள்ளாததற்கும், வேகமாகச் செல்லும் பேருந்து திடீரென நிறுத்தப்படும் போது பயணிகள் அனைவரும் முன்னோக்கிச் சாய்வதற்கும் பின்னால் உள்ள அறிவியல் ரகசியங்களை இங்கு நாம் தெளிவான விதிகளோடு அறிந்து கொள்ளலாம். விசையின் பல்வேறு செயல்பாடுகளையும், அவை இயங்கும் பொருட்களின் மீது ஏற்படுத்தும் அழுத்தமான தாக்கங்களையும் துல்லியமாகப் பகுப்பாய்வு செய்து புரிந்து கொள்ள இந்த பாடம் ஒரு சிறந்த அடித்தளத்தை நமக்குக் கற்றுத் தருகிறது.

நிலைமம் என்ற அடிப்படையான இயற்பியல் பண்பில் தொடங்கி, கலிலியோவின் ஆய்வுப் பூர்வமான விளக்கங்களைக் கடந்து, நியூட்டனின் மூன்று இயக்க விதிகள் வரை அனைத்து முக்கியக் கருத்துக்களும் ஒன்றோடொன்று மிக அழகாக இணைக்கப்பட்டுள்ளன. விசையின் அலகு, உந்தம், உந்த மாறுபாட்டு வீதம் மற்றும் கணத்தாக்கு விசை ஆகியவற்றின் அறிவியல் விளக்கங்கள் நியூட்டனின் இரண்டாம் இயக்க விதியோடு நேரடியாகத் தொடர்புபடுத்தப்பட்டு, விசை எவ்வாறு அளவிடப்படுகிறது என்பதைத் தெளிவாக்குகிறது. மேலும், புவியீர்ப்பு முடுக்கத்தின் மதிப்பும், உயரம் மற்றும் ஆழத்தைப் பொறுத்து அது எவ்வாறு மாறுபடுகிறது என்பதும், நியூட்டனின் பொது ஈர்ப்பியல் விதியின் கோட்பாடுகளோடு இங்கு மிகத் தெளிவாகவும் அறிவியல் பூர்வமாகவும் விளக்கப்பட்டிருக்கிறது.

பொதுத் தேர்வு மற்றும் போட்டித் தேர்வுகளின் நோக்கில் ஆராயும்போது, இந்த அத்தியாயத்திலிருந்து கோட்பாடு சார்ந்த கேள்வியும், கணிதக் கணக்கீடுகளும் மிக அதிக அளவில் கேட்கப்பட வாய்ப்புகள் உள்ளன. நியூட்டனின் இயக்க விதிகளுக்கான அன்றாட வாழ்க்கைப் பயன்பாடுகள், உந்த அழிவின்மை விதியின் பயன்பாடு மற்றும் விண்கலத்தில் விண்வெளி வீரர்கள் எடையிழப்புடன் மிதப்பதற்கான அறிவியல் காரணங்கள் போன்ற பகுதிகள் மாணவர்களின் பகுப்பாய்வுத் திறனைச் சோதிக்கப் பெரிதும் பயன்படுகின்றன. விதிகளை அவற்றின் கணிதச் சமன்பாடுகளுடன் முறையாகத் தொடர்புபடுத்திப் படிப்பதன் மூலம், தேர்வுகளில் கேட்கப்படும் எத்தகைய கடினமான கணக்குகளையும் மாணவர்கள் மிக எளிதாகத் தீர்த்து முழு மதிப்பெண்களை முழுமையாகப் பெற முடியும்.

