Forces in Physics : యాంత్రిక శాస్త్రంలో ఎన్ని రకాల బలాలు ఉంటాయి..!

యాంత్రిక శాస్త్రం
అభికేంద్ర బలం
స్థిర అక్షం చుట్టూ వృత్తాకార మార్గంలో పరిభ్రమిస్తున్న వస్తువును వృత్తకేంద్రం వైపు కదులుతున్నట్లుగా పనిచేసే బలాన్ని ‘అభికేంద్ర బలం’ అంటారు.
➾    అభికేంద్ర బలం నిజమైన బలం (Real Force). ఈ బలాన్ని ఎల్లప్పుడూ వృత్తకేంద్రం సమకూరుస్తుంది.
    అభికేంద్ర బలం:
           

    ఉదాహరణలు:
➾    ఒక రాయికి దారాన్ని కట్టి వృత్తాకార మార్గంలో తిప్పుతున్నప్పుడు దానికి అవసరమైన అభికేంద్ర బలాన్ని మన భుజం నుంచి దారం ద్వారా అందజేస్తాం.
➾    సౌరకుటుంబంలో సూర్యుడి చుట్టూ పరిభ్రమిస్తున్న గ్రహాలు,గ్రహాల చుట్టూ పరిభ్రమిస్తున్న ఉపగ్రహాలకు అభికేంద్ర బలం అవసరం. ఈ బలాన్ని వాటి మధ్య పనిచేస్తున్న న్యూటన్‌ వి­శ్వ గురుత్వాకర్షణ బలాలు సమకూరుస్తాయి.
MBBS, BDS Admissions: స్థానికంగా ఉంటే అనుమతించండి
➾    పరమాణు కేంద్రకం చుట్టూ పరిభ్రమిస్తున్న ఎలక్ట్రాన్‌కు కావాల్సిన అభికేంద్ర బలాన్ని పరమాణు కేంద్రకంలోని కూలుంబ్‌ ఆకర్షణ బలాలు సమకూరుస్తాయి.
➾    వంపు మార్గంపై ప్రయాణిస్తున్న వాహనానికి కావాల్సిన అభికేంద్ర బలం వాహన చక్రాలు, రోడ్డుకు మధ్య ఉండే ఘర్షణబలం నుంచి లభిస్తుంది.
➾    తిరుతున్న గ్రామ్‌ఫోన్‌పై ఒక నాణేన్ని విసిరితే అది గ్రామ్‌ఫోన్‌ ప్లేట్‌తోపాటు తిరగడం ప్రారంభిస్తుంది. ఈ సందర్భంలో.. నాణేనికి కావాల్సిన అభికేంద్ర బలం  కింద పేర్కొన్న అంశాల ద్వారా  లభిస్తుంది. 
    ఎ. నాణేం, గ్రామ్‌ఫోన్‌ ప్లేట్ల మధ్య ఉన్న ఘర్షణ బలాలు
    బి. నాణేం భారం.. w = mg
అపకేంద్ర బలం (Centrifugal Force)
స్థిర అక్షం చుట్టూ వృత్తాకార మార్గంలో పరిభ్రమిస్తున్న ఒక వస్తువును వృత్త కేంద్రం నుంచి వెలుపలి వైపు తీసుకెళ్లడానికి ప్రయత్నించే బలాన్ని అపకేంద్ర బలం అంటారు.

