ચાંત્રિકઊર્જાના સંરક્ષણનો સિદ્ધાંત મેળવીને નિયમ લખો.
ચાંત્રિકઊર્જાના સંરક્ષણનો સિદ્ધાંત મેળવીને નિયમ લખો.
આ સિદ્ધાંત એક પરિમાણ માટે મેળવીશું.
સંરક્ષીબળ $F \cdot \Delta x$ જેટલું સ્થાનાંતર કરે, તો કાર્યઉર્જા ($WE$) પ્રમેય અનુસાર, $(WE = Work Energy)$
$\Delta K = F (x) \Delta x$$\ldots$ (1)
પણ સંરક્ષીબળો માટે સ્થિતિઉર્જાની વ્યાખ્યા અનુસાર,
$-\Delta V = F (x) \Delta x$
$\therefore$ ગતિઊર્જા અને સ્થિતિઉર્જાના ફેરફરનો સરવાળો શૂન્ય છે તેનો અર્થ ગતિઊર્જા અને સ્થિતિઉર્જાનો સરવાળો અચળ રહે છે.
$\therefore K+V=અચળ$
જે પદાર્થની ગતિ $x_{i}$ સ્થાનથી $x_{f}$ સ્થાન સુધી થતી હોય, તો $x_{i}$ સ્થાને ગતિઉર્જા અને સ્થિતિઊર્જનો સરવાળો $K _{i}+ V \left(x_{i}\right)$ અને અંતિમ $x_{f}$ સ્થાને આ સરવાળો,
$K _{f}+ V \left(x_{f}\right)$
$\therefore$ પ્રારંભિક સ્થાન $x_{i}$ એને અંતિમ સ્થાન $x_{f}$ પાસે,
$K _{i}+ V \left(x_{i}\right)= K _{f}+ V \left( K _{f}\right)$
$K + V (x)$ ને તંત્રની કુલ ઊર્જા એટલે કે યાંત્રિક ઊર્જા કહે છે.
દરેક બિંદુએ ગતિઉર્જા $K$ અને સ્થિતિઉર્જા $V(x)$ના મૂલ્યો જુદાં જુદાં હોય શકે છે.પરંતુ,કોઈ બિંદુ એ તેમનો સરવાળો અચળ રહે છે.
સંરક્ષીબળ ક્ષેત્રમાં યાંત્રિકઊર્જાનું સંરક્ષણ થાય છે. એટલે કે પૃથવીની સપાટીથી ઉપર તરફ જતાં તેની ગતિઊર્જામાં જેટલો ધટાડો થાય તેટલો જ તેની સ્થિતિઉર્જામાં વધારો થાય.
કુલ યાંત્રિકઉર્જાના સંરક્ષણનો સિદ્ધાંત નીચે મુજબ લખાય.
"જો તંત્ર પર સંરક્ષીબળો વડે કાર્ય થતું હોય તો તંત્રની કુલ યાંત્રિકઉર્જાનું સંરક્ષણ થાય છે." અથવા
"સંરક્ષીબળોની અસર હેઠળ, યાંત્રિક રીતે અલગ કરેલાં તંત્ર માટે યાંત્રિકઊર્જા અયળ રહે છે."
Similar Questions
આપેલ આકૃતિ અનુસાર, $250\,g$ ના બે ચોસલાઓને $2\,Nm^{-1}$ સ્પ્રિંગ અચળાંક ધરાવતી સ્પ્રિંગ સાથે જોડવામાં આવેલ છે. જો બંને વિરુદ્ધ દિશામાં $v$ જેટલો વેગ આપવામાં આવે તો સ્પ્રિંગમાં મહત્તમ વિસ્તરણ $...........$ જેટલું થશે.
આપેલ આકૃતિ અનુસાર, $250\,g$ ના બે ચોસલાઓને $2\,Nm^{-1}$ સ્પ્રિંગ અચળાંક ધરાવતી સ્પ્રિંગ સાથે જોડવામાં આવેલ છે. જો બંને વિરુદ્ધ દિશામાં $v$ જેટલો વેગ આપવામાં આવે તો સ્પ્રિંગમાં મહત્તમ વિસ્તરણ $...........$ જેટલું થશે.
- [JEE MAIN 2022]
$V$ વેગથી જતી $m$ દળની ગોળી રેતી ભરેલ $M$ દળની થેલીમાં ધૂસીને સ્થિર થઇ જાય છે.જો થેલી $h$ ઊંચાઇ પર જતી હોય,તો ગોળીનો શરૂઆતનો વેગ કેટલો થાય?
