प्रतिक्रिया (भौतिकी)

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न्यूटन के गति के तीसरे नियम भौतिक नियम हैं, जो चिरसम्मत यांत्रिकी के आधार पर वर्णित हैं। यह नियम किसी वस्तु पर लगने वाले बल और उससे उत्पन्न उस वस्तु की गति के बीच सम्बन्ध बताते हैं तो दूसरी वस्तु पहले पर समान और विपरीत प्रतिक्रिया बल लगाती है।[1][2] तीसरे नियम का भी प्रायः इस प्रकार उल्लेख किया गया है, प्रत्येक क्रिया के लिए सदैव एक समान प्रतिक्रिया का विरोध किया जाता है या दोनों निकायों की परस्पर क्रिया एक दूसरे पर समान होती है और विपरीत भागों के लिए निर्देशित होती हैं।[3] दोनों में से कौन सा बल क्रिया है और कौन सी प्रतिक्रिया निर्गुण के रूप में होती है। दोनों में से किसी एक को क्रिया माना जा सकता है जबकि दूसरी उससे संबंधित प्रतिक्रिया होती है।

उदाहरण

जमीन के साथ सहभागिता

जब कोई वस्तु जमीन पर बल लगा रही होती है, तो जमीन समान बल के साथ विपरीत दिशा में पीछे धकेलती है। व्यावहारिक भौतिकी के कुछ क्षेत्रों जैसे जैव यांत्रिकी में भूमि के द्वारा इस बल को भू-अभिक्रिया बल कहा जाता है जमीन पर वस्तु द्वारा बल को 'क्रिया' के रूप में देखा जाता है।

जब कोई कूदना चाहता है तो वह भूमि कार्रवाई पर अतिरिक्त नीचे की ओर बल लगाता है इसके साथ ही जमीन व्यक्ति पर ऊपर की ओर प्रतिक्रिया बल लगाती हैं। अगर इसका ऊपर की ओर बल है तो व्यक्ति के वजन से अधिक होता है, तो ऊपर की ओर त्वरण होगा। जब ये बल भूमि पर लम्बवत होते हैं, तो उन्हें सामान्य बल भी कहा जाता है।

इसी तरह से एक वाहन के चकते पहिये जमीन पर पीछे खिसकने की कोशिश करते हैं। यदि भूमि अधिक फिसलन वाली न हो तो इसके फलस्वरूप घर्षण बल मिलते हैं जमीन पर चरखा द्वारा किया गया कार्य पीछे की ओर होता है और आगे की दिशा में स्थित आधार पर चरखा की प्रतिक्रिया होती है। यह अग्र बल वाहन को आगे बढ़ाता है।

गुरुत्वाकर्षण बल

सूर्य और पृथ्वी के समान दो पिंड, अर्थात द्रव्यमान में अत्यधिक अंतर के साथ - लाल X बायरसेंटर को चिह्नित करता है

पृथ्वी, अन्य ग्रहो के बीच सूर्य की परिक्रमा करती है क्योंकि सूर्य एक गुरुत्वाकर्षण खिंचाव उत्पन्न करता है जो एक केन्द्रापसारक बल के रूप में कार्य करता है, जो पृथ्वी को अपने पास रखता है, अन्यथा यह अंतरिक्ष में उड़ जाएगी। यदि सूर्य के खिंचाव को एक क्रिया माना जाता है, तो पृथ्वी एक साथ सूर्य पर गुरुत्वाकर्षण खिंचाव के रूप में प्रतिक्रिया करती है। पृथ्वी के खिंचाव का आयाम सूर्य के आयाम जैसा लेकिन विपरीत दिशा में होता है। चूँकि सूर्य का द्रव्यमान पृथ्वी के द्रव्यमान से बहुत अधिक होता है, सूर्य सामान्यतः पृथ्वी के खिंचाव पर प्रतिक्रिया नहीं करता है, लेकिन वास्तव में यह एनीमेशन में प्रदर्शित (सटीक पैमाने पर नहीं) होता है। दोनों वस्तुओं की संयुक्त गति का वर्णन करने का सही तरीका यह है वे दोनों द्रव्यमान के केंद्र के चारों ओर परिक्रमा करते हैं, जिसे खगोल विज्ञान में संयुक्त प्रणाली के केन्द्रक के रूप में संदर्भित किया जाता है और क्षण के लिए अन्य सभी आकाशीय पिंडों को अनदेखा करते है।

