Physical Science for Groups Exams : భూమిపై వేగంగా పరుగెత్తే జీవి..?

యాంత్రిక శాస్త్రం

భూ ఆత్మభ్రమణ వేగం ప్రస్తుత వేగానికి 17 రెట్లు పెరిగితే భూమధ్యరేఖ వద్ద వస్తువు భారం శూన్యం అవుతుంది.
రోగుల భారాన్ని కనుగొనడానికి ఉపయోగించే పరికరం – సంపీడన స్ప్రింగ్‌ త్రాసు.
ఒక వ్యక్తి గాలిలో ఎగిరినప్పుడు లేదా ఎత్తు నుంచి కిందకు దూకినప్పుడు అతడు  భార రహిత స్థితిలో ఉంటాడు. 

వస్తువు స్థితి గురించి అధ్యయనం చేసే శాస్త్రాన్ని ‘యాంత్రిక శాస్త్రం’ అంటారు. వస్తువు గమనం గురించి అధ్యయనం చేసే శాస్త్రాన్ని ‘డైనమిక్స్‌’ అంటారు.
అదిశ రాశి: పరిమాణం మాత్రమే ఉండి, దిశతో సంబంధంలేని భౌతికరాశిని ‘అదిశరాశి’ అంటారు.     
    ఉదా: దూరం, వడి, పని, శక్తి.
సదిశ రాశి: పరిమాణం, దిశ ఉన్న భౌతిక రాశిని ‘సదిశ రాశి’ అంటారు.
ఉదా: స్థానభ్రంశం, వేగం, త్వరణం, బలం.
దూరం: వస్తువు ప్రయాణించిన మొత్తం ΄÷డవును ‘దూరం’ అంటారు.
    ప్రమాణాలు: సెం.మీ., మీ.
➥    వాహనాలు ప్రయాణించే దూరాన్ని కొలవడానికి ‘ఓడోమీటర్‌’ ఉపయోగిస్తారు.
స్థానభ్రంశం: స్థానంలో కలిగే మార్పును ‘స్థానభ్రంశం’ అంటారు. రెండు బిందువుల మధ్య ఉండే అతి స్వల్ప ΄÷డవే స్థానభ్రంశం.
    ప్రమాణాలు: సెం.మీ., మీ.
వడి: నిర్దిష్ట సమయంలో వస్తువు ప్రయాణించిన దూరాన్ని ‘వడి’ అంటారు. 
    వడి = దూరం/ కాలం
     ప్రమాణాలు: సెం.మీ./సె. (సీజీఎస్‌ ప్రమాణం), 
    మీ./సె. (ఎస్‌ఐ ప్రమాణం). 
    వడిని కొలిచే పరికరం: స్పీడోమీటర్‌
వేగం: వస్తువు స్థానభ్రంశంలో కలిగే మార్పురేటునే ‘వేగం’ అంటారు.
వేగం = స్థానభ్రంశం/ కాలం
    ప్రమాణాలు: సెం.మీ./సె. (సీజీఎస్‌ ప్రమాణం), 
    మీ./సె. (ఎస్‌ఐ ప్రమాణం).
➥    వాన చినుకు వేగం 7- 18 mile/hour
➥    భూమిపై వేగంగా పరుగెత్తే జీవి – చిరుతపులి 
    (97 kmph)
➥    నెమ్మదిగా కదిలే జీవి – నత్త 
    (0.013  0.028 m/s)
త్వరణం: వేగంలో కలిగే మార్పు రేటునే త్వరణం అంటారు. 
    త్వరణం (a) =వేగంలోని మార్పు/ కాలం
    ప్రమాణాలు: సెం.మీ./సె2. (సీజీఎస్‌), 
    మీ./సె2. (ఎస్‌ఐ ప్రమాణం).
వస్తువు త్వరణం కాలానుగుణంగా పెరిగితే దాన్ని ‘ధన త్వరణం’ అంటారు.