நீங்கள் கற்பவை

• விளக்குதல்: விசை மற்றும் நிலைமத்தின் அடிப்படைத் தத்துவங்களை அன்றாட வாழ்க்கை நிகழ்வுகளோடு தொடர்புபடுத்தி விளக்குதல்.
• வரையறுத்தல்: நியூட்டனின் மூன்று இயக்க விதிகளை முறையான இயற்பியல் சான்றுகளுடன் வரையறுத்தல்.
• கணக்கிடுதல்: விசை, நிறை, முடுக்கம் மற்றும் உந்தம் ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான தொடர்பைப் பயன்படுத்தி கணக்குகளைத் தீர்த்தல்.
• பகுப்பாய்வு செய்தல்: புவியீர்ப்பு முடுக்கத்தின் மதிப்பு உயரம் மற்றும் ஆழத்தைப் பொறுத்து எவ்வாறு மாறுகிறது என்பதைப் பகுப்பாய்வு செய்தல்.
• ஒப்பிடுதல்: நிறை மற்றும் எடை ஆகிய இரண்டு இயற்பியல் அளவுகளுக்கு இடையே உள்ள வேறுபாடுகளை ஒப்பிட்டுப் புரிந்து கொள்ளுதல்.
• பயன்படுத்துதல்: உந்த மாறாக் கோட்பாட்டைப் பயன்படுத்தி ராக்கெட் ஏவுதல் போன்ற தொழில்நுட்ப செயல்பாடுகளை விளக்குதல்.

தொடங்குவதற்கு முன்

• இயக்கத்தின் அடிப்படைகளான வேகம், திசைவேகம் மற்றும் முடுக்கம் பற்றிய ஆரம்பக்கட்ட அறிவு.
• அளவீட்டியல் பாடத்தின் மூலம் இயற்பியல் அளவுகள் மற்றும் அவற்றின் அலகுகள் பற்றிய புரிதல்.
• அடிப்படை இயற்கணிதச் சமன்பாடுகளைத் தீர்க்கும் கணிதத் திறன்.

இயக்க விதிகள் — விரிவான விளக்கம்

இயக்க விதிகளின் அடிப்படைக் கோட்பாடுகள்

விசை மற்றும் இயக்கம்

இயற்கையில் உள்ள அனைத்துப் பொருட்களும் ஓய்வு நிலையிலோ அல்லது இயக்க நிலையிலோ காணப்படுகின்றன. விசை என்பது ஒரு பொருளின் தற்போதைய ஓய்வு நிலையையோ அல்லது சீரான நேர்க்கோட்டு இயக்க நிலையையோ மாற்றக்கூடிய அல்லது மாற்ற முயற்சி செய்யக்கூடிய ஒரு புறக் காரணியாகும். பழங்கால கிரேக்க தத்துவ அறிஞர் அரிஸ்டாட்டில் விசையின் தேவை குறித்து சில கருத்துக்களை வெளியிட்டார். ஆனால் அறிவியல் அறிஞர் கலிலி்யோ விசையின் இயல்பை ஆய்வுப் பூர்வமாக விளக்கி, விசையின்றி பொருள்கள் தொடர்ந்து இயங்க முடியும் என்று நிரூபித்தார். இத்தகைய மாறுபட்ட தத்துவக் கருத்துக்கள் விசை மற்றும் இயக்கத்திற்கு இடையிலான இயற்பியல் தொடர்பைப் புரிந்து கொள்ளவும், அன்றாட இயக்கங்களைச் சரியாகப் பகுப்பாய்வு செய்யவும், பொருளின் இயக்க ஆற்றலைத் துல்லியமாகக் கணக்கிடவும் நமக்கு முக்கியமான அடிப்படையாகும்.

