Physics on Gravitation and Satellite
Ajit PáNDEY....
ब्रह्माण्ड में प्रत्येक पिण्ड प्रत्येक दूसरे पिण्ड को अपनी ओर किसी बल से आकर्षित करता है, इस बल को गुरुत्वाकर्षण बल कहते हैं। इस लेख में हम गुरुत्वाकर्षण बल और सैटेलाइट के बारे में चर्चा करेंगे। यह विषय विभिन्न रेलवे और SSC परीक्षाओं के लिए महत्वपूर्ण है।
गुरुत्वाकर्षण:
ब्रह्माण्ड में प्रत्येक पिण्ड प्रत्येक दूसरे पिण्ड को अपनी ओर किसी बल से आकर्षित करता है, इस बल को गुरुत्वाकर्षण बल कहते हैं। यह घटना गुरुत्वाकर्षण कहलाती है।
न्यूटन का गुरुत्वाकर्षण का नियम:
दो वस्तुओं के बीच आकर्षण का गुरुत्वाकर्षण बल उनके द्रव्यमानों के गुणनफल के लिए समानुपाती और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है।
गुरुत्वाकर्षण बल (F) = Gm1m2/ r 2
जहाँ G गुरुत्वाकर्षण नियतांक है इसका मान 6.67×10-11 Nm2kg-2 है।
m1, m2 दो वस्तुओं का द्रव्यमान है और r उनके बीच की दूरी है।
गुरुत्वाकर्षण बल रूढ़िवादी बल की तरह ही केंद्रीय है।
पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण:
पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण खिंचाव के कारण एक वस्तु में उत्पन्न त्वरण गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण कहा जाता है।
g=GM/R2 जहाँ M पृथ्वी का द्रव्यमान और R पृथ्वी की त्रिज्या है।
g का मान जगह से जगह बदलने पर थोडा बदल जाता है लेकिन पृथ्वी की सतह के पास इसका मान 9.8ms-2 है।
गुरुत्वाकर्षण बल प्रकृति में सबसे कमजोर बल है।
g के मान में स्थिति का प्रभाव:
पृथ्वी का आकार: पृथ्वी के आकार भी गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण के मूल्य को प्रभावित करता है इसलिए g ध्रुवों पर अधिकतम और भूमध्य रेखा पर न्यूनतम है।
अपनी धुरी पर पृथ्वी के घूर्णन- पृथ्वी के घूर्णन के कारण g घटता है
ऊंचाई के प्रभाव: g के मूल्य में ऊंचाई में वृद्धि के साथ कमी हो जाती है।
गहराई का प्रभाव: g के मूल्य गहराई के साथ कम हो जाता है और पृथ्वी के केंद्र पर शून्य हो जाते हैं।
द्रव्यमान और वजन:
एक वस्तु का द्रव्यमान उसमें शामिल पदार्थों की मात्रा है और यह एक अदिश मात्रा है और इसकी एस.आई. इकाई Kg (किलोग्राम) है।
एक वस्तु का द्रव्यमान जगह बदलने पर नहीं बदलता है।
वस्तु का वजन वह बल है जो इसे पृथ्वी के केंद्र की तरफ आकर्षित करता है और यह w=mg द्वारा दिया जाता है।
वस्तु का वजन एक सदिश मात्रा है और इसकी इकाई न्यूटन है।
एक वस्तु के गुरुत्वाकर्षण का केंद्र वह बिंदु है जहाँ वस्तु का पूरा वजन कार्य करता हुआ दिखाई देता है।
वस्तु का वजन एक चर मात्रा है और यह जगह बदलने पर बदलती है।
एक लिफ्ट में वस्तु का वजन:
जब लिफ्ट रुकी हुयी है या समान गति में है तब स्पष्ट वजन वस्तु के वास्तविक वजन के बराबर होता है अर्थात w=mg
जब लिफ्ट ऊपर की तरफ त्वरित हो रही है तब स्पष्ट वजन वास्तविक वजन से अधिक होता है अर्थात w=m(g+a)
जब लिफ्ट नीचे की तरफ त्वरित हो रही है तब स्पष्ट वजन वास्तविक वजन से कम होता है अर्थात w=m(g-a)
जब लिफ्ट गुरुत्वाकर्षण के तहत स्वतंत्र रूप से गिर रही है तब वस्तु का स्पष्ट वजन शून्य होता है अर्थात
W=m(g-g) as a =g
w=0
W=m(g-g) as a =g
w=0