$V$ વેગથી જતી $m$ દળની ગોળી રેતી ભરેલ $M$ દળની થેલીમાં ધૂસીને સ્થિર થઇ જાય છે.જો થેલી $h$ ઊંચાઇ પર જતી હોય,તો ગોળીનો શરૂઆતનો વેગ કેટલો થાય?
$5 kg$ નો એક પદાર્થ સ્થિર સ્થિતિમાંથી ત્રણ ભાગમાં ફાટે છે ત્રણેય ભાગના દળનો ગુણોત્તર $1 : 1 : 3 $ છે. સમાન બળ ધરાવતા ભાગો એક બીજાને લંબ દિશામાં $21 m/s$ ના વેગથી ગતિ કરે છે તો સૌથી ભારે ભાગનો વેગ કેટલા.......$m/s$ ?
$5 kg$ નો એક પદાર્થ સ્થિર સ્થિતિમાંથી ત્રણ ભાગમાં ફાટે છે ત્રણેય ભાગના દળનો ગુણોત્તર $1 : 1 : 3 $ છે. સમાન બળ ધરાવતા ભાગો એક બીજાને લંબ દિશામાં $21 m/s$ ના વેગથી ગતિ કરે છે તો સૌથી ભારે ભાગનો વેગ કેટલા.......$m/s$ ?
કણોના તંત્રની ગતિનું દ્રવ્યમાન કેન્દ્રની ગતિ અને દ્રવ્યમાન કેન્દ્રને અનુલક્ષીને ગતિમાં વિભાજન :
$(a)$ બતાવો કે $p = p_i^{\prime} + {m_i}V$
જ્યાં ${p_i}$ એ $i$ મા કણ ( ${m_i}$ દળના)નું વેગમાન અને $p_i^{\prime} = {m_i}v_i^{\prime} $
નોંધ $v_i^{\prime} $ દ્રવ્યમાન કેન્દ્રની સાપેક્ષે $i$ મા કણનો વેગ છે.
આ ઉપરાંત દ્રવ્યમાન કેન્દ્રની વ્યાખ્યાનો ઉપયોગ કરીને સાબિત કરો કે $\sum {p_i^{\prime} } = 0$
$(b)$ બતાવો કે $K=K^{\prime}+1 / 2 M V^{2}$
જ્યાં $K$ એ કણોના તંત્રની કુલ ગતિઊર્જા છે. $K'$ એ જ્યારે કણોના વેગોને દ્રવ્યમાન કેન્દ્રના સંદર્ભમાં લેવામાં આવે છે ત્યારની અને $M V^{2} / 2$ એ સમગ્ર તંત્રની સ્થાનાંતરણની ગતિ ઊર્જા છે. (એટલે કે તંત્રના દ્રવ્યમાન કેન્દ્રની ગતિ). આ પરિણામ પરિચ્છેદ માં ઉપયોગમાં લીધેલ છે.
$(c)$ દર્શાવો કે $L = L ^{\prime}+ R \times M V$ છે.
જ્યાં $L ^{\prime}=\sum r _{i}^{\prime} \times p _{i}^{\prime}$ એ તંત્રના દ્રવ્યમાન કેન્દ્રની સાપેક્ષે તંત્રનું કોણીય વેગમાન છે. જ્યાં વેગોને દ્રવ્યમાન કેન્દ્રની સાપેક્ષે લીધેલ છે. યાદ રાખો $r _{i}^{\prime}= r _{i}- R$; બાકીની બધી સંજ્ઞાઓ એ પ્રકરણમાં ઉપયોગમાં લેવાયેલ પ્રમાણભૂત સંજ્ઞાઓ છે. નોંધો $L'$ અને $M R \times V$ એ અનુક્રમે દ્રવ્યમાન કેન્દ્રને અનુલક્ષીને તંત્રનું કોણીય વેગમાન અને કણોના તંત્રના દ્રવ્યમાન કેન્દ્રનું કોણીય વેગમાન કહેવામાં આવે છે.
$(d)$ બતાવો કે : = $\frac{d L ^{\prime}}{d t}=\sum r _{i}^{\prime} \times \frac{d p ^{\prime}}{d t}$
વધુમાં, દર્શાવો કે $\frac{d L ^{\prime}}{d t}=\tau_{e x t}^{\prime}$
જ્યાં $\tau_{c t t}^{\prime}$ એ આ તંત્ર પર દ્રવ્યમાન કેન્દ્રને અનુલક્ષીને લાગતા તમામ બાહ્ય ટૉર્કનો સરવાળો છે. (સૂચના : દ્રવ્યમાન કેન્દ્રની વ્યાખ્યા અને ન્યૂટનના ત્રીજા નિયમનો ઉપયોગ કરો. એમ ધારો કે કોઈ પણ બે કણો વચ્ચે લાગતું આંતરિક બળ આ બે કણોને જોડતી રેખાની દિશામાં લાગે છે.)
