घर्षण क्या है?

घर्षण वह बल है जो संपर्क में आने वाले दो वस्तुओं के सापेक्ष गति का विरोध करता है। यह प्रकृति का एक मौलिक बल है जो कारों की चाल से लेकर द्रवों के प्रवाह तक सब कुछ प्रभावित करता है।

घर्षण के कारण

घर्षण दो वस्तुओं की सतहों पर मौजूद सूक्ष्म असमानताओं के परस्पर क्रिया से उत्पन्न होता है। जब ये असमानताएँ आपस में संपर्क में आती हैं, तो वे गति के प्रतिरोध को उत्पन्न करती हैं। घर्षण की मात्रा कई कारकों पर निर्भर करती है, जिनमें शामिल हैं:

• सतहों की खुरदरापन: जितनी अधिक खुरदरी सतहें होंगी, उतना अधिक घर्षण होगा।
• सतहों को एक साथ दबाने वाला बल: जितना अधिक बल होगा, उतना अधिक घर्षण होगा।
• सतहों की सामग्री: कुछ सामग्रियाँ, जैसे रबर, अन्यों की तुलना में (जैसे धातु) अधिक घर्षण उत्पन्न करती हैं।

घर्षण के प्रभाव

घर्षण के कई महत्वपूर्ण प्रभाव होते हैं, जिनमें शामिल हैं:

• यह वस्तुओं को फिसलने से रोकता है: घर्षण वस्तुओं को फिसलने से रोकने के लिए आवश्यक है। उदाहरण के लिए, कार के टायरों और सड़क के बीच का घर्षण कार को स्किड होने से रोकता है।
• यह वस्तुओं को घिसता है: घर्षण समय के साथ वस्तुओं को घिस सकता है। उदाहरण के लिए, कार के ब्रेकों और रोटर के बीच का घर्षण ब्रेकों को घिसा सकता है।
• यह ऊष्मा उत्पन्न करता है: घर्षण दो वस्तुओं के रगड़ने पर ऊष्मा उत्पन्न कर सकता है। उदाहरण के लिए, एक माचिस और माचिस डिब्बे के बीच का घर्षण आग शुरू करने के लिए पर्याप्त ऊष्मा उत्पन्न कर सकता है।

घर्षण को कम करना

घर्षण को कम करने के कई तरीके हैं, जिनमें शामिल हैं:

• चिकनाई पदार्थों का उपयोग: चिकनाई पदार्थ, जैसे तेल और ग्रीस, दो वस्तुओं की सतहों पर मौजूद सूक्ष्म असमानताओं को भरकर घर्षण को कम कर सकते हैं।
• सतहों को चिकना बनाना: दो वस्तुओं की सतहों को चिकना बनाने से सूक्ष्म असमानताओं की संख्या घट जाती है, जिससे घर्षण कम होता है।
• कम घर्षण वाले पदार्थों का उपयोग: कुछ पदार्थ, जैसे टेफ्लॉन, में घर्षण कम होता है और इनका उपयोग दो वस्तुओं के बीच घर्षण को कम करने के लिए किया जा सकता है।

घर्षण प्रकृति में एक मौलिक बल है जो कारों की गति से लेकर द्रवों के प्रवाह तक सब कुछ प्रभावित करता है। प्रणालियों को कुशलता और सुरक्षा से कार्य करने के लिए डिज़ाइन करने के लिए घर्षण के कारणों और प्रभावों को समझना महत्वपूर्ण है।

घर्षण के उदाहरण

घर्षण एक ऐसा बल है जो संपर्क में आई दो वस्तुओं की सापेक्ष गति का विरोध करता है। यह वस्तुओं की सतहों पर मौजूद सूक्ष्म असमानताओं के परस्पर क्रिया से उत्पन्न होता है। घर्षण एक सहायक बल हो सकता है, जैसे जब यह हमें फिसलन भरी सड़कों पर फिसलने से रोकता है, लेकिन यह एक बाधा भी हो सकता है, जैसे जब यह हमारी कार के ब्रेकों को घिसा देता है।

