8.1-Balanced and Unbalanced Forces

8.1-Balanced and Unbalanced Forces Important Formulae

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After successful completion of this topic, you should be able to:

  • Examine forces acting on a body in order to determine change in body's motion as a consequence of resultant force.
  • Determine the impact of frictional force on the motion of an object.

Forces are an essential concept in physics, influencing the motion of objects. Understanding the difference between balanced and unbalanced forces is crucial for analyzing how forces affect motion. This section explores these concepts, their definitions, examples, and implications in real-world scenarios.

1. Definition of Forces:

A force is defined as a push or pull acting on an object. It has both magnitude and direction, making it a vector quantity. Forces can arise from various sources, including gravity, friction, tension, and applied forces. The unit of force in the International System of Units (SI) is the newton (N).

2. Balanced Forces:

Balanced forces occur when two or more forces acting on an object are equal in size but opposite in direction. When forces are balanced, the net force acting on the object is zero: $$ \text{Net Force} = 0 \, \text{N} $$ As a result, the object remains in its current state of motion, whether at rest or moving at a constant velocity. Some examples of balanced forces include:

  • A book resting on a table: The force of gravity pulling it down is balanced by the normal force from the table pushing it up.
  • A person holding a stationary object: The upward force from their hands balances the downward gravitational force on the object.

3. Unbalanced Forces:

Unbalanced forces occur when the forces acting on an object are not equal in size or opposite in direction. This results in a net force that is not zero, leading to a change in the object's state of motion: $$ \text{Net Force} \neq 0 $$ When forces are unbalanced, an object will accelerate in the direction of the net force, according to Newton's second law of motion: $$ F = ma $$ where $F$ is the net force, $m$ is the mass of the object, and $a$ is the acceleration produced. Examples of unbalanced forces include:

  • A car accelerating down the road: The force from the engine is greater than the opposing forces of friction and air resistance.
  • A soccer ball being kicked: The force of the kick is greater than the gravitational force acting downward, causing the ball to move upward.

4. Implications of Balanced and Unbalanced Forces:

Understanding balanced and unbalanced forces is crucial for analyzing various physical situations:

  • Static Equilibrium: When all forces acting on an object are balanced, the object remains at rest. This concept is vital in engineering and construction to ensure stability.
  • Dynamic Equilibrium: When an object moves at a constant velocity due to balanced forces, it is in dynamic equilibrium, such as a plane cruising at a constant speed.
  • Acceleration and Deceleration: Unbalanced forces lead to changes in motion. If the net force is in the direction of motion, the object accelerates; if opposite, it decelerates.

5. Examples in Everyday Life:

Examples of balanced and unbalanced forces can be observed in daily life:

  • Balanced Forces: A hanging sign that does not move, where the gravitational force is balanced by the tension in the supporting rope.
  • Unbalanced Forces: A person pushing a shopping cart; the applied force exceeds friction, causing the cart to move forward.

Understanding these concepts is fundamental in physics and helps explain how objects interact with forces in various situations, influencing their motion and behavior.


Arman Cagle, Public domain, via Wikimedia Commons

8.1 - Balanced and Unbalanced Forces

बलों के प्रभाव के कारण वस्तु में गति आती है या गति में बदलाव होता है। बल दो प्रकार के होते हैं: संतुलित बल (Balanced Forces) और असंतुलित बल (Unbalanced Forces)।

संतुलित बल (Balanced Forces)

जब दो या दो से अधिक बल एक वस्तु पर एक ही दिशा में या विपरीत दिशाओं में लगते हैं और उनका परिणाम शून्य होता है, तो उसे संतुलित बल कहा जाता है। इस स्थिति में वस्तु की गति में कोई परिवर्तन नहीं होता।

उदाहरण: यदि एक व्यक्ति एक दीवार पर 10 न्यूटन का बल लगाता है और दूसरा व्यक्ति ठीक विपरीत दिशा में 10 न्यूटन का बल लगाता है, तो दोनों बल एक-दूसरे को संतुलित कर लेते हैं, और दीवार की स्थिति में कोई बदलाव नहीं आता।

असंतुलित बल (Unbalanced Forces)

जब दो या दो से अधिक बल किसी वस्तु पर इस तरह लगते हैं कि उनका परिणाम शून्य नहीं होता, तो इसे असंतुलित बल कहते हैं। असंतुलित बल के कारण वस्तु की गति में बदलाव होता है, जैसे गति का बढ़ना, घटना या दिशा बदलना।

उदाहरण: यदि एक व्यक्ति 10 न्यूटन का बल एक वस्तु पर लगाता है और दूसरा व्यक्ति 5 न्यूटन का बल उसी दिशा में लगाता है, तो कुल बल 15 न्यूटन होगा। इस स्थिति में वस्तु की गति बढ़ेगी।

बलों का जोड़ (Resultant Force)

जब दो या दो से अधिक बल एक वस्तु पर एक साथ काम करते हैं, तो उन्हें एक बल के रूप में जोड़ा जा सकता है। इसे परिणामस्वरूप बल (Resultant Force) कहा जाता है। यदि बल संतुलित होते हैं, तो परिणामस्वरूप बल शून्य होगा। यदि बल असंतुलित होते हैं, तो परिणामस्वरूप बल वस्तु की गति में परिवर्तन करेगा।

प्राकृतिक स्थितियाँ और बल

संतुलित बल वस्तु की गति को स्थिर बनाए रखते हैं, जबकि असंतुलित बल किसी वस्तु की गति में परिवर्तन करते हैं। उदाहरण के लिए, एक कार जो स्थिर स्थिति में है, उस पर संतुलित बल लगते हैं, लेकिन यदि कार को चलाने के लिए इंजन द्वारा एक असंतुलित बल लगाया जाता है, तो उसकी गति बदल जाती है।

संतुलित और असंतुलित बलों के उदाहरण
  • संतुलित बल का उदाहरण: एक किताब एक टेबल पर रखी हो, जहां नीचे गुरुत्वाकर्षण बल (Weight) और ऊपर की दिशा में टेबल द्वारा लगाए गए समान और विपरीत बल के कारण कोई गति नहीं होती।
  • असंतुलित बल का उदाहरण: जब एक व्यक्ति एक गाड़ी को धक्का देता है, तो यह गाड़ी गति पकड़ती है क्योंकि उसके द्वारा लगाए गए बल के कारण अन्य बलों के मुकाबले असंतुलन उत्पन्न होता है।
गति का परिवर्तन और बल

जब कोई वस्तु असंतुलित बल के प्रभाव में होती है, तो वह गति को बदल सकती है। गति में परिवर्तन का आकलन निम्नलिखित सूत्र से किया जा सकता है:

गति में परिवर्तन: $F = ma$

यहां, $F$ बल है, $m$ वस्तु का द्रव्यमान है और $a$ वस्तु का त्वरण (acceleration) है। यह सूत्र न्यूटन के द्वितीय गति नियम से लिया गया है, जो बताता है कि वस्तु का त्वरण उस पर लगाए गए बल के अनुपात में होता है।

इस प्रकार, संतुलित और असंतुलित बलों के प्रभाव को समझना महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह गति और संतुलन के बीच के रिश्ते को स्पष्ट करता है।