நிலைமம் மற்றும் அதன் வகைகள்

புற விசை ஏதும் செயல்படாத வரையில், எந்தவொரு பொருளும் தனது முந்தைய ஓய்வு நிலையையோ அல்லது சீரான நேர்க்கோட்டு இயக்க நிலையையோ மாற்றிக் கொள்ளாமல் அதே நிலையில் தொடர்ந்து நீடிக்க முயலும் இயற்கையான பண்பு நிலைமம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. இது பொருட்களின் நிறையைப் பொறுத்து மாறுபடும் ஒரு அடிப்படை இயற்பியல் குணமாகும். நிலைமம் மூன்று முக்கிய பிரிவுகளாக வகைப்படுத்தப்படுகிறது: ஓய்வில் நிலைமம், இயக்கத்தில் நிலைமம் மற்றும் திசையில் நிலைமம். இவை அனைத்தும் பொருட்கள் தங்களது தற்போதைய குறிப்பிட்ட நிலையிலிருந்து மாறுபடுவதை எவ்வாறு எதிர்க்கின்றன என்பதையும், புதிய இயக்கங்களை எவ்வாறு ஏற்கின்றன என்பதையும், பொருட்களின் திசையமைப்பை எவ்வாறு தக்கவைத்துக் கொள்கின்றன என்பதையும் நமக்குத் தெளிவாக விளக்குகின்றன.

நியூட்டனின் இயக்க விதிகள்

விசைக்கும் பொருட்களின் இயக்கத்திற்கும் இடையே நிலவும் ஆழமான தொடர்பை மூன்று எளிமையான விதிகளின் மூலம் சர் ஐசக் நியூட்டன் முறைப்படுத்தினார். நியூட்டனின் முதல் இயக்க விதியானது விசை மற்றும் பொருட்களின் நிலைமம் ஆகியவற்றிற்கான வரையறையைத் தருகிறது. நியூட்டனின் இரண்டாம் இயக்க விதி விசையின் எண்மதிப்பைக் கணக்கிடுவதற்கான கணிதச் சமன்பாட்டை (\(F = ma\)) உந்த மாறுபாட்டு வீதக் கோட்பாட்டின் மூலம் நமக்கு அளிக்கிறது. இறுதியாக, நியூட்டனின் மூன்றாம் இயக்க விதியானது இயற்கையில் ஒரு தனித்த விசை செயல்பட முடியாது என்றும், ஒவ்வொரு விசைக்கும் சமமானதும் எதிர் திசையில் செயல்படுவதுமான எதிர் விசை எப்போதும் உண்டு என்றும், அவை வெவ்வேறு பொருட்களின் மீது சமமாகவும் எதிரெதிராகவும் செயல்படுகின்றன என்றும் தெளிவாக நிறுவுகிறது.

உந்த அழிவின்மை மற்றும் கணத்தாக்கு விசை

புறவிசைகள் எதுவும் செயல்படாத ஒரு அமைப்பில், பொருட்களின் மொத்த நேர்க்கோட்டு உந்த மதிப்பானது எப்போதும் மாறாமல் நிலையாக இருக்கும் என்பதே உந்த அழிவின்மை கோட்பாடாகும். இது துப்பாக்கி சுடுதல் மற்றும் ராக்கெட் ஏவுதல் போன்றவற்றில் மிக முக்கியப் பங்கு வைக்கிறது. மற்றொருபுறம், மிகக் குறுகிய காலத்தில் ஒரு பொருளின் மீது செயல்படும் மிகப்பெரிய அளவிலான விசை கணத்தாக்கு விசை என்று அழைக்கப்படுகிறது. இது பொருளின் உந்தத்தில் ஏற்படும் மொத்த மாற்றத்திற்குச் சமமாக இருக்கும். விளையாட்டு வீரர்கள் பந்தைப் பிடிக்கும்போது கைகளைப் பின்னோக்கி இழுப்பதும், கனரக வாகனங்களில் அதிரடித் தாக்கங்களைக் குறைக்க அதிர்வுதாங்கிகள் பொருத்தப்பட்டிருப்பதும் கணத்தாக்கு விசையைக் குறைக்க உதவும் மிகச் சிறந்த நடைமுறை எடுத்துக்காட்டுகளாகும்.