रोज़मर्रा की जिंदगी में घर्षण के कई अलग-अलग उदाहरण हैं। कुछ सबसे सामान्य उदाहरणों में शामिल हैं:

• स्लाइडिंग घर्षण: यह वह प्रकार का घर्षण है जब दो वस्तुएं एक-दूसरे के पास फिसलती हैं। उदाहरण के लिए, जब आप किसी किताब को मेज़ पर खिसकाते हैं, तो किताब और मेज़ के बीच का घर्षण किताब की गति का विरोध करता है।
• रोलिंग घर्षण: यह वह प्रकार का घर्षण है जब कोई वस्तु किसी सतह पर लुढ़कती है। उदाहरण के लिए, जब आप किसी गेंद को पहाड़ी से नीचे लुढ़काते हैं, तो गेंद और पहाड़ी के बीच का घर्षण गेंद की गति का विरोध करता है।
• द्रव घर्षण: यह वह प्रकार का घर्षण है जब कोई वस्तु किसी द्रव में चलती है। उदाहरण के लिए, जब आप पानी में तैरते हैं, तो आपके शरीर और पानी के बीच का घर्षण आपकी गति का विरोध करता है।

दो वस्तुओं के बीच घर्षण की मात्रा कई कारकों पर निर्भर करती है, जिनमें शामिल हैं:

• सतहों की खुरदरापन: जितनी अधिक खुरदरी सतहें होंगी, उतना अधिक घर्षण होगा।
• वस्तुओं का भार: जितनी अधिक भारी वस्तुएं होंगी, उतना अधिक घर्षण होगा।
• वस्तुओं की गति: जितनी तेज़ी से वस्तुएं चलती हैं, उतना अधिक घर्षण होगा।

घर्षण एक सहायक बल हो सकता है, लेकिन यह बाधा भी बन सकता है। घर्षण को प्रभावित करने वाले कारकों को समझकर, हम इसका लाभ उठा सकते हैं और इसके नकारात्मक प्रभावों को कम कर सकते हैं।

सहायक घर्षण के उदाहरण

रोज़मर्रा की ज़िंदगी में सहायक घर्षण के कई उदाहरण हैं। कुछ सबसे सामान्य उदाहरण इस प्रकार हैं:

• चलना: हमारे जूतों और ज़मीन के बीच घर्षण हमें फिसले बिना चलने देता है।
• गाड़ी चलाना: टायरों और सड़क के बीच घर्षण हमें कार बिना स्किड किए चलाने देता है।
• ब्रेक लगाना: ब्रेक पैड और रोटर के बीच घर्षण ब्रेक दबाने पर कार की गति घटाता है।
• वस्तुओं को पकड़ना: हाथों और वस्तुओं के बीच घर्षण हमें उन्हें गिराए बिना पकड़ने देता है।

हानिकारक घर्षण के उदाहरण

रोज़मर्रा की ज़िंदगी में हानिकारक घर्षण के भी कई उदाहरण हैं। कुछ सबसे आम निम्नलिखित हैं:

• घिसाव: घर्षण समय के साथ वस्तुओं को घिसा सकता है। उदाहरण के लिए, कार के ब्रेकों और रोटर के बीच घर्षण ब्रेकों को घिसा देता है।
• गर्मी: घर्षण गर्मी पैदा कर सकता है, जो वस्तुओं को नुकसान पहुँचा सकता है। उदाहरण के लिए, टायरों और सड़क के बीच घर्षण टायरों को गर्म कर फट सकता है।
• शोर: घर्षण शोर पैदा कर सकता है, जो कष्टदायक या हानिकारक हो सकता है। उदाहरण के लिए, ब्रेक पैड और रोटर के बीच घर्षण चीखती आवाज़ बना सकता है।

घर्षण को प्रभावित करने वाले कारकों को समझकर हम इसके नकारात्मक प्रभाव घटा सकते हैं और इसे अपने लाभ में उपयोग कर सकते हैं।

घर्षण के प्रकार

घर्षण वह बल है जो संपर्क में आई दो वस्तुओं के सापेक्ष गति का विरोध करता है। यह प्रकृति का एक मूलभूत बल है और हमारे दैनिक जीवन के विभिन्न पहलुओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। घर्षण के विभिन्न प्रकार होते हैं, जिनमें से प्रत्येक की अनूठी विशेषताएँ और उपयोग होते हैं।

