घर्षण द्वारा किए गए कार्य में गतिमान पिंड का घर्षण बल की दिशा के विपरीत विस्थापन शामिल है।
शरीर पर लगाया गया बल विस्थापन को उसकी दिशा में बनाता है। न्यूटन की गति का तीसरा नियम प्रतिक्रिया बल के रूप में शरीर की गति के विरुद्ध घर्षण बल का प्रयोग करता है। इस प्रकार, घर्षण बल के विपरीत शरीर का विस्थापन कहा जाता है घर्षण द्वारा किया गया कार्य।
घर्षण बल एक विरोधी संपर्क बल है जो सतह द्वारा गति का विरोध करने के लिए लगाया जाता है जब दो शरीर एक दूसरे पर स्लाइड करते हैं। यह है एक गैर-रूढ़िवादी बल वह ऑफर बल जिस पथ पर कार्य करता है, उसके आधार पर बल द्वारा किया गया कार्य. चुने हुए पथ के आधार पर, हम घर्षण द्वारा किए गए विभिन्न कार्य पा सकते हैं।
मान लीजिए कि आप टेबल को उसकी स्थिति बदलने के लिए पूरे कमरे में धकेल रहे हैं। नीचे की सतह पहले घर्षण बल के साथ तालिका का विरोध करती है क्योंकि यह हमारे लागू पुश बल को बिल्कुल काउंटर करती है। जब हम अधिक धक्का बल लगाते हैं जो घर्षण बल पर काबू पाता है, तो तालिका हिलने लगती है। अधिकतम बल जिस पर शरीर चलना शुरू करता है और फिर आराम करता है, द्वारा निर्धारित किया जाता है - घर्षण के स्थिर और गतिज गुणांक शरीर के, क्रमशः।
जब दो पिंड विराम अवस्था में होते हैं, तो उनकी सतहों के बीच घर्षण को 'स्थैतिक घर्षण'। जबकि, जब दो पिंड अपेक्षाकृत गति करते हैं, तो उनकी सतहों के बीच घर्षण होता है 'काइनेटिक घर्षण', यह भी कहा जाता है "सर्पी घर्षण'। परिभाषा के अनुसार स्थैतिक घर्षण के कारण विस्थापन शून्य होता है। इसलिए घर्षण फिसलने से ही काम होता है.
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के बारे में और अधिक पढ़ें सर्पी घर्षण.
जब कोई बल लगाया जाता है तो किया गया कार्य पिंडों के ऊर्जा रूपांतरण के प्रकार पर निर्भर करता है। इसका अर्थ है, जब हम विरामावस्था में शरीर पर बल लगाते हैं, तो स्थितिज का गतिज ऊर्जा में रूपांतरण होता है - जो शरीर को लागू बल की दिशा में गति करने के लिए त्वरित करता है. इसी तरह, जब सतह गतिमान पिंड पर घर्षण घर्षण करती है, तो इसकी गतिज ऊर्जा फिर से स्थितिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, जो अपनी गति को तेज कर देता है।
घर्षण अपने कार्य को ऊष्मीय ऊर्जा में परिवर्तित करता है क्योंकि जब हम पिंडों को खिसकाते हैं तो हम सतह पर कुछ ऊष्मा महसूस करते हैं। जब गतिमान पिंड क्षैतिज सतह पर आराम करने के लिए आता है, तो इसकी गतिज ऊर्जा शून्य हो जाती है। इसका मत शरीर पर घर्षण इसकी गतिज ऊर्जा को नष्ट कर देता है, जिसे घर्षण द्वारा किए गए कार्य की मात्रा के रूप में अनुमानित किया जाता है।
के बारे में और अधिक पढ़ें किया गया कार्य और उसकी इकाइयाँ.
घर्षण द्वारा किए गए कार्य की गणना कैसे करें?