    
   (-) గుర్తు వ్యతిరేక దిశను సూచిస్తుంది.
➦    అభికేంద్ర బలం నిజమైన బలం. అపకేంద్ర బలం మిథ్యా బలం. అందువల్ల అభికేంద్ర, అపకేంద్ర బలాలను చర్య, ప్రతిచర్యల జంటలుగా  భావించలేం.
    ఉదాహరణలు:
1.    ఒక రాయికి దారం కట్టి వృత్తాకార మార్గంలో తిప్పుతున్నప్పుడు దానికి కావాల్సిన  అభికేంద్ర బలాన్ని మన భుజం అందిస్తుంది. దారాన్ని వదిలివేసినప్పుడు అపకేంద్ర బలం వల్ల ఆ రాయి వృత్తాకార మార్గానికి కోణీయంగా అవతలి వైపు వెళుతుంది.
2.    సౌర కుటుంబంలోని న్యూటన్‌ విశ్వ గురు­ త్వాకర్షణ బలాలు అదృశ్యమైతే.. గ్రహాలు లేదా ఉపగ్రహాలకు కావాల్సిన అభికేంద్ర బలం లభించదు. అపకేంద్ర బలాల వల్ల ఆ గ్రహాలు/ఉపగ్రహాలు కక్ష్య మార్గానికి కోణీయంగా అవతలి వైపు వెళతాయి.

అపకేంద్ర బలం – అనువర్తనాలు

    అపకేంద్ర యంత్రం (Centrifuse)
➦    అల్ప భారమున్న కణాల నుంచి అధిక భారమున్న కణాలను వేరు చేయడానికి అపకేంద్ర యంత్రాన్ని ఉపయోగిస్తారు. ఈ సాధనం అపకేంద్ర బలం ఆధారంగా పనిచేస్తుంది.
    ఉపయోగాలు
1.    మొలాసిస్‌ నుంచి చక్కెర స్ఫటికాలను వేరు చేయడానికి
2.    తేనె తుట్టె నుంచి తేనెను వేరు చేసేందుకు
3.    మజ్జిగ నుంచి వెన్న వేరు చేసేందుకు
4.    రసాయనిక అవక్షే΄ాలను వేరు చేయడం కోసం
5.    వాషింగ్‌ మిషన్లు, గ్రైండర్లు, మిక్సీలు మొదలైనవి అపకేంద్ర బలం సూత్రంపై ఆధారపడి పనిచేస్తాయి.
MBBS Counselling Updates: ఎంబీబీఎస్‌ కౌన్సెలింగ్‌పై గందరగోళం.. ఈసారి మరింత ఆలస్యంగా..
వంపు మార్గానికి గట్టు కట్టడం
➦    రోడ్ల మలుపు వద్ద దాని లోపలి అంచు కంటే అవతలి అంచును కొంచెం ఎక్కువ ఎత్తులో ఉండేలా నిర్మిస్తారు. దీన్నే వంపు మార్గానికి గట్టు కట్టడం అంటారు. 
➦    వంపు మార్గం అవతలి అంచు, లోపలి అంచుతో చేసే కోణాన్ని గట్టు కోణం అంటారు.
    గట్టు కోణం:
 
    V = వంపు మార్గం వద్ద వాహనం వేగం
    r = వంపు మార్గం వద్ద వ్యాసార్ధం
    g =  భూమి గురుత్వ త్వరణం
    వంపు మార్గం వద్ద వాహనాన్ని సురక్షితంగా నడపడానికి కింద పేర్కొన్న జాగ్రత్తలు తీసుకోవాలి.
1.    వంపు మార్గం వద్ద వాహనం వేగం తగినంత ఉండాలి. వాహన వేగం అవసరం కంటే ఎక్కువగా ఉంటే వంపు మార్గానికి అవతలి వైపు వాహనం బోల్తా పడుతుంది. ఒకవేళ వాహన వేగం నిర్ణీత వేగం కంటే తక్కువగా ఉంటే అది లోపలి వైపు బోల్తా పడుతుంది.
2.    వంపు మార్గం వ్యాసార్ధం ఎక్కువగా ఉండాలి లేదా వాహనం రెండు చక్రాల మధ్య దూరం వీలైనంత ఎక్కువగా ఉండాలి.
3.    వాహన గరిమనాభి స్థానం వీలైనంత కింది దిశలో అంటే తక్కువ ఎత్తులో ఉండాలి.