1. स्थिर घर्षण

स्थिर घर्षण वह बल है जो किसी बाह्य बल लगने पर वस्तु को चलना शुरू होने से रोकता है। यह दो ऐसी सतहों के बीच कार्य करता है जो आपसे में सापेक्ष गति में नहीं हैं। अधिकतम स्थिर घर्षण बल सीधे समानुपाती होता है नॉर्मल बल (वह बल जो सतहों को एक-दूसरे से दबाता है) और स्थिर घर्षण गुणांक (एक पदार्थ गुणधर्म) से।

$$F_s \le \mu_s F_n$$

जहाँ:

• $F_s$ स्थिर घर्षण बल है
• $\mu_s$ स्थिर घर्षण गुणांक है
• $F_n$ नॉर्मल बल है

2. गतिशील घर्षण

गतिशील घर्षण वह बल है जो दो वस्तुओं की सापेक्ष गति का विरोध करता है जो पहले से ही संपर्क में हैं और गति कर रही हैं। यह हमेशा अधिकतम स्थिर घर्षण बल से कम होता है और सीधे समानुपाती होता है नॉर्मल बल और गतिशील घर्षण गुणांक (एक अन्य पदार्थ गुणधर्म) से।

$$F_k = \mu_k F_n$$

जहाँ:

• $F_k$ गतिशील घर्षण बल है
• $\mu_k$ गतिशील घर्षण गुणांक है
• $F_n$ नॉर्मल बल है

3. लोलक घर्षण

लोलक घर्षण वह बल है जो किसी वस्तु की लोलन गति का विरोध करता है जब वह किसी सतह पर लोलन कर रही हो। यह प्रायः स्थिर या गतिशील घर्षण से बहुत कम होता है और इसका कारण वस्तु और जिस सतह पर वह लोलन कर रही है, उनका विकृत होना है। लोलक घर्षण सीधे समानुपाती होता है नॉर्मल बल और लोलक घर्षण गुणांक से।

$$F_r = \mu_r F_n$$

जहाँ:

• $F_r$ लोलक घर्षण बल है
• $\mu_r$ लोलक घर्षण गुणांक है
• $F_n$ नॉर्मल बल है

4. द्रव घर्षण

द्रव घर्षण, जिसे ड्रैग भी कहा जाता है, वह बल है जो किसी वस्तु के द्रव (तरल या गैस) में गति का विरोध करता है। यह द्रव की श्यानता और वस्तु के आकार तथा वेग के कारण उत्पन्न होता है। द्रव घर्षण सीधे द्रव की श्यानता, वस्तु के वेग और वस्तु के सतह क्षेत्रफल के समानुपाती होता है।

$$F_d = \frac{1}{2} \rho v^2 A C_d$$

जहाँ:

• $F_d$ द्रव घर्षण बल है
• $\rho$ द्रव का घनत्व है
• $v$ वस्तु का वेग है
• $A$ वस्तु का सतह क्षेत्रफल है
• $C_d$ ड्रैग गुणांक है

घर्षण के अनुप्रयोग

घर्षण हमारे दैनिक जीवन के विभिन्न पहलुओं में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जिनमें शामिल हैं:

• चलना: हमारे जूतों और जमीन के बीच घर्षण हमें फिसले बिना चलने की अनुमति देता है।
• ड्राइविंग: टायर और सड़क के बीच घर्षण वाहनों को चलने, ब्रेक लगाने और मोड़ लेने में सक्षम बनाता है।
• ब्रेकिंग: ब्रेक पैड और रोटर के बीच घर्षण वाहनों को धीमा करता है या रोकता है।
• वस्तुओं को पकड़ना: घर्षण हमें वस्तुओं को बिना फिसले हाथ से पकड़ने की अनुमति देता है।
• मशीनरी: घर्षण गियर, पुलleys और कन्वेयर बेल्ट जैसी मशीनों के संचालन के लिए आवश्यक है।