நியூட்டனின் ஈர்ப்பியல் விதி மற்றும் ஈர்ப்பு முடுக்கம்

பொருட்களுக்கு இடையே அவற்றின் நிறைகளின் பெருக்கற்பலனுக்கு நேர்விகிதத்திலும், அவற்றிற்கு இடையே உள்ள தூரத்தின் இருமடிக்கு எதிர்விகிதத்திலும் ஒரு ஈர்ப்பு விசை செயல்படுகிறது என்பதை நியூட்டனின் பொது ஈர்ப்பியல் விதி வரையறுக்கிறது. இந்த ஈர்ப்பியல் விசையினால் புவியில் விழும் பொருட்களுக்கு ஒரு குறிப்பிட்ட புவியீர்ப்பு முடுக்கம் (\(g\)) ஏற்படுகிறது. இந்த புவியீர்ப்பு முடுக்கத்தின் மதிப்பானது புவிப்பரப்பில் இருந்து உயரச் செல்லும் போதும் அல்லது புவியின் ஆழத்திற்குச் செல்லும் போதும் புவியின் ஆரம் மற்றும் நிறை பரவலைப் பொறுத்து படிப்படியாகக் குறைவடைகிறது. மேலும் நில நடுக்கோட்டுப் பகுதியிலிருந்து துருவப் பகுதிக்குச் செல்லும் போது புவியின் வடிவத்தின் காரணமாகவும், அதன் சுழற்சி வேகத்தின் காரணமாகவும் இதன் மதிப்பு தொடர்ந்து கணிசமாக அதிகரித்துக்கொண்டே செல்கிறது.

தவிர்க்க வேண்டிய பொதுவான தவறுகள்

• நிறை மற்றும் எடை இரண்டையும் ஒன்றாகக் கருதுவது தவறு; நிறை என்பது பொருளின் பருப்பொருளின் அளவு, எடை என்பது அதன் மீது செயல்படும் ஈர்ப்பு விசையாகும்.
• விசை செயல்படாத போது பொருள் இயங்காது என நினைப்பது தவறு; சீரான திசைவேகத்தில் இயங்கும் பொருளுக்கு விசை தேவையில்லை, திசைவேகத்தை மாற்றவே விசை தேவை.
• விசையும் எதிர்விசையும் ஒரே பொருளின் மீது செயல்படுவதாகக் கருதுவது தவறு; விசையும் எதிர்விசையும் எப்போதும் வெவ்வேறு பொருட்களின் மீதே செயல்படுகின்றன.
• புவியீர்ப்பு முடுக்கம் (g) எங்கும் நிலையானது என நினைப்பது தவறு; புவியீர்ப்பு முடுக்கத்தின் மதிப்பு உயரம் மற்றும் ஆழத்தைப் பொறுத்து மாறுபடும் தன்மையுடையது.

இவற்றை பயிற்சித் தேர்வு மூலம் சோதித்துப் பாருங்கள்; பிறகு விடையுடன் கூடிய வினாக்கள் பகுதியில் விரிவான விளக்கத்தைப் படியுங்கள்.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

நிலைமம் என்றால் என்ன அதன் வகைகள் யாவை?

புற விசை எதுவும் செயல்படாதவரை எந்தவொரு பொருளும் தனது முந்தைய ஓய்வு நிலையையோ அல்லது சீரான இயக்க நிலையையோ மாற்றிக் கொள்ளாமல் அதே நிலையிலேயே தொடர்ந்து நீடிக்க முயலும் இயற்கையான பண்பு நிலைமம் என்று அழைக்கப்படும். இது ஓய்வில் நிலைமம், இயக்கத்தில் நிலைமம் மற்றும் திசையில் நிலைமம் என மூன்று வெவ்வேறு முக்கிய பிரிவுகளாக வகைப்படுத்தப்படுகிறது.

நியூட்டனின் இரண்டாம் இயக்க விதி எதனை விளக்குகிறது?

