8.4-A Force can Change the State of Motion

8.4-A Force can Change the State of Motion Important Formulae

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8.4 - A Force can Change the State of Motion
  • Force is any interaction that changes the motion of an object.
  • It can alter an object's speed, direction, or shape.
  • Force is measured in Newtons (N).
  • The change in motion depends on the magnitude and direction of the force applied.
  • Newton’s 2nd Law: $F = ma$, where $F$ is force, $m$ is mass, and $a$ is acceleration.
  • Unbalanced forces cause a change in the velocity of an object.
  • Balanced forces do not change the state of motion (object remains at rest or moves with constant velocity).

8.4 - A Force Can Change the State of Motion

In this section, we will learn about how a force can change the state of motion of an object. The state of motion refers to whether an object is at rest, moving with a constant velocity, or accelerating. The application of force plays a key role in changing an object's motion in different ways.

1. What is Force?

Force is a physical quantity that can change the motion of an object. It is defined as any interaction that, when unopposed, will change the motion of an object. The SI unit of force is the Newton (N).

2. Types of Forces
  • Contact Forces: Forces that act on an object when it is in physical contact with another object. Examples include friction, tension, and normal force.
  • Non-Contact Forces: Forces that act on an object without direct physical contact. Examples include gravitational force, magnetic force, and electrostatic force.
3. Effects of Force on Motion

Force can change the state of motion of an object in different ways:

  • Change in Speed: A force can increase or decrease the speed of an object. For example, when a car accelerates, the engine applies a force that increases its speed.
  • Change in Direction: A force can change the direction of motion of an object. For example, when a ball is hit with a bat, the direction of its motion changes.
  • Change in Shape: A force can deform an object. For example, when you apply force to a soft rubber ball, it may change its shape temporarily.
4. Newton's First Law of Motion

According to Newton's First Law of Motion, an object will remain at rest or continue to move with a constant velocity unless acted upon by an external force. This property of objects to resist changes in their state of motion is called inertia.

5. Force and Acceleration

When a force is applied to an object, it causes the object to accelerate. The amount of acceleration depends on the mass of the object and the magnitude of the force applied. This relationship is expressed by Newton's Second Law of Motion:

Newton’s Second Law of Motion:

The second law states that the acceleration of an object is directly proportional to the net force acting on the object and inversely proportional to its mass. The mathematical expression is:

$ F = ma $

Where:

  • F is the force applied on the object (in Newtons, N),
  • m is the mass of the object (in kilograms, kg),
  • a is the acceleration produced (in meters per second squared, m/s²).
6. Balanced and Unbalanced Forces

Forces can be categorized as balanced or unbalanced:

  • Balanced Forces: When two forces acting on an object are equal in magnitude and opposite in direction, they cancel each other out. The object does not move or continues moving with constant velocity.
  • Unbalanced Forces: When the forces acting on an object are not equal, they produce a net force that causes the object to accelerate in the direction of the greater force.
7. Applications of Force in Daily Life

Force plays an essential role in various activities of daily life. Some common examples include:

  • Pushing or pulling a cart to move it from one place to another.
  • Braking a bicycle, where frictional force slows down the motion.
  • Throwing a ball, where the force applied by the hand changes the speed and direction of the ball.

In summary, a force can change the state of motion of an object by altering its speed, direction, or both. The application of force is governed by Newton’s Laws of Motion, which provide a clear understanding of how forces affect objects in motion.

8.4- एक बल गति की स्थिति को बदल सकता है

जब हम किसी वस्तु पर बल लगाते हैं, तो वह वस्तु अपनी गति की स्थिति बदल सकती है। गति की स्थिति में बदलाव का मतलब है: गति में वृद्धि, गति में कमी, या गति का दिशा परिवर्तन। इस विषय में हम यह समझेंगे कि बल कैसे गति की स्थिति को बदल सकता है।

वस्तु की गति में बदलाव के लिए बल का होना आवश्यक है। यदि कोई वस्तु स्थिर है और उस पर कोई बाहरी बल नहीं लग रहा है, तो वह स्थिर रहेगी। इसी प्रकार, यदि कोई वस्तु गति कर रही है, तो उस पर बाहरी बल लगने से उसकी गति में बदलाव आ सकता है।

बल और गति

वस्तु की गति को प्रभावित करने वाले बल को समझने के लिए, पहले हमें गति के प्रकारों को जानना होगा। गति दो प्रकार की होती है:

  • स्थिर गति (Uniform motion): जब किसी वस्तु की गति समय के साथ समान रहती है।
  • परिवर्तित गति (Non-uniform motion): जब किसी वस्तु की गति समय के साथ बदलती रहती है।

बल किसी वस्तु की गति में परिवर्तन लाने के लिए जिम्मेदार होता है। यह परिवर्तन निम्नलिखित तरीकों से हो सकता है:

  • गति में वृद्धि: जब किसी वस्तु पर बल लगाया जाता है, तो उसकी गति में वृद्धि हो सकती है। उदाहरण के लिए, जब हम किसी गाड़ी को धक्का देते हैं, तो उसकी गति बढ़ जाती है।
  • गति में कमी: बल के कारण किसी वस्तु की गति कम भी हो सकती है। जैसे, जब हम किसी गाड़ी की ब्रेक लगाते हैं, तो उसकी गति घटने लगती है।
  • दिशा में परिवर्तन: बल किसी वस्तु की दिशा को भी बदल सकता है। उदाहरण के लिए, जब गेंद को किसी दिशा में फेंका जाता है, तो उस पर लगने वाला बल उसकी दिशा को बदल सकता है।
गति में परिवर्तन का गणितीय व्याख्यान

गति में परिवर्तन को समझने के लिए हम न्यूटन के गति के नियमों का उपयोग करते हैं। न्यूटन के पहले नियम के अनुसार, एक वस्तु तब तक अपनी स्थिति में कोई बदलाव नहीं करती जब तक उस पर कोई बाहरी बल न लगे।

न्यूटन का दूसरा नियम बताता है कि एक वस्तु पर लगे हुए बल के कारण उसकी गति में परिवर्तन होता है। यह नियम निम्नलिखित सूत्र द्वारा व्यक्त किया जाता है:

F = ma

जहाँ:

  • F = बल (Force)
  • m = वस्तु का द्रव्यमान (Mass)
  • a = त्वरण (Acceleration)

इस सूत्र से यह स्पष्ट होता है कि यदि कोई वस्तु पर बल लगता है, तो वह वस्तु एक निश्चित त्वरण प्राप्त करेगी और उसकी गति में परिवर्तन होगा।

प्रेरणा का प्रभाव

जब किसी वस्तु पर बल लगता है, तो उसके साथ एक प्रेरणा (Impulse) भी जुड़ी होती है। प्रेरणा बल और समय का गुणनफल होती है। प्रेरणा की परिभाषा निम्नलिखित है:

Impulse = F × t

जहाँ:

  • F = बल (Force)
  • t = समय (Time)

इससे यह पता चलता है कि किसी वस्तु की गति में परिवर्तन प्रेरणा द्वारा भी प्रभावित होता है। जब बल अधिक समय तक लगता है, तो गति में ज्यादा बदलाव होता है।

इस प्रकार बल के कारण किसी वस्तु की गति में बदलाव आता है, चाहे वह गति की वृद्धि हो, कमी हो या दिशा में परिवर्तन हो।