गुरुत्वाकर्षण के सार्वभौमिक नियम को समझना

गुरुत्वाकर्षण के सार्वभौमिक नियम को समझना

सामग्री मानक

इस पाठ में, छात्र यह समझेंगे कि ब्रह्मांड में प्रत्येक वस्तु प्रत्येक अन्य वस्तु को गुरुत्वाकर्षण बल से आकर्षित करती है, जो उनके द्रव्यमान और उनके बीच की दूरी पर निर्भर करता है।

प्रदर्शन मानकों

छात्र निम्नलिखित कार्य करने में सक्षम होंगे:

  • गुरुत्वाकर्षण के सार्वभौमिक नियम को बताएँ और उसकी व्याख्या करें।
  • संख्यात्मक समस्याओं को हल करने के लिए सूत्र  F=GMm/r2​ का उपयोग करें।
  • दैनिक जीवन और ब्रह्मांड में गुरुत्वाकर्षण बल के उदाहरणों और अनुप्रयोगों का वर्णन करें।
  • प्रयोगों और चर्चाओं के माध्यम से वैचारिक समझ का प्रदर्शन करें।

संरेखण मानक

संदर्भ: एनसीईआरटी पुस्तक संरेखण 

यह पाठ एनसीईआरटी ग्रेड 9 विज्ञान पाठ्यपुस्तक, अध्याय 9: गुरुत्वाकर्षण, खंड 1 – गुरुत्वाकर्षण का सार्वत्रिक नियम के साथ संरेखित है

पूर्वापेक्षाएँ (पूर्व ज्ञान)

  • बल और गति की अवधारणाएँ .
  • न्यूटन के गति के नियम और यह विचार कि बल गति को बदल सकता है।
  • शक्तियों और अनुपातों के साथ बुनियादी गणितीय संचालन .

सीखने के उद्देश्य

पाठ के अंत तक, छात्र निम्नलिखित कार्य करने में सक्षम होंगे:

  • गुरुत्वाकर्षण बल और गुरुत्वाकर्षण के सार्वभौमिक नियम को परिभाषित करें।
  • सूत्र F=GMm/r2​ व्युत्पन्न करें और व्याख्या करें
  • ज्वार-भाटा, ग्रहों की गति और गिरती वस्तुओं जैसी प्राकृतिक घटनाओं में गुरुत्वाकर्षण बल की भूमिका को पहचानें और समझाएँ।
  • कानून पर आधारित सरल संख्यात्मक समस्याओं को हल करें।
  • सार्वभौमिक बलों को समझने में न्यूटन के योगदान की सराहना करें।

परिचय

आइज़ैक न्यूटन द्वारा प्रतिपादित गुरुत्वाकर्षण का सार्वभौमिक नियम, भौतिकी के सबसे मौलिक नियमों में से एक है। यह बताता है कि वस्तुएँ पृथ्वी पर क्यों गिरती हैं, ग्रह सूर्य की परिक्रमा क्यों करते हैं, और खगोलीय पिंड एक-दूसरे को कैसे प्रभावित करते हैं। न्यूटन की अंतर्दृष्टि—कि सेब को ज़मीन पर गिराने वाला वही बल चंद्रमा की गति को भी नियंत्रित करता है—ने पार्थिव और खगोलीय यांत्रिकी को एकीकृत किया। शिक्षकों को इन बातों पर ज़ोर देना चाहिए:

  • कानून की सार्वभौमिकता (ब्रह्मांड के सभी पदार्थों पर लागू होती है ) 
  • बल और दूरी के बीच व्युत्क्रम -वर्ग संबंध ।
  • व्यावहारिक उदाहरण (पृथ्वी-चंद्रमा, पृथ्वी-वस्तु, और सूर्य-ग्रह आकर्षण)।

समयरेखा (40 मिनट)

शीर्षकअनुमानित अवधिप्रक्रियासंदर्भ सामग्री
संलग्न करें5

गतिविधि: एक छोटी क्लिप दिखाएँ या एक प्रदर्शन दिखाएँ जहाँ एक सेब (या गेंद) ज़मीन पर गिरता है। पूछें:

  • “सेब हमेशा नीचे क्यों गिरता है?”
  • “आकर्षण के बावजूद चंद्रमा को पृथ्वी पर गिरने से क्या रोकता है?”