चांद पर वस्तु का वजन, पृथ्वी पर वस्तु के वजन से कम होता है क्योंकि चंद्रमा पर गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण, पृथ्वी पर गुरुत्वाकर्षण के त्वरण से कम होता है। पृथ्वी पर गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण, चाँद पर गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण की तुलना में 6 गुना है।
ग्रह:
ग्रह खगोलीय पिंड हैं जो एक विशिष्ट कक्षा या पथ में सूर्य के चारों ओर घूमते हैं।
हमारे सौर मंडल में आठ ग्रह शामिल हैं जिस तरह प्लूटो अपनी ग्रह स्थिति के रूप छोटा है।
केपलर के ग्रहों की गति के नियम:
केपलर के ग्रहों की गति के तीन नियम हैं जो इस प्रकार हैं:
सभी ग्रह सूर्य के साथ इसके एक ही केंद्र पर दीर्घवृत्तीय कक्षाओं में चारों ओर घूमते हैं।
सूर्य के चारों ओर ग्रह की क्षेत्रीय गति स्थिर है।
सूर्य के चारों ओर एक ग्रह की घूमने की समय अवधि का वर्ग इसकी दीर्घवृत्तीय कक्षा की लघु धुरी के घन के समानुपाती होता है।
उपग्रह:
एक खगोलीय पिंड एक ग्रह के चारों ओर एक कक्षा में घूमता है एक उपग्रह कहा जाता है।
चंद्रमा पृथ्वी का प्राकृतिक उपग्रह है।
कृत्रिम उपग्रहों के दो प्रकार हैं:
भू-तुल्यकालिक उपग्रह:
भू-तुल्यकालिक उपग्रह, भू-समकालिक कक्षा में एक उपग्रह है, जिसकी कक्षीय काल पृथ्वी की अपनी ध्रुवी पर घूर्णन अवधि के समान है।
भू-समकालिक उपग्रह का एक विशेष मामला भू-स्थिर उपग्रह है, जिसकी एक भू-स्थिर कक्षा है - पृथ्वी के भूमध्य रेखा से ऊपर सीधे एक परिपत्र भू-तुल्य कक्षा है।
भू-समकालिक उपग्रह का एक विशेष मामला भू-स्थिर उपग्रह है, जिसकी एक भू-स्थिर कक्षा है - पृथ्वी के भूमध्य रेखा से ऊपर सीधे एक परिपत्र भू-तुल्य कक्षा है।
यह भूमध्यवर्ती कक्षाओं में पृथ्वी के चारों ओर घूमते हैं जिसे भू-स्थिर या भू-समकालिक कक्षा कहा जाता है।
वे 36000 किमी की ऊंचाई पर पृथ्वी के चारों ओर घूमते हैं।
इसके घूमने की अवधि पृथ्वी के अपनी ही धुरी के चारों ओर घूमने की समय अवधि के बराबर होती है अर्थात 24 घंटे
ये उपग्रह, पृथ्वी से स्थिर प्रतीत होते हैं।
ध्रुवीय उपग्रह:
ये उपग्रह लगभग 800 किलोमीटर की ऊंचाई पर ध्रुवीय कक्षाओं में पृथ्वी के चारों ओर घूमते हैं।
इन उपग्रहों के घूमने की समय अवधि 84 मिनट है।
एक उपग्रह के घूर्णन की समय अवधि:
एक उपग्रह को इसकी कक्षा में एक चक्कर लगाने में लिया गया समय इसकी घूर्णन की अवधि कहा जाता है।
घूर्णन की अवधि = कक्षा की परिधि / कक्षीय गति
एक उपग्रह की क्रांति की अवधि में पृथ्वी की सतह से उपग्रह की ऊंचाई पर निर्भर करता है, अधिक से अधिक एक उपग्रह के घूर्णन की अवधि पृथ्वी की सतह से इसकी ऊंचाई पर निर्भर करती है, पृथ्वी की सतह से इसकी ऊँचाई अधिक है तो इसके घूर्णन में लगने वाला समय अधिक होगा।
घूर्णन की अवधि इसके द्रव्यमान के स्वतंत्र है।
पलायन वेग
जब एक वस्तु को पृथ्वी की सतह से खड़ी ऊपर की तरफ न्यूनतम वेग से पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र पार फेंका जाए, तो वह कभी नहीं लौटती है।
पलायन वेग = (2gr)1/2
जब कक्षीय गति में 41% की वृद्धि होती है अर्थात √2 गुना तब यह अपनी कक्षा से पलायन हो जाएगी।
पृथ्वी की सतह पर इसका मान 11.2 किमी/सेकंड है
चंद्रमा की सतह पर पलायन वेग 2.4 किमी /सेकंड है
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