గరిమనాభి స్థానం (Center of gravity)

➦    వస్తువు లేదా వ్యవస్థలోని కణాల భారం మొత్తం ఆ వస్తువు లోపల ఏదో ఒక బిందువు వద్ద కేంద్రీకృతమై ఉంటుంది. వస్తువు భారం ఆ బిందువు ద్వారా కింది దిశలో పనిచేస్తుంది. ఆ బిందువును ఆ వస్తువు గరిమనాభి స్థానం అంటారు.
➦    క్రమ ఆకారం ఉన్న వస్తువుల్లో గరిమ నాభి స్థానం ఒక స్థిర బిందువు వద్ద ఉంటుంది. కానీ క్రమరహిత ఆకారం ఉన్న వస్తువుల్లో గరిమనాభి స్థానం ఒక బిందువు నుంచి మరో బిందువుకు మారుతుంది.
    ఉదాహరణలు 
➦    దీర్ఘ చతురస్రాకార/చతురస్రాకార వస్తువుల్లో ఎదురెదురు కర్ణాలు ఖండించుకునే బిందువుల వద్ద గరిమనాభి ఉంటుంది.
➦    త్రిభుజాకార వస్తువుల్లో వాటి ఎదురెదురు కర్ణాలు ఖండించుకునే బిందువు వద్ద గరిమనాభి స్థానం ఉంటుంది. 
➦    గోళాకార, పళ్లెం ఆకృతిలో ఉన్న వస్తువుల్లో గరిమనాభి వాటి కేంద్రాల వద్ద ఉంటుంది.
➦    నిలబెట్టిన స్తూపం సగం ఎత్తు వద్ద గరిమనాభి స్థానం ఉంటుంది.
➦    పర్వతాన్ని అధిరోహిస్తున్న లేదా నిచ్చెన/ మెట్లు ఎక్కుతున్న లేదా వీపు మీద ధాన్యం బస్తాను మోసుకెళ్తున్న వ్యక్తి వంగి నడుస్తాడు. దీంతో గరిమనాభి స్థానమైన స్థిర బిందువు నుంచి ఆ వ్యక్తికి అధిక స్థిరత్వం లభిస్తుంది.
➦    ఒక చేతిలో బరువును పట్టుకొని వెళ్తున్న వ్యక్తి రెండో వైపు వంగి నడుస్తాడు. దీని వల్ల అతడికి ఎక్కువ స్థిరత్వం లభిస్తుంది.
Bhatti Vikramarka: 6000 టీచర్‌ పోస్టులకు త్వరలోనే నోటిఫికేషన్‌.. డిప్యూటీ సీఎం కీలక ప్రకటన
➦     వంపు మార్గం వద్ద మలుపు తిరిగే సైక్లిస్ట్‌ లోపలి వైపు వంగి ప్రయాణించడం వల్ల ఎక్కువ స్థిరత్వాన్ని ΄÷ందుతాడు.
➦    ఓడలు, పడవలు, స్టీమర్లలో గరిమనాభి స్థానం కింది దిశలో ఉండేలా జాగ్రత్తపడతారు. దీనివల్ల వాటికి ఎక్కువ స్థిరత్వం కలుగుతుంది.
➦    స్పోర్ట్స్‌ కార్లు, బైక్‌లకు చిన్న పరిమాణంలో ఉ­న్న చక్రాలను అమరుస్తారు. దీంతో ఈ వాహనాల గరిమనాభి స్థానం కింది దిశలో ఉంటుంది. దీంతో ఆ వాహనాలు మలుపులు తిరు­గుతున్నప్పుడు ఎక్కువ స్థిరత్వం లభిస్తుంది.
➦    గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉన్న నీటిని వేడిచేస్తే, అది వ్యాకోచిస్తుంది. అందువల్ల దాని గరిమనాభి స్థానం ఊర్థ్వదిశలో స్థానభ్రంశం చెందుతుంది.
➦    ఊయలలో కూర్చొని ఉన్న బాలుడు నిలబడితే గరిమనాభి స్థానం ఊర్థ్వదిశలో స్థానభ్రంశం చెందుతుంది.
➦    డ్రైవర్‌ సీటు కింది భాగంలో గరిమనాభి స్థానం ఉండేలా ట్రాక్టర్‌ను తయారు చేస్తారు. దీనివల్ల ట్రాక్టర్‌కు ఎక్కువ స్థిరత్వం కలుగుతుంది.    

