केन्द्रापसारक और केन्द्रक बल क्या हैं?

केन्द्रापसारक बल हमारे दैनिक जीवन में सर्वव्यापी है, लेकिन क्या हम सोचते हैं कि यह क्या है?

हम इसका अनुभव तब करते हैं जब हम कार में एक कोने को गोल करते हैं या जब एक हवाई जहाज एक मोड़ में होता है। हम इसे वॉशिंग मशीन के स्पिन चक्र में देखते हैं या जब बच्चे मीरा-गो-राउंड पर सवारी करते हैं। एक दिन यह अंतरिक्ष जहाजों और अंतरिक्ष स्टेशनों के लिए कृत्रिम गुरुत्वाकर्षण भी प्रदान कर सकता है।

लेकिन केन्द्रापसारक बल अक्सर अपने समकक्ष, केन्द्रक बल के साथ भ्रमित होता है, क्योंकि वे बहुत निकट से संबंधित होते हैं - अनिवार्य रूप से एक ही सिक्के के दो पहलू।

सेंट्रिपेटल बल को इस प्रकार परिभाषित किया जाता है, "एक घुमावदार रास्ते में किसी वस्तु को गतिमान रखने के लिए आवश्यक बल और जिसे घूर्णन के केंद्र की ओर अंदर की ओर निर्देशित किया जाता है," जबकि केन्द्रापसारक बल को "स्पष्ट बल" के रूप में परिभाषित किया जाता है जो किसी वस्तु को हिलाने से महसूस होता है मरियम वेबस्टर डिक्शनरी के अनुसार, घुमावदार रास्ते में, जो रोटेशन के केंद्र से बाहर की ओर कार्य करता है।

ध्यान दें कि जबकि केन्द्रक बल एक वास्तविक बल है, केन्द्रापसारक बल को एक स्पष्ट बल के रूप में परिभाषित किया गया है। दूसरे शब्दों में, जब एक स्ट्रिंग पर एक द्रव्यमान को घुमाते हैं, तो स्ट्रिंग द्रव्यमान पर एक आवक सेंट्रिपेटल बल का उत्सर्जन करती है, जबकि द्रव्यमान स्ट्रिंग पर एक बाहरी केन्द्रापसारक बल को प्रदर्शित करता है।

वाशिंगटन विश्वविद्यालय के शोध भौतिकशास्त्री एंड्रयू ए गेंस ने कहा, "सेंट्रिपेटल और सेंट्रीफ्यूगल बल के बीच का अंतर अलग-अलग 'संदर्भ के फ्रेम' के साथ होता है, यानी अलग-अलग दृष्टिकोण। "Centripetal बल और केन्द्रापसारक बल वास्तव में सटीक एक ही बल हैं, बस विपरीत दिशाओं में क्योंकि वे संदर्भ के विभिन्न फ़्रेमों से अनुभव किए जाते हैं।"

यदि आप बाहर से एक घूर्णन प्रणाली का अवलोकन कर रहे हैं, तो आप एक आवक केन्द्रक बल को घूमते हुए शरीर को एक वृत्ताकार पथ पर ले जाने के लिए अभिनय करते हुए देखते हैं। हालाँकि, यदि आप घूर्णन प्रणाली का हिस्सा हैं, तो आप एक स्पष्ट केन्द्रापसारक बल का अनुभव करते हैं, जो आपको चक्र के केंद्र से दूर धकेलता है, भले ही आप वास्तव में जो महसूस कर रहे हैं वह आवक सेंट्रिपेटल बल है जो आपको वास्तव में स्पर्शरेखा पर जाने से रोक रहा है। ।

बलों ने न्यूटन के गति के नियम का पालन किया

इस स्पष्ट बाह्य बल का वर्णन न्यूटन के नियम ऑफ़ मोशन द्वारा किया गया है। न्यूटन के पहले कानून में कहा गया है कि "एक शरीर आराम पर रहेगा और एक शरीर गति में रहेगा जब तक कि उस पर किसी बाहरी बल द्वारा कार्रवाई नहीं की जाती है।"

यदि एक विशाल शरीर एक सीधी रेखा में अंतरिक्ष के माध्यम से घूम रहा है, तो इसकी जड़ता इसे एक सीधी रेखा में जारी रखने का कारण बनेगी जब तक कि कोई बाहरी बल इसे गति, धीमा या दिशा बदलने का कारण नहीं बनाता। बदलती गति के बिना एक परिपत्र पथ का पालन करने के लिए, इसके पथ पर एक समकोण पर एक सतत सेंट्रीफेल बल लागू किया जाना चाहिए। इस वृत्त की त्रिज्या (r) सेंट्रीपीटल बल (F), या r = mv ^ 2 / F द्वारा विभाजित वेग (v) के द्रव्यमान (m) के बराबर होती है। बल की गणना केवल समीकरण, एफ = एमवी ^ 2 / आर को पुन: व्यवस्थित करके की जा सकती है।