घर्षण का मापन

घर्षण वह बल है जो संपर्क में आई दो वस्तुओं के सापेक्ष गति का विरोध करता है। यह वस्तुओं की सतहों पर मौजूद सूक्ष्म असमानताओं के परस्पर क्रिया के कारण उत्पन्न होता है। घर्षण की मात्रा सतहों की प्रकृति, वस्तुओं को एक साथ दबाने वाले बल और वस्तुओं के सापेक्ष वेग पर निर्भर करती है।

घर्षण को मापने की विधियाँ

घर्षण को मापने की कई विधियाँ हैं, जिनमें शामिल हैं:

• झुकी हुई तल विधि: इस विधि में एक वस्तु को एक झुके हुए तल पर रखा जाता है और वह कोण मापा जाता है जिस पर वस्तु फिसलना शुरू करती है। फिर घर्षण गुणांक को निम्न सूत्र का उपयोग करके गणना की जाती है:

$$μ = tanθ$$

जहाँ:

• μ घर्षण गुणांक है

• θ झुकाव का कोण है

• क्षैतिज तल विधि: इस विधि में एक वस्तु को एक क्षैतिज तल पर रखा जाता है और वह बल मापा जाता है जो वस्तु को स्थिर वेग से चलाने के लिए आवश्यक होता है। फिर घर्षण गुणांक को निम्न सूत्र का उपयोग करके गणना की जाती है:

$$μ = F/N$$

जहाँ:

• μ घर्षण गुणांक है

• F वस्तु को चलाने के लिए आवश्यक बल है

• N अभिलंब बल है (वह बल जो वस्तु को तल के खिलाफ दबाता है)

• पेंडुलम विधि: इस विधि में एक वस्तु को एक पेंडुलम से जोड़ा जाता है और दोलन की अवधि मापी जाती है। फिर घर्षण गुणांक को निम्न सूत्र का उपयोग करके गणना की जाती है:

$$μ = 4π^2(L/gT^2)$$

जहाँ:

• μ घर्षण गुणांक है
• L पेंडुलम की लंबाई है
• g गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है
• T दोलन की अवधि है

घर्षण गुणांक

घर्षण गुणांक दो सतहों के बीच स्लाइडिंग के प्रतिरोध की माप है। यह उस बल और अभिलंब बल के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है जो सतहों को एक-दूसरे के खिलाफ दबाता है, जहाँ बल एक सतह को दूसरे के पास ले जाने के लिए आवश्यक होता है।

घर्षण के प्रकार

घर्षण के दो मुख्य प्रकार होते हैं:

• स्थिर घर्षण वह बल है जो दो सतहों के बीच गति का विरोध करता है जो आपस में स्पर्श में हैं लेकिन एक दूसरे के सापेक्ष गति नहीं कर रही हैं।
• गतिशील घर्षण वह बल है जो दो सतहों के बीच गति का विरोध करता है जो आपस में स्पर्श में हैं और एक दूसरे के सापेक्ष गति कर रही हैं।

स्थिर घर्षण गुणांक

स्थिर घर्षण गुणांक वह अनुपात है जो एक सतह को दूसरी सतह के पास गति शुरू करने के लिए आवश्यक बल और सतहों को एक साथ दबाने वाले अभिलंब बल के बीच होता है। यह आमतौर पर गतिशील घर्षण गुणांक से अधिक होता है।

गतिशील घर्षण गुणांक

गतिशील घर्षण गुणांक वह अनुपात है जो एक सतह को दूसरी सतह के पास गति बनाए रखने के लिए आवश्यक बल और सतहों को एक साथ दबाने वाले अभिलंब बल के बीच होता है। यह आमतौर पर स्थिर घर्षण गुणांक से कम होता है।

घर्षण को प्रभावित करने वाले कारक

घर्षण गुणांक कई कारकों से प्रभावित होता है, जिनमें शामिल हैं:

• सतहों की प्रकृति जो स्पर्श में हैं। जितनी खुरदरी सतहें होंगी, घर्षण गुणांक उतना अधिक होगा।
• सतहों को एक साथ दबाने वाला अभिलंब बल। जितना अधिक अभिलंब बल होगा, घर्षण गुणांक उतना अधिक होगा।
• सतहों का तापमान। जितना अधिक तापमान होगा, घर्षण गुणांक उतना कम होगा।
• स्नेहक की उपस्थिति। स्नेहक घर्षण गुणांक को कम करते हैं।