ఉదా: రైల్వేస్టేషన్‌ నుంచి దూరంగా వెళుతున్న రైలు త్వరణం.
వస్తువు త్వరణం కాలానుగుణంగా తగ్గితే దాన్ని ‘రుణ త్వరణం’ అంటారు.
ఉదా: బస్‌స్టేషన్‌ సమీపిస్తున్న బస్సు త్వరణం.
➥    వాహనాల వేగాన్ని తగ్గించడానికి లేదా పెంచడానికి వాడే పరికరం ‘యాక్సిలరేటర్‌’.
➥    గమనంలో ఉన్న వస్తువు సమవేగంతో చలించినా లేదా విరామ స్థితిలో ఉన్నా దాని త్వరణం ‘శూన్యం’.
గురుత్వ త్వరణం: భూ గురుత్వాకర్షణ బలం ప్రభావం వల్ల వస్తువులో కలిగే త్వరణాన్ని ‘గురుత్వ త్వరణం’ అంటారు. దీన్ని జ తో సూచిస్తారు.
➥    భూమిపై గురుత్వ త్వరణం =  9.8 m/s2
➥    చంద్రుడిపై గురుత్వ త్వరణం = 1.6 m/s2
➥    సూర్యుడిపై గురుత్వ త్వరణం = 27.4 m/s2
➥    గురుత్వ మాపకాన్ని ఉపయోగించి గురుత్వ త్వరణం విలువ కనుగొంటారు.
ఐసోగ్రామ్‌లు: g విలువ సమానంగా ఉన్న ప్రదేశాలను కలుపుతూ గీసిన రేఖలను ఐసోగ్రామ్‌లు అంటారు. వీటిని ఉపయోగించి ఖనిజసంపదను గుర్తిస్తారు.
➥    g విలువ భూమి భౌతికస్థితిపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
    g= Gm/R2
    R విలువ ధ్రువాల వద్ద కనిష్టం కాబట్టి జ విలువ గరిష్టంగా  ఉంటుంది. R విలువ భూ మధ్యరేఖ వద్ద గరిష్టం కాబట్టి g విలువ కనిష్టంగా  ఉంటుంది.
➥    కణంపై గురుత్వ బలం పనిచేయదు.
ద్రవ్యరాశి: పదార్థ పరిమాణాన్ని ద్రవ్యరాశి అంటారు.
    ప్రమాణాలు: గ్రాము (సీజీఎస్‌ ప్రమాణం), కిలోగ్రాము (ఎస్‌ఐ ప్రమాణం).    
భారం: వస్తువుపై  పని చేసే భూమ్యాకర్షణ బలాన్నే భారం అంటారు.
    ప్రమాణాలు: గ్రాము, వాట్, కిలోగ్రాము–వాట్, న్యూటన్‌.    
➥    వస్తువు ద్రవ్యరాశి స్థిరం. ఇది ప్రదేశాన్ని బట్టి మారదు. వస్తువు భారం gపై ఆధారపడి ఉంటుంది కాబట్టి ఇది ప్రదేశాన్ని బట్టి మారుతుంది.
➥    వస్తువు భారాన్ని కొలవడానికి ఉపయోగించే పరికరం ‘స్ప్రింగ్‌ త్రాసు’. ఇది హుక్‌ సూత్రం ఆధారంగా పని చేస్తుంది.
➥    రబ్బర్‌ కంటే స్టీల్‌ స్థితిస్థాపకత అధికం.
➥    పరిపూర్ణ స్థితిస్థాపక వస్తువు సృష్టిలో లేదు. కానీ పరిపూర్ణ స్థితిస్థాపక వస్తువులా ప్రవర్తించే వస్తువు క్వార్ట్జ్‌.
గరిమనాభి: వస్తువు మొత్తం భారం కేంద్రీకృతం అయ్యేట్లుగా ప్రవర్తించే బిందువును ‘గరిమనాభి’ అంటారు. ఇది వస్తువు స్థిరత్వాన్ని వివరిస్తుంది.