நியூட்டனின் இரண்டாம் இயக்க விதியானது விசையின் அளவீட்டு விதியாகும். ஒரு பொருளின் மீது செயல்படும் விசையானது அப்பொருளின் நேர்க்கோட்டு உந்த மாறுபாட்டு வீதத்திற்கு நேர்விகிதத்தில் இருக்கும். இந்த விதியானது விசையின் எண்மதிப்பை மிகத் துல்லியமாகக் கணக்கிட உதவும் \(F = ma\) என்ற மிக அடிப்படையான கணிதச் சமன்பாட்டை நமக்கு வழங்குகிறது என்பது இங்கு குறிப்பிடத்தக்கது.

நிறை மற்றும் எடைக்கு இடையே உள்ள வேறுபாடு என்ன?

நிறை என்பது ஒரு பொருளில் அடங்கியுள்ள பருப்பொருட்களின் மொத்த அளவாகும், இது பிரபஞ்சத்தின் எல்லா இடங்களிலும் எப்போதும் மாறாமல் நிலையாக இருக்கும். ஆனால் எடை என்பது ஒரு பொருளின் மீது செயல்படும் புவியீர்ப்பு விசையின் அளவாகும். இது இடத்திற்கு இடம் புவியீர்ப்பு முடுக்கத்தைப் பொறுத்து மாறுபடும் தன்மை கொண்டது மற்றும் இதன் அலகு நியூட்டன் ஆகும்.

கணத்தாக்கு விசை என்றால் என்ன உதாரணம் தருக?

மிகவும் குறுகிய கால அளவில் ஒரு பொருளின் மீது செயல்படும் மிகப்பெரிய அளவிலான விசை கணத்தாக்கு விசை என்று வரையறுக்கப்படும். உதாரணமாக, கிரிக்கெட் விளையாட்டில் வேகமாக வரும் பந்தினைப் பிடிக்கும்போது கைகளில் ஏற்படும் பலத்த காயங்களைத் தவிர்ப்பதற்காக விளையாட்டு வீரர் தனது கைகளைப் பின்னோக்கி இழுத்து மோதல் காலத்தை அதிகப்படுத்தி கணத்தாக்கு விசையின் அளவைக் குறைக்கிறார் என்பது இதற்கான எளிய உதாரணமாகும்.

புவியீர்ப்பு முடுக்கம் எங்கு சுழியாக இருக்கும்?

புவியீர்ப்பு முடுக்கத்தின் மதிப்பானது புவியின் மையப் பகுதியில் முற்றிலும் சுழியாக இருக்கும் என்று நாம் அறிகிறோம். மேலும் பூமியை வட்டப்பாதையில் சுற்றி வரும் விண்கலத்தில் உள்ள விண்வெளி வீரர்கள் தடையின்றி கீழே விழும் நிலையில் தொடர்ந்து பயணிப்பதால் அங்கேயும் ஈர்ப்பு முடுக்கத்தின் மதிப்பு சுழியாகி அவர்கள் முற்றிலும் எடையற்ற மிதக்கும் நிலையை மிக எளிதாக அடைகிறார்கள் என்பது குறிப்பிடத்தக்கது.

விண்கலத்தில் விண்வெளி வீரர்கள் மிதப்பது ஏன்?

விண்வெளி வீரர்கள் விண்கலத்தில் புவியீர்ப்பு விசை முற்றிலும் இல்லாததால் மிதப்பதில்லை. உண்மையில் விண்கலமானது புவியீர்ப்பு விசையின் காரணமாகப் புவியை நோக்கி தடையின்றி கீழே விழும் நிலையில் உள்ளது. விண்கலமும் வீரர்களும் ஒரே முடுக்கத்தில் புவியை நோக்கி நகர்வதால் அவர்கள் தங்களை முற்றிலும் எடையற்ற நிலையில் உணர்ந்து விண்கலத்திற்குள் எளிதாக மிதக்கத் தொடங்குகிறார்கள் என்று அறிவியல் பூர்வமாக விளக்கப்படுகிறது.