घर्षण पर हल किए गए संख्यात्मक प्रश्न

स्थिर घर्षण

उदाहरण 1:

10 kg द्रव्यमान का एक ब्लॉक क्षैतिज सतह पर विराम अवस्था में है। ब्लॉक और सतह के बीच स्थिर घर्षण का गुणांक 0.4 है। ब्लॉक पर अधिकतम कितना बल लगाया जा सकता है जिससे वह हिले नहीं?

हल:

ब्लॉक पर अधिकतम बल जो लगाया जा सकता है और वह हिले नहीं, निम्न द्वारा दिया जाता है:

$$F_{max} = \mu_s m g$$

जहाँ:

• $F_{max}$ अधिकतम बल है (न्यूटन में)
• $\mu_s$ स्थिर घर्षण का गुणांक है (0.4)
• $m$ ब्लॉक का द्रव्यमान है (10 kg)
• $g$ गुरुत्वीय त्वरण है (9.8 m/s²)

दिए गए मानों को समीकरण में रखने पर हम पाते हैं:

$$F_{max} = 0.4 \times 10 \times 9.8 = 39.2 \text{ N}$$

इसलिए, ब्लॉक पर अधिकतम बल जो लगाया जा सकता है और वह हिले नहीं, 39.2 N है।

उदाहरण 2:

20 kg द्रव्यमान का एक ब्लॉक क्षैतिज सतह पर विराम अवस्था में है। ब्लॉक और सतह के बीच स्थिर घर्षण का गुणांक 0.5 है। ब्लॉक पर 100 N का बल लगाया जाता है। क्या ब्लॉक हिलेगा?

हल:

यह निर्धारित करने के लिए कि ब्लॉक हिलेगा या नहीं, हमें लगाए गए बल की तुलना स्थिर घर्षण के अधिकतम बल से करनी होगी। स्थिर घर्षण का अधिकतम बल निम्न द्वारा दिया जाता है:

$$F_{max} = \mu_s m g$$

जहाँ:

• $F_{max}$ अधिकतम बल है (न्यूटन में)
• $\mu_s$ स्थिर घर्षण का गुणांक है (0.5)
• $m$ ब्लॉक का द्रव्यमान है (20 kg)
• $g$ गुरुत्वीय त्वरण है (9.8 m/s²)

दिए गए मानों को समीकरण में रखने पर हम पाते हैं:

$$F_{max} = 0.5 \times 20 \times 9.8 = 98 \text{ N}$$

चूँकि लगाया गया बल 100 N स्थिर घर्षण के अधिकतम बल से अधिक है, ब्लॉक चलेगा।

गतिशील घर्षण

उदाहरण 1:

10 kg द्रव्यमान का एक ब्लॉक क्षैतिज सतह पर 5 m/s की नियत चाल से चल रहा है। ब्लॉक और सतह के बीच गतिशील घर्षण का गुणांक 0.2 है। ब्लॉक पर लगने वाला गतिशील घर्षण बल क्या है?

हल:

ब्लॉक पर लगने वाला गतिशील घर्षण बल इस प्रकार दिया जाता है:

$$F_k = \mu_k m g$$

जहाँ:

• $F_k$ गतिशील घर्षण बल है (न्यूटन में)
• $\mu_k$ गतिशील घर्षण का गुणांक है (0.2)
• $m$ ब्लॉक का द्रव्यमान है (10 kg)
• $g$ गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है (9.8 m/s²)

दिए गए मानों को समीकरण में रखने पर, हमें मिलता है:

$$F_k = 0.2 \times 10 \times 9.8 = 19.6 \text{ N}$$

इसलिए, ब्लॉक पर लगने वाला गतिशील घर्षण बल 19.6 N है।

उदाहरण 2:

20 kg द्रव्यमान का एक ब्लॉक क्षैतिज सतह पर 10 m/s की चाल से चल रहा है। ब्लॉक और सतह के बीच गतिशील घर्षण का गुणांक 0.3 है। ब्लॉक विश्राम अवस्था में आने से पहले कितनी दूर फिसलेगा?