➥    సమరీతి గురుత్వకేంద్రంలో వస్తువు ద్రవ్యరాశి కేంద్రం, గరిమనాభి ఏకీభవిస్తాయి.
➥    ద్రవ్యరాశి కేంద్రం వస్తు చలనాన్ని వివరిస్తుంది.
➥    నిలబెట్టిన స్తూపానికి గరిమనాభి స్థానం సగం ఎత్తు వద్ద ఉంటుంది.
➥    వంపు మార్గం వద్ద సైకిలిస్ట్‌ లోపలి వైపు వంగి ప్రయాణించడం వల్ల స్థిరత్వం పెరుగుతుంది.
లిఫ్ట్‌లో దృశ్య భారం: లిఫ్ట్‌ను 1852లో ఇ.జి. ఓటిన్‌ అనే శాస్త్రవేత్త కనుగొన్నారు. లిఫ్ట్‌ పైకి వెళుతున్నప్పుడు త్వరణం ధనాత్మకంగా, కిందికి వెళుతున్నప్పుడు త్వరణాన్ని రుణాత్మకంగా తీసుకోవాలి.
case i): లిఫ్ట్‌ నిశ్చలస్థితిలో ఉన్నప్పుడు దృశ్యభారం 
స్థిరం. భారం (w) = mg    
case ii): లిఫ్ట్‌ a అనే త్వరణంతో పై దిశలో చలిస్తున్నప్పుడు దృశ్య భారం పెరుగుతుంది. 
    w = m(g+a).
case iii): లిఫ్ట్‌ a అనే త్వరణంతో కింది దిశలో చలిస్తున్నప్పుడు దృశ్య భారం తగ్గుతుంది.
    w = m(g–a)
case iv): లిఫ్ట్‌ స్వేచ్ఛగా కిందకు పడుతుంటే దాని దృశ్య భారం శూన్యం.
    w = m(g–g)         ( a = g M>º కాబట్టి)
    w = 0
బలం: వస్తువు స్థితిని మార్చేది లేదా మార్చడానికి ప్రయత్నించేదాన్ని ‘బలం’ అంటారు. 
   F = ma
    ప్రమాణాలు: గ్రామ్‌–సెం.మీ./సె2. లేదా 
    డైన్‌ (సీజీఎస్‌), కిలోగ్రామ్‌–మీ./సె2. లేదా 
    న్యూటన్‌ (ఎస్‌ఐ ప్రమాణం).
        1 N = 105 dyne
బలాలను న్యూటన్‌ అంతర్గత బలాలు, బాహ్య బలాలు అని రెండు రకాలుగా వర్గీకరించారు.
➥    ప్రకృతిలో ప్రాథమిక బలాలు ప్రధానంగా 4 రకాలు. అవి: 1. గురుత్వాకర్షణ బలాలు
    2. విద్యుదయస్కాంత బలాలు
    3. బలమైన కేంద్రక బలాలు
    4. బలహీన కేంద్రక బలాలు
➥    ప్రకృతిలోని ప్రాథమిక బలాల్లో ‘బలమైన కేంద్రక బలం’ అత్యంత బలమైంది. గురుత్వాకర్షణ బలం అత్యంత బలహీనమైంది.
➥    విశ్వంలోని ఏదైనా రెండు వస్తువుల మధ్య పనిచేసే బలాన్ని గురుత్వాకర్షణ బలం అంటారు. దీని గురించి న్యూటన్‌ వివరించారు. గురుత్వాకర్షణ బలం వస్తువుల ద్రవ్యరాశుల లబ్ధానికి అనులోమానుపాతంలో, వాటి మధ్య దూర వర్గానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది.
➥    విశ్వ గురుత్వాకర్షణ బలం సమీకరణం
    F = Gm2m2/r2
    G విశ్వగురుత్వాకర్షణ స్థిరాంకం  
    G = 6.67´10–11 Nm2 kg–2
➥   G విలువను ప్రయోగాత్మకంగా కనుగొన్నవారు హెన్రీ కావెండిష్‌ (ఈయన హైడ్రోజన్‌ను కూడా కనుగొన్నారు).