समर्थित द्रव्यमान

पृथ्वी पर कोई भी द्रव्यमान पृथ्वी केगुरुत्वाकर्षण बल द्वारा नीचे खींचा जाता है, इस बल को इसका भार भी कहा जाता है। संबंधित 'प्रतिक्रिया' वह गुरुत्वीय बल है जो द्रव्यमान ग्रह पर आरोपित करता है।

यदि वस्तु को सहारा दिया जाता है तो वह विराम की अवस्था में रहती है, उदाहरण के लिए, जिस डोरी से वह लटक रही है, अथवा नीचे की सतह से या एक तरल जिस पर यह बह रहा है, ऊपर की ओर तनाव बल, सामान्य बल, उत्प्लवमान बल में भी एक सहायक बल होता है। यह समर्थन बल 'समान और विपरीत' बल के रूप में होता है, हम यह न्यूटन के तीसरे नियम की सहायता से जानते है, लेकिन आज विराम अवस्था में रहता है, ताकि बलों को संतुलित किया जा सके।

इस समर्थन बल के लिए एक प्रतिक्रिया भी होती है जो वस्तु सहायक डोरी पर नीचे खींचती है या सहायक सतह या तरल पर नीचे धकेलती है। इस स्थिति में समान परिमाण के चार बल होते है।

  • F1. वस्तु पर पृथ्वी द्वारा गुरुत्वाकर्षण बल नीचे की ओर रहता है
  • F2. पृथ्वी पर वस्तु द्वारा गुरुत्वाकर्षण बल ऊपर की ओर रहता है
  • F3. वस्तु पर समर्थन द्वारा बल ऊपर की ओर होता है
  • F4. समर्थन पर वस्तु द्वारा बल नीचे की ओर होता है

न्यूटन के तीसरे नियम के कारण बल बल F1 और F2 बराबर होते है, बल F3 और F4 के लिए भी यही सच है। बल F1 और F3 समान रूप में होते है यदि वस्तु संतुलन में होती है और कोई अन्य बल लागू नहीं होता है। इसका न्यूटन के तीसरे नियम से कोई लेना-देना नहीं है।

स्प्रिंग पर द्रव्यमान

यदि कोई द्रव्यमान स्प्रिंग से लटका हुआ है, तो वही नियम पहले की तरह ही लागू होते हैं। परंतु यदि इस प्रणाली में क्षोभ उत्पन्न होता है, उदाहरण के लिए, द्रव्यमान को ऊपर या नीचे की तरफ थोड़ा सा झटका दिया जाता है, तो द्रव्यमान ऊपर और नीचे दोलन करना शुरू कर देता है। इन त्वरणों और बाद में कमी के कारण हम न्यूटन के दूसरे नियम से निष्कर्ष निकालते हैं कि वेग में देखे गए परिवर्तन के लिए नेट बल उत्तरदायी होते है। द्रव्यमान पर नीचे की ओर खींचने वाला गुरुत्वाकर्षण बल स्प्रिंग के ऊपर की ओर लोचदार बल के बराबर नहीं होता है। पिछले अनुभाग की शब्दावली में F1. और F3 बराबर नहीं होते है।

चूंकि, यह अभी भी सच है कि F1 = F2 और F3 = F4, के बराबर होता है जैसा कि न्यूटन के तीसरे नियम द्वारा आवश्यक होता है।

कारण गलत व्याख्या

शब्द 'क्रिया' और 'प्रतिक्रिया' को कारणता का भ्रामक सुझाव मिलता है। इसलिए यह समझना आसान है कि द्वितीय बल पहले के कारण उपलब्ध होते है और यहां तक ​​कि पहले के कुछ समय बाद हो रहा है। यह गलत है कि बल पूरी तरह से एक साथ और एक ही कारण से होते है।[4]