न्यूटन के तीसरे नियम में कहा गया है कि "प्रत्येक क्रिया के लिए, एक समान और विपरीत प्रतिक्रिया होती है।" जिस तरह गुरुत्वाकर्षण आपको जमीन पर एक बल लगाने का कारण बनता है, उसी तरह जमीन आपके पैरों पर एक समान और विपरीत बल डालती है। जब आप एक तेज रफ्तार कार में होते हैं, तो सीट आप पर आगे की ओर बल लगाती है, जैसे आप सीट पर पीछे की ओर बल लगाते हैं।

एक घूर्णन प्रणाली के मामले में, सेंट्रिपेटल बल एक घुमावदार पथ का पालन करने के लिए द्रव्यमान को अंदर की ओर खींचता है, जबकि द्रव्यमान अपनी जड़ता के कारण बाहर की ओर धकेलता दिखाई देता है। इन मामलों में से प्रत्येक में, हालांकि, केवल एक वास्तविक बल लागू किया जा रहा है, जबकि दूसरा केवल एक स्पष्ट बल है।

सेंट्रिपेटल बल के उदाहरण कार्रवाई में

ऐसे कई अनुप्रयोग हैं जो केंद्र-बल का शोषण करते हैं। एक अंतरिक्ष यात्री प्रशिक्षण के लिए एक अंतरिक्ष प्रक्षेपण के त्वरण का अनुकरण करना है। जब कोई रॉकेट पहली बार लॉन्च किया जाता है, तो वह ईंधन और ऑक्सीडाइज़र से इतना लदा होता है कि वह मुश्किल से ही चल पाता है। हालांकि, जैसा कि यह चढ़ता है, यह एक जबरदस्त दर से ईंधन जलाता है, लगातार द्रव्यमान खो रहा है। न्यूटन के दूसरे कानून में कहा गया है कि बल बड़े पैमाने पर त्वरण या F = ma के बराबर होता है।

ज्यादातर स्थितियों में, द्रव्यमान स्थिर रहता है। एक रॉकेट के साथ, हालांकि, इसका द्रव्यमान काफी बदल जाता है, जबकि बल, इस मामले में रॉकेट मोटर्स का जोर लगभग स्थिर रहता है। यह सामान्य गुरुत्वाकर्षण की कई बार वृद्धि चरण के अंत की ओर त्वरण का कारण बनता है। नासा इस चरम त्वरण के लिए अंतरिक्ष यात्रियों को तैयार करने के लिए बड़े सेंट्रीफ्यूज का उपयोग करता है। इस एप्लिकेशन में, अंतरिक्ष यात्री पर सीट को पीछे की ओर धकेल कर सेंट्रिपेटल बल प्रदान किया जाता है।

सेंट्रिपेटल बल के अनुप्रयोग का एक और उदाहरण प्रयोगशाला अपकेंद्रित्र है, जिसका उपयोग तरल में निलंबित कणों की वर्षा में तेजी लाने के लिए किया जाता है। इस तकनीक का एक सामान्य उपयोग विश्लेषण के लिए रक्त के नमूने तैयार करने के लिए है। राइस यूनिवर्सिटी की एक्सपेरिमेंटल बायोसाइंसेस वेबसाइट के अनुसार, "रक्त की अनूठी संरचना प्लाज्मा से लाल रक्त कोशिकाओं और अंतर सेंट्रीफ्यूजेशन द्वारा अन्य गठित तत्वों को अलग करना बहुत आसान बनाती है।"

गुरुत्वाकर्षण के सामान्य बल के तहत, थर्मल गति लगातार मिश्रण का कारण बनती है जो रक्त कोशिकाओं को एक पूरे रक्त नमूने से बाहर निकलने से रोकती है। हालांकि, एक सामान्य अपकेंद्रित्र त्वरण को प्राप्त कर सकता है जो सामान्य गुरुत्वाकर्षण के 600 से 2,000 गुना हैं। यह भारी लाल रक्त कोशिकाओं को तल पर व्यवस्थित करने के लिए मजबूर करता है और घोल के विभिन्न घटकों को उनके घनत्व के अनुसार परतों में स्तरीकृत करता है।

इस लेख को 10 मई, 2019 को लाइव साइंस कंट्रीब्यूटर जेनिफर लेमन द्वारा अपडेट किया गया था।