हल:

ब्लॉक द्वारा विश्राम अवस्था में आने से पहले फिसलने वाली दूरी निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके गणना की जा सकती है:

$$d = \frac{v^2}{2\mu_k g}$$

जहाँ:

• $d$ दूरी है (मीटर में)
• $v$ ब्लॉक का प्रारंभिक वेग है (10 m/s)
• $\mu_k$ गतिक घर्षण का गुणांक है (0.3)
• $g$ गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है (9.8 m/s²)

दिए गए मानों को समीकरण में रखने पर, हमें प्राप्त होता है:

$$d = \frac{10^2}{2 \times 0.3 \times 9.8} = 16.33 \text{ m}$$

इसलिए, ब्लॉक 16.33 m तक फिसलेगा और फिर रुक जाएगा।

घर्षण FAQs

घर्षण क्या है?

घर्षण वह बल है जो संपर्क में आए दो वस्तुओं के सापेक्ष गति का विरोध करता है। यह दोनों वस्तुओं की सतहों पर मौजूद सूक्ष्म असमानताओं के परस्पर क्रिया के कारण उत्पन्न होता है।

घर्षण के विभिन्न प्रकार क्या हैं?

घर्षण के तीन मुख्य प्रकार होते हैं:

• स्थिर घर्षण वह बल है जो किसी स्थिर वस्तु की गति का विरोध करता है।
• स्लाइडिंग घर्षण वह बल है जो किसी स्लाइड कर रही वस्तु की गति का विरोध करता है।
• रोलिंग घर्षण वह बल है जो किसी लुढ़क रही वस्तु की गति का विरोध करता है।

घर्षण को कौन-से कारक प्रभावित करते हैं?

दो वस्तुओं के बीच घर्षण की मात्रा कई कारकों पर निर्भर करती है, जिनमें शामिल हैं:

• संपर्क में आई सतहों की प्रकृति। खुरदरी सतहों पर चिकनी सतहों की तुलना में अधिक घर्षण होता है।
• दोनों सतहों को एक साथ दबाने वाला बल। जितना अधिक बल होगा, उतना अधिक घर्षण होगा।
• दोनों सतहों की सापेक्ष वेग। जितनी तेज़ी से सतहें एक दूसरे के सापेक्ष चलती हैं, उतना अधिक घर्षण होता है।

घर्षण को कैसे कम किया जा सकता है?

घर्षण को कम करने के कई तरीके हैं, जिनमें शामिल हैं:

• चिकनाई पदार्थों का उपयोग करना। चिकनाई पदार्थ दो वस्तुओं की सतहों पर मौजूद सूक्ष्म असमानताओं को भरकर घर्षण को कम करते हैं।
• सतहों को पॉलिश करना। पॉलिश करने से सतहें चिकनी हो जाती हैं, जिससे घर्षण घट जाता है।
• बॉल बेयरिंग्स का उपयोग करना। बॉल बेयरिंग्स वस्तुओं को फिसलने के बजाय लुढ़कने देकर घर्षण को कम करते हैं।

रोज़मर्रा की ज़िंदगी में घर्षण के कुछ उदाहरण क्या हैं?

घर्षण हमारे चारों ओर है। यहाँ कुछ उदाहरण दिए गए हैं:

• कार के ब्रेक कार को रोकने के लिए घर्षण का उपयोग करते हैं।
• कार के टायर सड़क को पकड़ने के लिए घर्षण का उपयोग करते हैं।
• चलता हुआ व्यक्ति आगे बढ़ने के लिए घर्षण का उपयोग करता है।
• एक पहाड़ी से नीचे लुढ़कता गेंद धीमा होने के लिए घर्षण का उपयोग करता है।

निष्कर्ष

घर्षण एक मूलभूत बल है जो हमारी रोज़मर्रा की ज़िंदगी में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह हमारे चलने के तरीके से लेकर कार चलाने के तरीके तक सब कुछ के लिए उत्तरदायी है।