जब बल किसी व्यक्ति की इच्छा के कारण होते हैं उदाहरण के लिए फ़ुटबॉल खिलाड़ी गेंद को लात मारता है, यह अस्थिर कारण अधिकांशतः एक असममित व्याख्या की ओर जाता है जहां गेंद पर खिलाड़ी द्वारा बल को 'क्रिया' माना जाता है और गेंद द्वारा खिलाड़ी को 'प्रतिक्रिया' माना जाता है। लेकिन शारीरिक रूप से स्थिति सममित है। गेंद और खिलाड़ी दोनों पर बलों को उनकी निकटता से समझाया जाता है जिसके परिणामस्वरूप अंततः विद्युत प्रतिकर्षण के कारण संपर्क बलों की एक जोड़ी होती है। यह निकटता खिलाड़ी के एक निर्णय के कारण होती है, इसका भौतिक विश्लेषण पर कोई असर नहीं पड़ता है। जहां तक ​​​​भौतिकी का संबंध है, लेबल एक्शन और रिएक्शन को फ़्लिप किया जा सकता है।[4]

'समान और विपरीत'

भौतिकी के शिक्षकों द्वारा अधिकांशतः देखी जाने वाली एक समस्या यह है कि छात्र न्यूटन के तीसरे नियम को एक ही वस्तु पर कार्यरत 'समान और विपरीत' बलों के जोड़े पर लागू करते हैं।[5][6][7]

यह गलत है, तीसरा नियम दो भिन्न -भिन्न वस्तुओं पर लगने वाले बलों को संदर्भित करता है। इसके विपरीत मेज पर पड़ी एक पुस्तक नीचे की ओर गुरुत्वाकर्षण बल पृथ्वी द्वारा लगाया गया और मेज द्वारा ऊपर की ओर सामान्य बल के अधीन होते है, दोनों बल एक ही पुस्तक पर कार्य कर रहे हैं। चूँकि पुस्तक त्वरित नहीं हो रही है, न्यूटन के दूसरे नियम के अनुसार इन बलों को बिल्कुल संतुलित होना चाहिए। इसलिए वे 'बराबर और विपरीत' होते है, फिर भी वे एक ही वस्तु पर कार्य कर रहे हैं, इसलिए वे न्यूटन के तीसरे नियम के अर्थ में क्रिया-प्रतिक्रिया बल नहीं हैं। न्यूटन के तीसरे नियम के अर्थ में वास्तविक क्रिया-प्रतिक्रिया बल पुस्तक का भार पुस्तक पर पृथ्वी का आकर्षण और पृथ्वी पर पुस्तक का ऊपर की ओर गुरुत्वाकर्षण बल होता है। किताब भी टेबल को नीचे धकेलती है और टेबल किताब को ऊपर की तरफ धकेलती है। इसके अतिरिक्त किताब पर काम करने वाली बल ें हमेशा समान रूप से मजबूत नहीं होती हैं, यदि पुस्तक को किसी तीसरे बल द्वारा नीचे धकेला जाता है या यदि तालिका तिरछी है या यदि टेबल और बुक प्रणाली एक त्वरित लिफ्ट में बदल जाये तो ये अलग अलग होंगे।। सभी बलों के योग पर विचार करके एक ही वस्तु पर कार्य करने वाली किसी भी संख्या के स्थिति को कवर किया जाता है।

इस समस्या का एक संभावित कारण यह है कि तीसरे नियम को अधिकांशतः संक्षिप्त रूप में कहा जाता है, प्रत्येक क्रिया के लिए एक समान और विपरीत प्रतिक्रिया होती है,[8] विवरण के बिना अर्थात् ये बल दो भिन्न -भिन्न वस्तुओं पर कार्य करते हैं। इसके अतिरिक्त किसी वस्तु के वजन और सामान्य बल के बीच एक कारण संबंध होता है यदि किसी वस्तु का वजन नहीं होता है, तो उसे मेज से समर्थन बल का अनुभव नहीं होगा और वजन तय करता है कि समर्थन बल कितना मजबूत होगा। यह कार्य-कारण संबंध तीसरे नियम के कारण नहीं बल्कि व्यवस्था में अन्य भौतिक संबंधों के कारण है।

अभिकेन्द्री और केन्द्रापसारक बल

एक अन्य सामान्य गलती यह कहना है कि एक वस्तु जिस केन्द्रापसारक बल का अनुभव करती है, वह उस वस्तु पर केन्द्रापसारक बल की प्रतिक्रिया रूप में होती है।[9][10]