કણોના તંત્રની ગતિનું દ્રવ્યમાન કેન્દ્રની ગતિ અને દ્રવ્યમાન કેન્દ્રને અનુલક્ષીને ગતિમાં વિભાજન :
$(a)$ બતાવો કે $p = p_i^{\prime} + {m_i}V$
જ્યાં ${p_i}$ એ $i$ મા કણ ( ${m_i}$ દળના)નું વેગમાન અને $p_i^{\prime} = {m_i}v_i^{\prime} $
નોંધ $v_i^{\prime} $ દ્રવ્યમાન કેન્દ્રની સાપેક્ષે $i$ મા કણનો વેગ છે.
આ ઉપરાંત દ્રવ્યમાન કેન્દ્રની વ્યાખ્યાનો ઉપયોગ કરીને સાબિત કરો કે $\sum {p_i^{\prime} } = 0$
$(b)$ બતાવો કે $K=K^{\prime}+1 / 2 M V^{2}$
જ્યાં $K$ એ કણોના તંત્રની કુલ ગતિઊર્જા છે. $K'$ એ જ્યારે કણોના વેગોને દ્રવ્યમાન કેન્દ્રના સંદર્ભમાં લેવામાં આવે છે ત્યારની અને $M V^{2} / 2$ એ સમગ્ર તંત્રની સ્થાનાંતરણની ગતિ ઊર્જા છે. (એટલે કે તંત્રના દ્રવ્યમાન કેન્દ્રની ગતિ). આ પરિણામ પરિચ્છેદ માં ઉપયોગમાં લીધેલ છે.
$(c)$ દર્શાવો કે $L = L ^{\prime}+ R \times M V$ છે.
જ્યાં $L ^{\prime}=\sum r _{i}^{\prime} \times p _{i}^{\prime}$ એ તંત્રના દ્રવ્યમાન કેન્દ્રની સાપેક્ષે તંત્રનું કોણીય વેગમાન છે. જ્યાં વેગોને દ્રવ્યમાન કેન્દ્રની સાપેક્ષે લીધેલ છે. યાદ રાખો $r _{i}^{\prime}= r _{i}- R$; બાકીની બધી સંજ્ઞાઓ એ પ્રકરણમાં ઉપયોગમાં લેવાયેલ પ્રમાણભૂત સંજ્ઞાઓ છે. નોંધો $L'$ અને $M R \times V$ એ અનુક્રમે દ્રવ્યમાન કેન્દ્રને અનુલક્ષીને તંત્રનું કોણીય વેગમાન અને કણોના તંત્રના દ્રવ્યમાન કેન્દ્રનું કોણીય વેગમાન કહેવામાં આવે છે.
$(d)$ બતાવો કે : = $\frac{d L ^{\prime}}{d t}=\sum r _{i}^{\prime} \times \frac{d p ^{\prime}}{d t}$
વધુમાં, દર્શાવો કે $\frac{d L ^{\prime}}{d t}=\tau_{e x t}^{\prime}$
જ્યાં $\tau_{c t t}^{\prime}$ એ આ તંત્ર પર દ્રવ્યમાન કેન્દ્રને અનુલક્ષીને લાગતા તમામ બાહ્ય ટૉર્કનો સરવાળો છે. (સૂચના : દ્રવ્યમાન કેન્દ્રની વ્યાખ્યા અને ન્યૂટનના ત્રીજા નિયમનો ઉપયોગ કરો. એમ ધારો કે કોઈ પણ બે કણો વચ્ચે લાગતું આંતરિક બળ આ બે કણોને જોડતી રેખાની દિશામાં લાગે છે.)
એક $M$ દળના ફુગ્ગા સાથે એક હળવી દોરી છે અને $m$ દળનો વાંદરો હવાના મધ્ય સ્થાને સ્થિર સ્થિતિએ છે. જો વાંદરો દોરી પકડીને ચઢે અને દોરીના મહત્તમ સ્થાને પહોંચે છે. ઉત્તરાણ કરતા ફુગ્ગા દ્વારા કપાયેલ અંતર કેટલું હશે ? (દોરીની કુલે લંબાઈ $L$ છે)
એક $M$ દળના ફુગ્ગા સાથે એક હળવી દોરી છે અને $m$ દળનો વાંદરો હવાના મધ્ય સ્થાને સ્થિર સ્થિતિએ છે. જો વાંદરો દોરી પકડીને ચઢે અને દોરીના મહત્તમ સ્થાને પહોંચે છે. ઉત્તરાણ કરતા ફુગ્ગા દ્વારા કપાયેલ અંતર કેટલું હશે ? (દોરીની કુલે લંબાઈ $L$ છે)