घर्षण | Friction | Mathwayy
f = μN
fs ≤ μsN
fk = μkN
fr = μrN
घर्षण (Friction)
NCERT कक्षा 8 विज्ञान - अध्याय 9
घर्षण (Friction)
सतहों के बीच सापेक्ष गति का विरोध
परिचय (Introduction)
घर्षण वह बल है जो दो सतहों के बीच सापेक्ष गति का विरोध करता है। यह एक संपर्क बल है जो सदैव गति की दिशा के विपरीत कार्य करता है। घर्षण हमारे दैनिक जीवन में कई प्रकार से सहायक और बाधक दोनों होता है।
मुख्य अवधारणा
घर्षण बल = μ × प्रतिक्रिया बल (N), जहाँ μ (म्यू) घर्षण गुणांक है जो सतहों की प्रकृति पर निर्भर करता है।
स्थैतिक घर्षण
वस्तु को स्थिर अवस्था से गतिशील करने के लिए आवश्यक बल।
गतिज घर्षण
गतिमान वस्तु पर कार्य करने वाला घर्षण बल।
घर्षण कम करना
स्नेहकों (Lubricants) द्वारा घर्षण में कमी।
घर्षण बढ़ाना
खुरदरी सतहों द्वारा घर्षण में वृद्धि।
विभिन्न सतहों पर घर्षण का प्रभाव
घर्षण के प्रकार (Types of Friction)
घर्षण का महत्व
घर्षण के कारण हम चल पाते हैं, वाहन चला पाते हैं और वस्तुओं को पकड़ पाते हैं। परंतु यही घर्षण मशीनों के पुर्जों में घिसाव और ऊष्मा उत्पन्न करके ऊर्जा की हानि का कारण भी बनता है।
स्थैतिक घर्षण
- जब वस्तु विरामावस्था में होती है
- गति प्रारंभ करने के लिए आवश्यक बल
- सबसे अधिक मान का घर्षण
- उदाहरण: फर्श पर रखा बक्सा हिलाने के लिए आवश्यक बल
गतिज घर्षण
- जब वस्तु गतिमान होती है
- गति को बनाए रखने के लिए आवश्यक बल
- स्थैतिक घर्षण से कम
- दो प्रकार: सर्पी घर्षण और लोटनिक घर्षण
लोटनिक घर्षण
- जब वस्तु किसी सतह पर लुढ़कती है
- सर्पी घर्षण से काफी कम
- उदाहरण: पहियों पर चलने वाले वाहन
- गोलाकार वस्तुओं में कम घर्षण
स्थैतिक घर्षण
fs ≤ μsN
गतिज घर्षण
fk = μkN
घर्षण गुणांक
μ = f / N
घर्षण को प्रभावित करने वाले कारक
घर्षण पर निर्भरता: घर्षण बल सतहों की प्रकृति, संपर्क क्षेत्र के लंबवत बल और सतह की खुरदरापन पर निर्भर करता है।
| कारक | घर्षण पर प्रभाव | उदाहरण |
|---|---|---|
| सतह की खुरदरापन | खुरदरी सतहों पर घर्षण अधिक होता है | बर्फ पर कम घर्षण, कंक्रीट पर अधिक |
| सतहों पर लंबवत बल | बल बढ़ने पर घर्षण बढ़ता है | भारी वस्तु को खिसकाना कठिन |
| संपर्क क्षेत्र | घर्षण क्षेत्रफल पर निर्भर नहीं करता | फर्श पर खड़ा व्यक्ति और लेटा व्यक्ति |
| सतह का प्रकार | विभिन्न सामग्रियों का अलग घर्षण गुणांक | रबर-कंक्रीट: उच्च, बर्फ-स्टील: निम्न |
विभिन्न सतहों का घर्षण गुणांक
विभिन्न सामग्रियों के बीच घर्षण गुणांक का तुलनात्मक चार्ट
घर्षण के लाभ और हानियाँ
घर्षण का द्वैत स्वभाव
घर्षण एक आवश्यक बुराई है - यह कई गतिविधियों के लिए आवश्यक है परंतु मशीनों में ऊर्जा हानि और घिसाव का कारण भी बनता है।
घर्षण के लाभ
- चलने और दौड़ने में सहायक
- वाहनों के ब्रेक कार्य करते हैं
- वस्तुओं को पकड़ना संभव हो पाता है
- रस्सी पर चढ़ना
- लिखना और लिखावट
- माचिस की तीली जलाना
घर्षण की हानियाँ
- मशीनों के पुर्जों का घिसाव
- ऊर्जा की हानि (ऊष्मा के रूप में)
- गति में बाधा उत्पन्न होना
- जूतों का घिसना
- ताप उत्पन्न होना
- मशीनों की दक्षता (Efficiency) कम होना
घर्षण कम करने के उपाय
1
स्नेहक (तेल, ग्रीस) का उपयोग
2
बॉल बेयरिंग या रोलर बेयरिंग
3
सतहों को पॉलिश करना
4
वायु कुशन का उपयोग
5
धारारेखीय आकृति (Streamlined Shape)
6
पहियों का उपयोग (लोटनिक घर्षण)
घर्षण बढ़ाने के तरीके
आवश्यकता: कई स्थितियों में हमें अधिक घर्षण की आवश्यकता होती है, जैसे वाहनों के टायर, जूतों के तले, या फिसलन भरी सतहों पर चलने के लिए।
| तरीका | विवरण | उदाहरण |
|---|---|---|
