8.7-Non-contact Forces

8.7-Non-contact Forces Important Formulae

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8.7 - Non-contact Forces
  • Non-contact forces act on an object without direct physical contact.
  • These forces include gravitational force, electrostatic force, and magnetic force.
  • Gravitational force is the force of attraction between two masses. Its formula is $F = \frac{G \cdot m_1 \cdot m_2}{r^2}$, where $G$ is the gravitational constant, $m_1$ and $m_2$ are the masses, and $r$ is the distance between them.
  • Electrostatic force occurs between charged particles. Its formula is $F = k \cdot \frac{q_1 \cdot q_2}{r^2}$, where $k$ is Coulomb's constant, and $q_1$ and $q_2$ are the charges.
  • Magnetic force acts between magnetic poles or moving charges.

8.7 - Non-contact Forces

Non-contact forces are forces that can act on an object without physically touching it. These forces can act over a distance. They are distinct from contact forces, which require physical contact between objects. Non-contact forces play an important role in various phenomena around us.

Types of Non-contact Forces

The main types of non-contact forces are:

  • Gravitational Force: This is the force of attraction between two objects due to their masses. The Earth exerts a gravitational force on objects near its surface, pulling them towards its center. The force of gravity is responsible for objects falling towards the ground when dropped.
  • Electrostatic Force: This is the force between charged objects. Like charges repel each other, and opposite charges attract each other. Electrostatic forces are responsible for the attraction or repulsion between objects such as balloons and hair or dust and a charged comb.
  • Magnetic Force: This is the force exerted by magnets on other magnetic materials, such as iron, or on other magnets. Magnetic forces act at a distance and are responsible for phenomena like the attraction of iron nails to a magnet or the operation of electric motors.
Gravitational Force

The force of gravity is one of the most well-known non-contact forces. The gravitational force between two masses can be calculated using Newton's Law of Universal Gravitation. The formula is given by:

$ F = \frac{G \cdot m_1 \cdot m_2}{r^2} $

Where:

  • $ F $ = Gravitational force between the two objects
  • $ G $ = Universal gravitational constant ($6.674 \times 10^{-11} \, N \, m^2 \, kg^{-2}$)
  • $ m_1 $ and $ m_2 $ = Masses of the two objects
  • $ r $ = Distance between the centers of the two masses
Electrostatic Force

Electrostatic forces are due to electric charges. When two objects are charged, they exert a force on each other. The electrostatic force between two charges is given by Coulomb’s Law, which is expressed as:

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

Where:

  • $ F $ = Electrostatic force between two charges
  • $ k_e $ = Coulomb's constant ($9 \times 10^9 \, N \, m^2 \, C^{-2}$)
  • $ q_1 $ and $ q_2 $ = Magnitudes of the two charges
  • $ r $ = Distance between the charges
Magnetic Force

The magnetic force is experienced by magnetic materials like iron when placed in a magnetic field. The force of attraction or repulsion depends on the strength and direction of the magnetic field, as well as the orientation of the materials involved.

Magnets exert a force on other magnets. Like poles (north-north or south-south) repel each other, while opposite poles (north-south) attract each other. The force between two magnets can be represented as:

$ F = \frac{\mu_0}{4 \pi} \cdot \frac{m_1 \cdot m_2}{r^2} $

Where:

  • $ F $ = Magnetic force between two magnetic poles
  • $ \mu_0 $ = Magnetic constant ($4 \pi \times 10^{-7} \, N \, A^{-2}$)
  • $ m_1 $ and $ m_2 $ = Magnitudes of the magnetic poles
  • $ r $ = Distance between the poles
Applications of Non-contact Forces
  • Gravitational force is responsible for the motion of planets, the fall of objects, and ocean tides.
  • Electrostatic forces are used in various applications like photocopiers, electrostatic precipitators, and in everyday phenomena like static electricity.
  • Magnetic forces are used in technologies like MRI machines, magnetic levitation trains, and electric motors.

8.7-Non-contact Forces

गैर-संपर्क बल (Non-contact Forces) वे बल होते हैं जो दो वस्तुओं के बीच संपर्क में आए बिना एक-दूसरे पर कार्य करते हैं। ये बल वस्तु के पास होने पर ही कार्य करते हैं, लेकिन इसके लिए किसी प्रकार का भौतिक संपर्क आवश्यक नहीं होता। इस प्रकार के बलों को दूरस्थ बल (Action at a distance forces) भी कहा जाता है।

गैर-संपर्क बलों के उदाहरण निम्नलिखित हैं:

  • गुरुत्वाकर्षण बल (Gravitational Force): यह बल पृथ्वी या किसी अन्य बड़े पिंड द्वारा किसी वस्तु को अपनी ओर खींचने के कारण उत्पन्न होता है। यह बल वस्तु के द्रव्यमान पर निर्भर करता है और इसके प्रभाव क्षेत्र में कोई भौतिक संपर्क नहीं होता।
  • चुम्बकीय बल (Magnetic Force): यह बल चुम्बकीय वस्तुओं के बीच उत्पन्न होता है। जब एक चुम्बक किसी अन्य चुम्बक के पास आता है, तो वे एक-दूसरे को आकर्षित या प्रतिकर्षित करते हैं।
  • विद्युत बल (Electric Force): यह बल आवेशित कणों के बीच उत्पन्न होता है। जब दो विद्युत आवेशों के बीच दूरी होती है, तो वे एक-दूसरे को आकर्षित या प्रतिकर्षित करते हैं।

गुरुत्वाकर्षण बल: गुरुत्वाकर्षण बल हर वस्तु के बीच कार्य करता है और यह दूरी के बढ़ने पर घटता है। इसका परिभाषा सूत्र निम्नलिखित है:

गुरुत्वाकर्षण बल का सूत्र:

$F = \dfrac{G \cdot m_1 \cdot m_2}{r^2}$

यहां,

  • $F$ = गुरुत्वाकर्षण बल,
  • $G$ = गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक,
  • $m_1$ और $m_2$ = दोनों वस्तुओं का द्रव्यमान,
  • $r$ = दोनों वस्तुओं के बीच की दूरी।

चुम्बकीय बल: यह बल चुम्बकीय क्षेत्रों में कार्य करता है। जब एक चुम्बक के दो ध्रुवों को एक दूसरे के पास लाया जाता है, तो वे एक-दूसरे को आकर्षित या प्रतिकर्षित करते हैं। चुम्बकीय बल भी दूरस्थ बल है।

विद्युत बल: यह बल आवेशित कणों के बीच कार्य करता है। यदि दो आवेशित कण एक-दूसरे के पास होते हैं, तो वे एक-दूसरे को आकर्षित या प्रतिकर्षित करते हैं। इसका नियम कूलंब का नियम कहलाता है। कूलंब का नियम निम्नलिखित रूप में है:

कूलंब का नियम:

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

यहां,

  • $F$ = विद्युत बल,
  • $k$ = कूलंब स्थिरांक,
  • $q_1$ और $q_2$ = दो आवेशित कणों के आवेश,
  • $r$ = दो आवेशों के बीच की दूरी।

गैर-संपर्क बलों का प्रभाव बहुत महत्वपूर्ण है और यह हमारे दैनिक जीवन में विभिन्न रूपों में दिखाई देता है। जैसे कि गुरुत्वाकर्षण बल पृथ्वी पर हमारे कदमों को स्थिर बनाए रखता है और विद्युत बल विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में कार्य करता है। चुम्बकीय बल का उपयोग चुम्बक, मोटर्स और जनरेटर जैसे उपकरणों में किया जाता है।