భూ గురుత్వాకర్షణ బలాలు అన్ని వస్తువులపై ఒకేరకంగా పనిచేస్తాయని ప్రయోగాత్మకంగా నిరూపించినవారు గెలీలియో. గోపురం పై నుంచి రూపాయి నాణెం, ఈకను ఒకేసారి కిందకు పడేసినప్పుడు అవి దాదాపుగా ఒకేసారి భూమిని చేరుతాయనీ, కొద్దిపాటి కాల వ్యత్యాసానికి కారణం.. గాలిలోని స్నిగ్ధతా బలాలు ఈకపై పనిచేయడమేనని ఆయన వివరించారు. గెలీలియో టెలిస్కోప్‌ను, తొలిసారిగా లోలక గడియారాన్ని తయారు చేశారు.
భూ కేంద్రక సిద్ధాంతం: సూర్యుడితోపాటు గ్రహాలన్నీ భూమి చుట్టూ పరిభ్రమిస్తాయని టాలెమీ (2వ శతాబ్దం) ప్రతిపాదించారు.  ఈ సిద్ధాంతం సుమారుగా 1400 ఏళ్ల పాటు ఆమోదంలో ఉంది.
సూర్య కేంద్రక సిద్ధాంతం: భూమి సహా గ్రహాలన్నీ సూర్యుడి చుట్టూ పరిభ్రమిస్తాయని కోపర్నికస్‌ (1543లో) వివరించారు.
➥    సూర్యకేంద్రక సిద్ధాంతం సరైందేనని వివరించినవారు – టైకోబ్రాహి.
కెప్లర్‌ గ్రహగమన నియమాలు: సూర్యకేంద్రక సిద్ధాంతానికి అనుగుణంగా కెప్లర్‌ గ్రహగమన నియమాలు వివరించారు.
1)    మొదటి నియమం: సూర్యుని చుట్టూ గ్రహాలన్నీ నిర్దిష్ట దీర్ఘవృత్తాకార కక్ష్యల్లో పరిభ్రమిస్తాయి. దీన్నే ‘కక్ష్యా నియమం’ అంటారు.
2)    రెండో నియమం: సూర్యుడి చుట్టూ తిరిగే ప్రతి గ్రహం సమాన కాల వ్యవధుల్లో సమాన వైశాల్యాలు విరజిమ్ముతుంది. దీన్నే ‘వైశాల్య నియమం’ లేదా ‘విస్తీర్ణ నియమం’ అంటారు. ‘కోణీయ ద్రవ్యవేగ నిత్యత్వ నియమం’ (ఔ = ఝఠిట) ఆధారంగా దీన్ని వివరించారు.
3)    మూడో నియమం: సూర్యుడి చుట్టూ పరిభ్రమిస్తున్న గ్రహం ఆవర్తన కాలం వర్గం.. సూర్యుడు, గ్రహానికి మధ్య ఉండే దూరం ఘనానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. 
    T2 µ R3
    T → ఆవర్తన కాలం, 
    R →  సూర్యుడికి, గ్రహానికి మధ్య దూరం.
భూ స్థావర ఉపగ్రహం: భూ ఆత్మభ్రమణ దిశలో, భూ ఆత్మభ్రమణ వేగానికి సమానంగా భూమి చుట్టూ కక్ష్యలో పరిభ్రమణం చెందే ఉపగ్రహాన్ని ‘భూస్థావర ఉపగ్రహం’ అంటారు.
➥    భూ స్థావర ఉపగ్రహం పరిభ్రమణ కాలం  24 గంటలు.
➥    భూ ఉపరితలం నుంచి భూ స్థావర ఉపగ్రహం ఎత్తు 36,000 కి.మీ.