यदि एक वस्तु एक साथ केन्द्रापसारक बल और समान और विपरीत केन्द्रापसारक बल दोनों के अधीन होती है, तो पूर्ण बल गायब हो जाएगा और वस्तु एक परिपत्र गति का अनुभव नहीं कर सकती। केन्द्रापसारक बल को कभी-कभी एक काल्पनिक बल या छद्म बल कहा जाता है, इस तथ्य को रेखांकित करने के लिए कि ऐसा बल केवल तभी प्रकट होता है जब गणना या माप गैर-जड़त्वीय संदर्भ फ्रेम में आयोजित किए जाते हैं।[11]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Taylor, John R. (2005). Classical Mechanics. University Science Books. pp. 17–18. ISBN 9781891389221.
  2. ↑ Shapiro, Ilya L.; de Berredo-Peixoto, Guilherme (2013). Lecture Notes on Newtonian Mechanics: Lessons from Modern Concepts. Springer Science & Business Media. p. 116. ISBN 978-1461478256. Retrieved 28 September 2016.
  3. ↑ This translation of the third law and the commentary following it can be found in the "Principia" on page 20 of volume 1 of the 1729 translation.
  4. ↑ 4.0 4.1 Brown, David (1989). "Students' concept of force: the importance of understanding Newton's third law". Phys. Educ. 24 (6): 353–358. doi:10.1088/0031-9120/24/6/007. S2CID 250771986. Even though one body might be more 'active' than the other body and thus might seem to initiate the interaction (e.g. a bowling ball striking a pin), the force body A exerts on body B is always simultaneous with the force B exerts on A.
  5. ↑ Colin Terry and George Jones (1986). "Alternative frameworks: Newton's third law and conceptual change". European Journal of Science Education. 8 (3): 291–298. Bibcode:1986IJSEd...8..291T. doi:10.1080/0140528860080305. This report highlights some of the difficulties that children experience with Newton's third law.
  6. ↑ Cornelis Hellingman (1992). "Newton's Third Law Revisited". Physics Education. 27 (2): 112–115. Bibcode:1992PhyEd..27..112H. doi:10.1088/0031-9120/27/2/011. S2CID 250891975. ... following question in writing: Newton's third law speaks about 'action' and 'reaction'. Imagine a bottle of wine standing on a table. If the gravitational force that attracts the bottle is called the action, what force is the reaction to this force according to Newton's third law? The answer most frequently given was: 'The normal force the table exerts on the bottle'.
  7. ↑ French, Anthony (1971), Newtonian Mechanics, p. 314, … Newton's third law, that action and reaction are equal and opposite
  8. ↑ Hall, Nancy. "Newton's Third Law Applied to Aerodynamics". NASA. Archived from the original on 2018-10-03. for every action (force) in nature there is an equal and opposite reaction
  9. ↑ Adair, Aaron (2013), Student Misconceptions about Newtonian Mechanics: Origins and Solutions through Changes to Instruction, The Ohio State University, This was attacked by Newton who tried to have the centripetal force on the planets (from gravitational interactions) be matched by the centrifugal force so there would be a balance of forces based on his third law of motion
  10. ↑ Aiton, Eric (1995), Swetz, Frank; et al. (eds.), An Episode in the History of Celestial Mechanics and its Utility in the Teaching of Applied Mathematics, Learn from the Masters, The Mathematical Association of America, ISBN 978-0883857038, ... in one of his attacks on Leibniz written in 1711, Newton says that centrifugal force is always equal and opposite to the force of gravity by the third law of motion.
  11. ↑ Singh, Chandralekha (2009), "Centripetal Acceleration: Often Forgotten or Misinterpreted", Physics Education, 44 (5): 464–468, arXiv:1602.06361, doi:10.1088/0031-9120/44/5/001, S2CID 118701050, Another difficulty is that students often consider the pseudo forces, e.g., the centrifugal force, as though they were real forces acting in an inertial reference frame.


ग्रन्थसूची

  • Feynman, R. P., Leighton and Sands (1970) The Feynman Lectures on Physics, Volume 1, Addison Wesley Longman, ISBN 0-201-02115-3.
  • Resnick, R. and D. Halliday (1966) Physics, Part 1, John Wiley & Sons, New York, 646 pp + Appendices.
  • Warren, J. W. (1965) The Teaching of Physics, Butterworths, London,130 pp.
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