సరళ హరాత్మక చలనం (Simple Harmonic Motion)
➦    ఒక వస్తువు చలనం రెండు అంత్య బిందువుల మధ్య సమాన కాలాల్లో పునరావృతం అవుతున్నట్లయితే దాన్ని ఆవర్తన చలనం అంటారు.
➦    ఒకవేళ ఆ చలనం ఒక స్థిర బిందువుకు ఇరువైపులా జరుగుతున్నట్లయితే దాన్ని సరళ హరాత్మక చలనం అంటారు. 
    ఉదాహరణ: 
➦    గోడ గడియారంలోని లోలకం, పదార్థంలోని కణాల కంపనాలు, కంపిస్తున్న శృతిదండం భుజాలు సరళ హరాత్మక చలనాన్ని చేస్తాయి.
➦    బ్లేడ్‌ ఒక చివరను బంధించి రెండో కొనను మీటితే అది చేసే కంపనాలు సరళ హరాత్మక చలనంలో ఉంటాయి.
➦    అలలు వస్తున్న నీటి ఉపరితలంపై ఉన్న చెక్కదిమ్మ సరళ హరాత్మక చలనం చేస్తుంది.
➦    'U' ఆకారం ఉన్న గొట్టాన్ని కదిలిస్తే.. ఆ గొట్టంలోని ద్రవం కూడా ఇలాంటి చలనమే చేస్తుంది.
➦    పుటాకారంలో ఉన్న రోడ్డుపై బంతి లేదా వాహన చక్రం సరళ హరాత్మక చలనం చేస్తుంది.
➦    భూమిని ఒక పరిపూర్ణ గోళంలా భావించి, దాని ఉత్తర ధ్రువం నుంచి దక్షిణ ధ్రువానికి ఒక సొరంగం చేశామనుకోండి. అందులో ఒక వస్తువును జారవిడిస్తే అది రెండు ధ్రువాల మధ్య నిరంతరంగా సరళ హరాత్మక చలనం చేస్తుంది.
ఈ విధంగా డోలనాలు చేస్తున్న వస్తువు డోలనావర్తన కాలానికి సమీకరణం