➥    భూ కేంద్రం నుంచి భూ స్థావర ఉపగ్రహం ఎత్తు 42,400 కి.మీ.
➥    భూమికి అత్యంత సమీపంగా పరిభ్రమణం చెందే ఉపగ్రహం ఆవర్తన కాలం  84.6 నిమిషాలు, 5000 సెకన్‌లు.
➥    భూ స్థావర ఉపగ్రహాన్ని సమాచార ప్రసారంలో, వాతావరణ పరిస్థితులను అధ్యయనం చేయడానికి, గూఢచర్య వ్యవస్థలో, ఖనిజ లవణాలను కనుగొనడానికి ఉపయోగిస్తారు.

మాదిరి ప్రశ్నలు:

1.    కిందివాటిలో వెక్టార్‌ క్వాంటిటీ ఏది?  (గ్రూప్‌–2, 2003)
    ఎ) మాస్‌        బి) కాలం
    సి) పరిమాణం    డి) వేగం
2.    గురుత్వాకర్షణ శక్తి సూత్రం కనుగొన్నవారెవరు?  (ఏఈ–2009, టెక్నికల్‌ అసిస్టెంట్స్‌–2012)
    ఎ) కెప్లర్‌        బి) గెలీలియో
    సి) న్యూటన్‌    డి) కోపర్నికస్‌
3.    గురుత్వాకర్షణ సిద్ధాంతం..?    (జేఎల్‌–2007)
    ఎ) విశ్వంలో ఎక్కడైనా వర్తిస్తుంది
    బి) సూర్యుడు, నక్షత్రాలకు మాత్రమే వర్తిస్తుంది
    సి) తెలిసిన అన్ని బలాలకు వర్తిస్తుంది
    డి) సౌర వ్యవస్థకు మాత్రం వర్తించదు
4.    కిందివాటిలో ఏ బలం అధికంగా ఉంటుంది? (గ్రూప్‌–1, 1999)
    ఎ) పరమాణు బలం
    బి) గురుత్వాకర్షణ బలం
    సి) విద్యుదయస్కాంత బలం
    డి) కేంద్రక బలం
5.    కొండను ఎక్కుతున్న వ్యక్తి కొంచెం ముందుకు వంగుతాడు. కారణం? (ఎస్‌ఐ–2008, ఏఈ–2009)
    ఎ) జారకుండా ఉండటానికి
    బి) వేగం పెరగడానికి
    సి) అలసట తగ్గించుకోవడానికి
    డి) స్థిరత్వం పెంచుకోవడానికి
6.    సౌర వ్యవస్థ ఆవిష్కర్త ఎవరు? (అసిస్టెంట్‌ డైరెక్టర్‌–2012)
    ఎ) కెప్లర్‌        బి) కోపర్నికస్‌
    సి) మార్క్‌పోల్‌    డి) అమండసన్‌
7.    కెప్లర్‌ సిద్ధాంతం ప్రకారం సూర్యుని చుట్టూ  ఉపగ్రహ కక్ష్య మండలం ఏవిధంగా ఉంటుంది?    (డీఎల్‌–2012)
    ఎ) వృత్తాకారం    బి) దీర్ఘ వృత్తాకారం
    సి) చదరం    డి) సరళ రేఖ
8.    భూస్థిర కక్ష్య ఉపగ్రహానికి ఒక భ్రమణానికి పట్టే కాలం ఎంత?  (ఎఫ్‌ఆర్‌వో–2012)
    ఎ) 24 గంటలు    బి) 30 రోజులు
    సి) 365 రోజులు    
    డి) నిరంతరం మారుతుంది
9.    కిందివాటిలో సదిశ రాశి ఏది?న  (ఎఫ్‌ఆర్‌వో–2012)
    ఎ) ద్రవ్యవేగం    బి) పీడనం
    సి) శక్తి        డి) పని

సమాధానాలు
1) డి;    2) సి;     3) ఎ;     4) డి;    5) డి;     6) బి;      7) బి;      8) ఎ;    9) బి.