8.2-Forces are due to an Interaction

8.2-Forces are due to an Interaction Important Formulae

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8.2 - Forces are due to an Interaction
  • Force is a result of interaction between two objects.
  • Forces can be contact forces (e.g., friction, tension) or non-contact forces (e.g., gravity, magnetic, electrostatic).
  • When two objects interact, they exert equal and opposite forces on each other (Newton's 3rd Law).
  • Formula for force: $F = ma$, where $F$ is force, $m$ is mass, and $a$ is acceleration.
  • Forces are measured in newtons (N).
  • Interaction between objects can cause changes in motion or shape.

8.2 - Forces are due to an Interaction

In this section, we learn that forces arise due to interactions between objects. Forces can act in various ways, such as pushing or pulling, and they result from the interaction between two or more objects. Understanding the nature of these interactions is key to grasping the concept of force and its effect on objects.

When two objects interact, one object may apply a force on the other. This force can be classified into different types based on the nature of the interaction, such as contact forces and non-contact forces. Let's discuss both of them.

Contact Forces

Contact forces occur when two objects are physically in contact with each other. Examples include:

  • Frictional force: This force opposes the relative motion between two surfaces in contact. It is always directed opposite to the direction of motion.
  • Normal force: This force acts perpendicular to the surface of contact, preventing objects from passing through each other.
  • Tension force: This force occurs when an object is being pulled by a string, rope, or wire. It is directed along the length of the rope.
  • Applied force: This is a force applied directly to an object by a person or another object, usually in a specific direction.
Non-contact Forces

Non-contact forces, as the name suggests, occur without physical contact between the objects involved. These forces are exerted at a distance. Some examples include:

  • Gravitational force: This force of attraction exists between any two objects with mass. It is responsible for the weight of objects and the motion of celestial bodies. The formula for gravitational force is:

$F = \frac{G M_1 M_2}{r^2}$

Where $F$ is the gravitational force, $M_1$ and $M_2$ are the masses of the two objects, $r$ is the distance between them, and $G$ is the gravitational constant.

  • Electrostatic force: This is the force between charged particles. Like charges repel each other, while opposite charges attract each other. The magnitude of the electrostatic force between two charges is given by Coulomb's Law:

$F = k \frac{q_1 q_2}{r^2}$

Where $F$ is the electrostatic force, $q_1$ and $q_2$ are the charges, $r$ is the distance between them, and $k$ is Coulomb's constant.

  • Magnetic force: This force is exerted by magnets on each other or by magnetic fields on magnetic materials. Magnetic force can either attract or repel based on the poles of the magnets. Like poles repel, and opposite poles attract.
Interaction of Forces

Forces are always the result of interactions. When one object applies a force on another, the second object applies an equal and opposite force on the first object. This is known as Newton's Third Law of Motion, which states:

$F_{\text{action}} = - F_{\text{reaction}}$

For example, when you push a wall, the wall pushes back on you with an equal and opposite force. These forces are always in pairs and act on different objects.

Thus, the fundamental principle behind the existence of forces is that they result from interactions between objects, whether in contact or acting over a distance. Every force is always a result of an interaction between two or more objects, and they always come in pairs as described by Newton's Third Law.

8.2-Forces are due to an Interaction

शक्ति (Force) किसी वस्तु पर प्रभाव डालने वाला एक कारण है। यह किसी वस्तु के आकार, गति, या दिशा को बदलने में सक्षम है। जैसे हम किसी वस्तु को धक्का या खींचते हैं, तो हम उस पर बल लगा रहे होते हैं। बल का अस्तित्व केवल तब होता है जब दो वस्तुएं एक-दूसरे के साथ इंटरएक्ट करती हैं। इसका मतलब यह है कि बल किसी वस्तु द्वारा दूसरी वस्तु पर किए गए प्रभाव के कारण उत्पन्न होता है।