हम घर्षण बल के विस्तृत विश्लेषण के माध्यम से घर्षण द्वारा किए गए कार्य का निर्धारण कर सकते हैं।
किए गए कार्य की गणना करने के लिए, सबसे पहले, हमें सतह से गैर-रूढ़िवादी बल, सतह पर कुल पथ लंबाई या विस्थापन, और अधिक महत्वपूर्ण बात, घर्षण बल और विस्थापन के बीच का कोण निर्धारित करना होगा।
बल की पहचान करना महत्वपूर्ण है, चाहे वह रूढ़िवादी हो या गैर-रूढ़िवादी। इस तरह हम समझेंगे कि बल शरीर को बदल देगा कुल यांत्रिक ऊर्जा (गतिज + क्षमता) जब यह कोई कार्य करता है। चूंकि घर्षण बल गतिमान पिंड के विपरीत कार्य करता है, यह एक गैर-रूढ़िवादी बल है जो कुल यांत्रिक ऊर्जा को बदलता है, इसमें शामिल है संभावित ऊर्जा के लिए गतिज गति का विरोध करने के लिए रूपांतरण।
जब एक शुद्ध बल शरीर पर कार्य करता है, तो यह गतिज ऊर्जा को बदल देता है।
कार्य-ऊर्जा प्रमेय कहते हैं कि एक शुद्ध बल द्वारा शरीर पर किया गया कार्य उनकी गतिज ऊर्जा के अंतर के बराबर होता है।
यदि शरीर को ऊर्जा प्राप्त होती है, तो उसका किया गया कार्य है सकारात्मक. यदि शरीर ऊर्जा खो देता है, तो उसका किया गया कार्य है नकारात्मक.
घर्षण बल एक क्षैतिज सतह पर कार्य करने वाला एकमात्र शुद्ध बल है जो के बराबर होता है गतिज का गुणांक घर्षण μk और सामान्य बल N.
जहांकि क्षैतिज सतह पर लंबवत सामान्य बल mgcosθ है।
इसलिए, घर्षण बल है,
FFric = μkमिलीग्राम ……………। (*)
घर्षण सूत्र द्वारा किया गया कार्य
घर्षण सूत्र द्वारा किया गया कार्य शुद्ध बलों और कार्य-ऊर्जा प्रमेय का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है।
सामान्य बल और गुरुत्वाकर्षण बल, जो लंबवत रूप से कार्य करते हैं, एक दूसरे को रद्द करते हैं क्योंकि वे विपरीत हैं। इसलिए, क्षैतिज घर्षण बल FFric काम करने के लिए शरीर पर अभिनय करने वाला एकमात्र शुद्ध बल है।
आइए चलती बॉक्स पर घर्षण बल द्वारा किए गए शुद्ध कार्य की गणना a . द्वारा करें क्षैतिज के अनुदिश विस्थापन d पथ।
WFric = एफशुक्र डीसीओएसθ
घर्षण बल (*) के समीकरण को प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त करते हैं
WFric = μkmg.dcosθ
चूंकि फिसलने वाला घर्षण होता है, विस्थापन और फिसलने वाले घर्षण के बीच का कोण 180° होता है; जो देता है cosθ = cos180° = -1.
WFric = - μkएमजी.डी
उपरोक्त का समीकरण है घर्षण द्वारा किया गया कार्य।
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क्या घर्षण से किया गया कार्य हमेशा नकारात्मक होता है?
घर्षण द्वारा किया गया कार्य आमतौर पर ऋणात्मक होता है क्योंकि 180° घर्षण और विस्थापन के बीच का कोण।
जब हम खुरदुरी सतह पर बल लगाते हैं, तो घर्षण बल के विपरीत दिशा में लगाया जाता है। इसलिए, घर्षण और विस्थापन के बीच का कोण 180° हो जाता है जिससे गतिज ऊर्जा कम हो जाती है; तथा देता है घर्षण बल द्वारा किया गया ऋणात्मक कार्य।
पर और अधिक पढ़ें गतिज ऊर्जा रूपांतरण की संभावना।
शुद्ध रोलिंग में घर्षण द्वारा किया गया कार्य
बिना खिसके घर्षण द्वारा किया गया कार्य शुद्ध रोलिंग में शून्य होता है।
जब एक पिंड दूसरे पिंड के साथ शुद्ध रोलिंग में होता है, तो स्थैतिक बल क्षैतिज सतह पर लंबवत कार्य करता है। रोलिंग पिंड ऊर्जा रूपांतरण से नहीं गुजरता है क्योंकि स्थैतिक बल अपना विस्थापन नहीं कर सकता है। इसलिए, शुद्ध रोलिंग में स्थैतिक घर्षण कोई काम नहीं करता है।
घर्षण बल स्व-समायोजन है। यह गति का विरोध करने के लिए लगाए गए बल की दिशा के अनुसार अपनी दिशा रखता है। शुद्ध रोलिंग में, शरीर का निचला हिस्सा थोड़े समय के लिए जमीन के संपर्क में आता है, जिससे शरीर को लंबवत रूप से घर्षण बल की दिशा में ऊपर उठा दिया जाता है। यानी स्थैतिक घर्षण।
शुद्ध रोलिंग का अर्थ है कम अनुवाद और अधिक रोलिंग। स्थैतिक घर्षण अनुवाद गति में किया गया नकारात्मक कार्य करता है - जो अनुवाद को गतिहीन करता है, और समान रूप से सकारात्मक कार्य घूर्णी गति में किया जाता है - जिसका अर्थ है रोटेशन को तेज करना। इसलिए स्थैतिक घर्षण द्वारा किया गया शुद्ध कार्य शुद्ध रोलिंग में शून्य होता है इसलिए, किसी भी कार्य को करने के लिए, शरीर को लुढ़कने की आवश्यकता होती है रपट.