| सतह को खुरदरा बनाना | संपर्क क्षेत्र बढ़ाना | जूतों के तलों में पैटर्न |
| घर्षण उत्पन्न करने वाले पदार्थ | उच्च घर्षण गुणांक वाली सामग्री | वाहनों के रबर टायर |
| दाब बढ़ाना | सतहों पर अधिक बल लगाना | स्क्रू को कसना |
| विशेष डिजाइन | अधिक पकड़ वाली संरचना | गीले फर्श पर चलने वाली चप्पल |
दैनिक जीवन में घर्षण बढ़ाने के उदाहरण
कार के टायरों में खांचे (Treads) बनाना।
जूतों के तलों में डिजाइन (Spikes) बनाना।
ब्रेक पैड की खुरदरी सतह।
गीली सड़क या बर्फ पर रेत डालना।
दस्तानों में रबर की परत।
क्रिकेट बॉल पर सीम (Seam)।
द्रव घर्षण और वायु प्रतिरोध
प्रवाही घर्षण (Fluid Friction)
जब कोई वस्तु द्रव (तरल या गैस) में गति करती है तो वस्तु पर लगने वाले घर्षण बल को प्रवाही घर्षण कहते हैं। यह वस्तु के आकार, गति और प्रवाही के घनत्व पर निर्भर करता है।
द्रव घर्षण (Liquid Friction)
- तरल पदार्थों में गति पर प्रभाव
- उदाहरण: नाव का पानी में चलना
- वस्तु की आकृति पर निर्भर
- जलयानों और पनडुब्बियों के डिजाइन
वायु प्रतिरोध (Air Resistance)
- गैसीय माध्यम में गति पर प्रभाव
- उदाहरण: पैराशूट, हवाई जहाज
- गति बढ़ने पर बल बढ़ता है
- उच्च गति वाहनों के लिए महत्वपूर्ण
प्रवाही घर्षण कम करने के उपाय
1
धारारेखीय आकृति: नावों, हवाई जहाजों और पक्षियों का आकार आगे से नुकीला होना।
2
माध्यम का घनत्व: जहाँ संभव हो, कम घनत्व वाले माध्यम का उपयोग।
3
चिकनी सतह: वाहनों के बाहरी आवरण को चिकना रखना।
4
वायुगतिकीय डिजाइन: स्पोर्ट्स कार का विशेष आकार वायु प्रतिरोध को काटता है।
महत्वपूर्ण प्रश्न (Q&A)
Q1. घर्षण क्या है? इसके लाभ और हानियाँ लिखिए।
उत्तर: घर्षण वह बल है जो दो सतहों के बीच सापेक्ष गति का विरोध करता है। यह सदैव गति की दिशा के विपरीत कार्य करता है।
लाभ: (1) चलने-फिरने में सहायक (2) वाहनों के ब्रेक कार्य करते हैं (3) वस्तुओं को पकड़ना संभव (4) लिखना और लिखावट (5) माचिस की तीली जलाना।
हानियाँ: (1) मशीनों के पुर्जों का घिसाव (2) ऊर्जा की हानि (3) गति में बाधा (4) जूतों का घिसना (5) ताप उत्पन्न होना।
Q2. घर्षण को कम करने के चार उपाय लिखिए।
उत्तर:
स्नेहक का उपयोग: तेल, ग्रीस या ग्रैफाइट पाउडर का उपयोग करके सतहों के बीच घर्षण कम किया जा सकता है।
बॉल बेयरिंग: सर्पी घर्षण को लोटनिक घर्षण में बदलकर घर्षण कम किया जाता है।
सतह को चिकना बनाना: सतहों को पॉलिश करके या चिकनी सामग्री का उपयोग करके घर्षण कम किया जा सकता है।
वायु कुशन: वायु की परत के द्वारा सतहों के सीधे संपर्क को कम करके घर्षण कम किया जाता है।
Q3. स्थैतिक घर्षण, गतिज घर्षण और लोटनिक घर्षण में अंतर स्पष्ट कीजिए।
उत्तर:
स्थैतिक घर्षण: जब वस्तु विरामावस्था में होती है, गति प्रारंभ करने के लिए आवश्यक बल, सबसे अधिक मान।
गतिज घर्षण: जब वस्तु गतिमान होती है, गति को बनाए रखने के लिए आवश्यक बल, स्थैतिक घर्षण से कम।
लोटनिक घर्षण: जब वस्तु किसी सतह पर लुढ़कती है, गतिज घर्षण से बहुत कम, पहियों और बॉल बेयरिंग में उपयोगी।
घर्षण हर उस चीज़ को नष्ट कर देता है जिसे वह छूता है, लेकिन इसके बिना कोई भी गति संभव नहीं है।
अध्याय का सारांश
इस अध्याय में हमने घर्षण की परिभाषा, इसके विभिन्न प्रकार (स्थैतिक, गतिज, लोटनिक), प्रभावित करने वाले कारक, लाभ-हानियाँ, घर्षण को कम/ज्यादा करने के तरीके और प्रवाही घर्षण के बारे में विस्तार से सीखा।
स्थैतिक
विरामावस्था का घर्षण
गतिज
गतिमान अवस्था
लोटनिक
लुढ़कती वस्तुएं
प्रवाही
द्रव एवं गैसों में
अगला अध्ययन करें
अगले अध्याय में हम ध्वनि (Sound) के स्रोत, माध्यम और प्रकारों के बारे में विस्तृत अध्ययन करेंगे।