इस प्रकार, बल हमेशा एक इंटरएक्शन का परिणाम होता है। जब दो वस्तुएं एक-दूसरे के संपर्क में होती हैं, तब वे एक-दूसरे पर बल लगाती हैं। इसे "इंटरएक्शन" कहते हैं। यदि दो वस्तुएं एक-दूसरे के पास हैं, लेकिन संपर्क में नहीं हैं, तो भी वे एक-दूसरे पर बल लगा सकती हैं। उदाहरण के तौर पर, पृथ्वी और एक वस्तु के बीच गुरुत्वाकर्षण बल का प्रभाव बिना किसी संपर्क के होता है।

यहां पर कुछ उदाहरण दिए गए हैं, जो यह दिखाते हैं कि बल एक इंटरएक्शन के कारण उत्पन्न होता है:

  • संपर्क बल (Contact Force): जब दो वस्तुएं एक-दूसरे से संपर्क में होती हैं, तो बल उत्पन्न होता है। जैसे कि जब आप किसी बॉल को धक्का देते हैं, तो बॉल पर बल लगता है।
  • गुरुत्वाकर्षण बल (Gravitational Force): यह बल वस्तुएं आपस में संपर्क में आए बिना एक-दूसरे को आकर्षित करती हैं। पृथ्वी और कोई वस्तु के बीच गुरुत्वाकर्षण बल एक उदाहरण है।
  • इलेक्ट्रोमैग्नेटिक बल (Electromagnetic Force): यह बल आवेशित कणों के बीच उत्पन्न होता है, जैसे कि इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन के बीच आकर्षण या विकर्षण।

बल का परिमाण और दिशा दोनों महत्वपूर्ण होते हैं। जब दो वस्तुएं एक-दूसरे पर बल लगाती हैं, तो यह बल कुछ विशेष नियमों के अनुसार काम करता है। उदाहरण के लिए, यदि दो वस्तुएं एक-दूसरे से संपर्क में हैं, तो दोनों पर लगने वाले बल समान और विपरीत दिशा में होते हैं। इसे न्यूटन के तीसरे नियम के द्वारा समझा जा सकता है:

न्यूटन का तीसरा नियम: "हर क्रिया के बराबर और विपरीत प्रतिक्रिया होती है।"

यहां, जब कोई वस्तु दूसरी वस्तु पर बल लगाती है, तो दूसरी वस्तु पहले वस्तु पर उतना ही बल लगाती है, लेकिन विपरीत दिशा में। उदाहरण के तौर पर, अगर आप दीवार पर हाथ मारते हैं, तो दीवार भी आपके हाथ पर उतना ही बल लगाती है, जो आपने दीवार पर लगाया था।

गुरुत्वाकर्षण बल का उदाहरण भी बल के इंटरएक्शन को समझने में मदद करता है। पृथ्वी और कोई वस्तु के बीच गुरुत्वाकर्षण बल हमेशा एक-दूसरे को आकर्षित करता है। यह बल दोनों के बीच की दूरी और उनके द्रव्यमान पर निर्भर करता है।

गुरुत्वाकर्षण बल का सूत्र इस प्रकार है:

गुरुत्वाकर्षण बल (F) = $G \cdot \frac{m_1 \cdot m_2}{r^2}$

जहां:

  • F = गुरुत्वाकर्षण बल
  • G = गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक
  • m₁ और m₂ = दोनों वस्तुओं का द्रव्यमान
  • r = दोनों वस्तुओं के बीच की दूरी

इस प्रकार, जब कोई बल लगता है, तो वह केवल दो वस्तुओं के बीच के संपर्क या दूरियों के कारण उत्पन्न होता है। किसी बल का अस्तित्व तब तक नहीं होता जब तक दो वस्तुएं एक-दूसरे के साथ इंटरएक्ट न करें। बल की प्रकृति और प्रकार इस इंटरएक्शन पर निर्भर करते हैं।