पर और अधिक पढ़ें रोलिंग घर्षण.
घर्षण द्वारा किया गया कार्य सकारात्मक है या नकारात्मक?
संदर्भ के फ्रेम को चुनने के आधार पर घर्षण द्वारा किया गया कार्य केवल सकारात्मक, नकारात्मक होता है।
चूँकि लगाया गया बल और पिंड का विस्थापन एक ही दिशा में है; इसकी वृद्धि करता है ऊर्जा. अतः किया गया कार्य सकारात्मक है। लेकिन गतिज घर्षण और शरीर का विस्थापन विपरीत दिशा में है; उसकी ऊर्जा कम हो जाती है। अतः किया गया कार्य ऋणात्मक है।
यदि शरीर फिसल रहा है, तो शरीर पर कार्य करने वाला घर्षण बल फिसलने वाला घर्षण होगा, और गतिज घर्षण और विस्थापन के बीच का कोण 180 ° है जो कि किए गए नकारात्मक कार्य को जन्म देता है।
यदि हम संदर्भ के फ्रेम को बदलते हैं तो घर्षण द्वारा किया गया कार्य सकारात्मक दिखाई दे सकता है क्योंकि गतिज घर्षण शरीर की गति की दिशा में प्रकट हो सकता है। मान लीजिए कि गलीचे पर एक भारी बक्सा रखा जाता है, और वह अचानक उठा लिया जाता है। यहां तक कि बॉक्स भी पीछे खिसक जाता है, लेकिन संदर्भ के फ्रेम के साथ अपेक्षाकृत आगे की ओर बढ़ता है। ऐसी स्थिति में घर्षण द्वारा किया गया कार्य धनात्मक होता है।
पर और अधिक पढ़ें सापेक्षिक गति।
बिना गुणांक के घर्षण द्वारा किया गया कार्य कैसे ज्ञात करें?
बिना गुणांक के घर्षण द्वारा किया गया कार्य एक आनत समतल प्रयोग करके प्राप्त किया जाता है।
आइए पहले एक झुका हुआ रैंप स्थापित करें और इसके झुकाव कोण को समायोजित करें। झुकाव वाला कोण जितना अधिक होगा, उतना ही अधिक बल वस्तु को रैंप पर नीचे की ओर धकेलता है। जब हम घर्षण बल की तुलना में लागू बल को बढ़ाते हैं, तो हम अधिकतम घर्षण बल का पता लगा सकते हैं और वस्तु के विस्थापन और घर्षण द्वारा किए गए कार्य को उसके गुणांक को जाने बिना माप सकते हैं।
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हम किताब और लकड़ी के प्लाई की एक श्रृंखला का उपयोग करके एक झुका हुआ रैंप बना सकते हैं। इसके बाद हम पुस्तकों की एक श्रृंखला को इसकी अधिकतम ऊंचाई में बदलने के लिए ढेर करके इसका झुकाव कोण निर्धारित करते हैं। आइए टॉय कार को झुके हुए रैंप पर एक कोण पर रखें और थोड़ा सा धक्का दें। हमारे धक्का बल के खिलाफ, रैंप की सतह से घर्षण बल कार को रैंप से नीचे खिसकने से रोकता है।
लेकिन अगर हम धक्का बढ़ाते हैं, तो कार रैंप से फिसलने के लिए घर्षण बल को सफल कर देती है। हम बॉक्स पर नेट बलों और उसके विस्थापन को मापकर गुणांक के बिना घर्षण द्वारा किए गए कार्य की गणना कर सकते हैं।
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नमस्ते, मैं मनीष नाइक ने विशेषज्ञता के रूप में सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ एमएससी भौतिकी पूरा किया है। मेरे पास भौतिकी विषय पर आलेख लेखन का तीन वर्ष का अनुभव है। लेखन, जिसका उद्देश्य शुरुआती और विशेषज्ञों से लेकर सभी पाठकों को सटीक जानकारी प्रदान करना था।
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