8.6-Contact Forces

8.6-Contact Forces Important Formulae

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8.6-Contact Forces
  • Contact forces are the forces that occur when two objects are in physical contact.
  • Types of contact forces: Frictional force, Tension force, Normal force, Air resistance, Applied force.
  • Frictional force opposes motion, and its magnitude depends on the nature of surfaces in contact.
  • Tension force is exerted by a rope or string when it is stretched.
  • Normal force acts perpendicular to the surface of contact.
  • Formula for frictional force: $F_f = \mu N$, where $F_f$ is frictional force, $\mu$ is the coefficient of friction, and $N$ is the normal force.
  • Contact forces play a key role in motion and energy transfer.

8.6 - Contact Forces

Contact forces are forces that arise when two objects are in physical contact with each other. These forces act at the point of contact between the objects. In this section, we will explore different types of contact forces and their effects.

Contact forces can be categorized into the following types:

  1. Frictional Force: Friction is the force that opposes the relative motion between two surfaces in contact. It arises due to the roughness of the surfaces. There are two types of friction:
    • Static Friction: The frictional force that resists the initiation of motion between two objects in contact. It is usually greater than kinetic friction.
    • Kinetic Friction: The frictional force that acts between two objects in motion. It is generally less than static friction.
  2. Normal Force: The normal force is the force exerted by a surface that supports the weight of an object resting on it. This force is perpendicular to the surface. For an object resting on a horizontal surface, the normal force is equal in magnitude but opposite in direction to the object's weight. Mathematically, the normal force $F_N$ can be expressed as:

    $F_N = mg$

    where $m$ is the mass of the object and $g$ is the acceleration due to gravity.
  3. Tension Force: Tension is the force transmitted through a string, rope, or wire when it is pulled tight. Tension acts along the length of the string and is directed along the direction of the pulling force. For example, when a rope is used to pull an object, the force exerted on the object by the rope is called tension.
  4. Applied Force: This is the force that is applied to an object by a person or another object. The applied force can be in any direction and can change the object's motion depending on the magnitude and direction of the force.
  5. Spring Force: The force exerted by a compressed or stretched spring. According to Hooke's Law, the force exerted by the spring is directly proportional to the displacement (stretch or compression) from its equilibrium position. This can be written as:

    $F_s = -kx$

    where $F_s$ is the spring force, $k$ is the spring constant, and $x$ is the displacement from the equilibrium position.

All these forces act when objects are in contact with each other. The resulting motion of the objects depends on the balance of these forces. For instance, when an object is moving across a surface, the frictional force will oppose its motion, while the normal force will keep the object in equilibrium vertically.

It is important to note that contact forces play a crucial role in everyday phenomena, such as walking (where friction helps us stay upright), driving (where friction between tires and the road is essential), and using tools (where the applied force is necessary to carry out tasks). Understanding contact forces is essential for analyzing the motion of objects in real-life situations.

8.6 - Contact Forces

संपर्क बल (Contact Forces) वह बल होते हैं जो दो पिंडों के आपस में संपर्क में आने पर कार्य करते हैं। जब दो वस्तुएं आपस में संपर्क करती हैं, तो उनके बीच बल का आदान-प्रदान होता है। इस प्रकार के बलों का प्रभाव वस्तुओं की गति और स्थिति पर पड़ता है। संपर्क बल के मुख्य प्रकार निम्नलिखित हैं:

1. बल (Force)

बल किसी वस्तु को गति देने या उसकी गति को बदलने के लिए लागू किया जाता है। बल का मान और दिशा दोनों महत्वपूर्ण होते हैं। इसे SI इकाई में न्यूटन (N) में मापा जाता है। बल का सूत्र इस प्रकार होता है:

वहां $F = ma$

जहां, $F$ = बल, $m$ = वस्तु का द्रव्यमान, और $a$ = त्वरण (acceleration) है।

2. फ्रिक्शन (Friction)

फ्रिक्शन, या घर्षण, दो सतहों के बीच उत्पन्न होने वाला बल है जो उनके आपस में रगड़ने पर पैदा होता है। यह बल वस्तु की गति को रोकने की कोशिश करता है। घर्षण बल हमेशा गति की दिशा के विपरीत होता है। इसे इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:

फ्रिक्शन बल का सूत्र है: $F_f = \mu N$

जहां, $F_f$ = फ्रिक्शन बल, $\mu$ = घर्षण गुणांक, और $N$ = सामान्य बल है जो वस्तु पर लागू होता है।

3. नॉर्मल फोर्स (Normal Force)

नॉर्मल फोर्स वह बल है जो किसी सतह द्वारा वस्तु पर लगाई जाती है ताकि वस्तु उसमें धँस न सके। यह बल हमेशा सतह के समानांतर होता है और वस्तु के वजन को संतुलित करता है। यह बल हमेशा उस सतह के प्रति लंबवत (perpendicular) होता है।

4. टेंशन (Tension)

टेंशन बल वह बल होता है जो किसी लचीली वस्तु जैसे रस्सी, डोरी, या तार के द्वारा लगाया जाता है। जब कोई वस्तु रस्सी से जुड़ी होती है और खिंचती है, तो रस्सी पर टेंशन बल उत्पन्न होता है। यह बल तार या रस्सी के पूरे लम्बाई में समान रूप से वितरित होता है।

5. एटलास्टिक फोर्स (Elastic Force)

एटलास्टिक बल वह बल होता है जो किसी वस्तु के रूप में बदलाव (deformation) को रोकने के लिए कार्य करता है, जब वह किसी बाहरी बल के कारण विकृत होती है। उदाहरण के लिए, एक खींची हुई रबर बैंड पर एटलास्टिक बल कार्य करता है जो उसे अपनी मूल स्थिति में वापस लाने का प्रयास करता है।

6. अप्लाइड फोर्स (Applied Force)

यह वह बल है जो किसी बाहरी स्रोत द्वारा किसी वस्तु पर लगाया जाता है। यह बल किसी भी दिशा में हो सकता है और इसके कारण वस्तु की गति या स्थिति में परिवर्तन हो सकता है।

7. वेट (Weight)

वेट, या वजन, पृथ्वी पर किसी वस्तु पर गुरुत्वाकर्षण के कारण लगने वाला बल होता है। इसे इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:

वेट का सूत्र: $W = mg$

जहां, $W$ = वजन, $m$ = वस्तु का द्रव्यमान, और $g$ = गुरुत्वाकर्षण त्वरण (9.8 m/s²) है।

संपर्क बलों का अध्ययन वस्तुओं के गतिज और स्थितिज व्यवहार को समझने में महत्वपूर्ण होता है, और यह यांत्रिकी में एक बुनियादी अवधारणा है।