    
    R= భూమి సగటు వ్యాసార్ధం 
       = 6400 కి.మీ.
    g = 9.8 ms-2
    T = 84.6 నిమిషాలు 
       = 5000 సెకన్లు (సుమారుగా) 
గమనిక: భూమికి అతి సమీపంలో పరిభ్రమిస్తున్న ఒక కృత్రిమ ఉపగ్రహం ఆవర్తన కాలం 84.6 నిమిషాలు లేదా 5000 సెకన్లు.
SSC 39,481 Constable Jobs Notification 2024 : బ్రేకింగ్ న్యూస్‌.. 39,481 కానిస్టేబుల్ ఉద్యోగాల‌కు భారీ నోటిఫికేషన్ విడుద‌ల‌.. పూర్తి వివ‌రాల కోసం క్లిక్ చేయండి..
లిఫ్ట్‌లో ఒక వస్తువు దృశ్యాభారం
➦    ఒక వస్తువు నిజ భారం (w) = mg. ఒకవేళ ఆ వస్తువు లిఫ్ట్‌లో ఉన్నట్లయితే, దాని దృశ్యాభారం  w = m[g±a]
➦    లిఫ్ట్‌ పైకి వెళుతున్నపుడు త్వరణాన్ని ధనాత్మకంగా, కిందికి వచ్చేటప్పుడు రుణాత్మకంగా తీసుకోవాలి.
సందర్భం1: లిఫ్ట్‌ విరామస్థితిలో ఉన్నప్పుడు (V = 0) లేదా సమవేగంతో (V1 = V2...) పైకి లేదా కిందికి కదులుతున్నప్పుడు దాని త్వరణం శూన్యం. కాబట్టి ఆ లిఫ్ట్‌లో ఉన్న వస్తువు దృశ్యభారం
            w = m[g±a]
            w = m[g+0]
            w = mg
 ఇది నిజమైన భారానికి సమానంగా ఉంటుంది.
సందర్భం 2: ఒకవేళ త్వరణం aతో లిఫ్ట్‌ పైకి కదులుతుంటే అందులోని వస్తువు దృశ్యభారం w = m[g+a] అవుతుంది. ఈ సందర్భంలో వస్తువు భారం పెరిగినట్లు అనిపిస్తుంది.
సందర్భం 3: త్వరణం aతో లిఫ్ట్‌ కిందికి దిగుతున్నపుడు అందులోని వస్తువు దృశ్యభారం w = m[g–a]  అవుతుంది. వస్తువు భారం తగ్గినట్లుగా అనిపిస్తుంది.
సందర్భం 4: కదులుతున్న లిఫ్ట్‌ తీగలు తెగితే ఆ లిఫ్ట్‌ స్వేచ్ఛగా  కిందికి పడుతుంది. ఈ సందర్భంలో లిఫ్ట్‌ త్వరణం భూమి గురుత్వ త్వరణానికి సమానంగా ఉంటుంది. 
a = g  కాబట్టి వస్తువు భారం 
    w = m*[g– a] = [g– g] = 0
    వస్తువు భారరహిత స్థితిని ΄÷ందుతుంది.
సందర్భం 5: స్వేచ్ఛగా కిందికి పడుతున్న లిఫ్ట్‌ త్వరణం, భూమి గురుత్వ త్వరణం కంటే ఎక్కువగా ఉన్నట్లయితే..
[a > g]      w = m [g–a]
ఈ సందర్భంలో లిఫ్ట్‌ లోపల ఉన్న వ్యక్తి లిఫ్ట్‌ పై కప్పును ఢీకొంటాడు.
Mariyappan Thangavelu: వరుసగా మూడో పారాలింపిక్స్‌లో పతకం సాధించిన తొలి భారత ప్లేయర్ ఈయ‌నే..
మాదిరి ప్రశ్నలు:
1.    పరావలయ మార్గంలో ప్రయాణిస్తున్న బాంబు మార్గ మధ్యలో విస్ఫోటనం చెందితే దాని ద్రవ్యరాశి కేంద్రం ప్రయాణించే మార్గం?
    1) వక్ర మార్గం    2) రుజు
    3) పరావలయం    4) దీర్ఘవృత్తాకారం
2.    భ్రమణ చలనంలో ఉన్న వస్తువుకు ఉండే నిజమైన బలం?
    1) అభికేంద్ర బలం   2) అపకేంద్ర బలం
    3) విరూపకార బలం 4) బాహ్యబలం
3.    భూమి చుట్టూ నిర్దిష్ట కక్ష్యలో పరిభ్రమిస్తున్న కృత్రిమ ఉపగ్రహం నియంత్రణ కోల్పోతే ఏ మార్గంలో ప్రయాణిస్తుంది?
    1) వృత్తాకార మార్గానికి కోణీయంగా  అవతలి వైపు
    2) వృత్తాకార మార్గానికి లంబంగా
    3) వృత్తాకార మార్గానికి సమాంతరంగా
    4) వృత్తాకార మార్గానికి 60 డిగ్రీల కోణీయంగా అవతలి వైపు
4.    గమనంలో ఉన్న వాహన చక్రాల చలనం?
    1) సరళ హరాత్మక    2) రేఖీయ
    3) భ్రమణ           4) రేఖీయ, భ్రమణ
సమాధానాలు:  1) 3;  2) 1; 3) 1;  4) 4.

Head Master Uppalaya: ఏ స్కూల్‌కు వెళ్లినా రూపురేఖల మార్పు