चर्चा का संकेत: विद्यार्थियों को गिरते हुए सेब के बारे में न्यूटन की जिज्ञासा को याद करने के लिए मार्गदर्शन करें और इस प्रश्न की ओर ले जाएं – क्या ब्रह्मांड में सभी वस्तुओं के बीच एक ही बल कार्य कर सकता है?

स्लाइड्स

अन्वेषण करें10

गुरुत्वाकर्षण के लिए एक आभासी प्रयोगशाला के माध्यम से व्यावहारिक गतिविधि।

स्लाइड्स +  वर्चुअल लैब

व्याख्या करें10

न्यूटन के सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण नियम का परिचय दें:

ब्रह्माण्ड में प्रत्येक वस्तु प्रत्येक अन्य वस्तु को एक बल से आकर्षित करती है जो उनके द्रव्यमानों के गुणनफल के समानुपाती तथा उनके केन्द्रों के बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

F=GMm/r2

जहाँ: 

F = गुरुत्वाकर्षण बल, 

G = गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक (6.67 × 10⁻¹¹ N·m²/kg²), 

M,m = दो वस्तुओं के द्रव्यमान, 

r = केंद्रों के बीच की दूरी।

उदाहरण समस्या: 1 मीटर की दूरी पर रखे गए दो 1 किग्रा द्रव्यमानों के बीच बल की गणना करें।

इंटरैक्टिव स्पष्टीकरण: दृश्य या सिमुलेशन का उपयोग करके दिखाएं कि दूरी या द्रव्यमान में परिवर्तन होने पर बल किस प्रकार बदलता है।

स्लाइड्स

मूल्यांकन करें10

छात्र एलएमएस पर स्व-मूल्यांकन कार्य का प्रयास करेंगे

वर्चुअल लैब

विस्तरित करें5

चुनौती: विद्यार्थियों को यह समझाने के लिए चुनौती दें कि कक्षा में छोटी वस्तुओं के बीच गुरुत्वाकर्षण बल नगण्य क्यों होता है।

स्लाइड्स

गुरुत्वाकर्षण के सार्वभौमिक नियम को समझना

परिचय

हम रोज़ाना वस्तुओं को पृथ्वी की ओर गिरते देखते हैं—कोई गेंद लुढ़कती है, कोई सेब गिरता है, या बादलों से बारिश होती है। लेकिन हर चीज़ नीचे की ओर क्यों गिरती है? सर आइज़क न्यूटन ने ही यह समझा था कि जो बल एक सेब को नीचे खींचता है, वही बल चंद्रमा को पृथ्वी के चारों ओर और ग्रहों को सूर्य के चारों ओर चक्कर लगाने के लिए प्रेरित करता है। उन्होंने गुरुत्वाकर्षण का सार्वभौमिक नियम प्रतिपादित किया , जो आकाशीय और स्थलीय पिंडों की गति को समान रूप से समझाने वाले सबसे महत्वपूर्ण वैज्ञानिक नियमों में से एक बन गया।

यह नियम दर्शाता है कि ब्रह्माण्ड में प्रत्येक वस्तु हर दूसरी वस्तु को, चाहे वह कितनी भी बड़ी या छोटी क्यों न हो, गुरुत्वाकर्षण बल नामक बल से आकर्षित करती है 

लिखित

1. कानून का विवरण

गुरुत्वाकर्षण का सार्वभौमिक नियम कहता है कि:

“ब्रह्मांड में प्रत्येक वस्तु प्रत्येक अन्य वस्तु को एक बल से आकर्षित करती है जो उनके द्रव्यमानों के गुणनफल के समानुपाती तथा उनके केंद्रों के बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है।”

गणितीय रूप से,

F=GMm/r2 जहां:

  • F = दो वस्तुओं के बीच गुरुत्वाकर्षण बल
  • G = सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक (6.67×10⁻¹¹N⋅m²/kg²)
  • M,m= दो वस्तुओं का द्रव्यमान
  • r = दो वस्तुओं के केंद्रों के बीच की दूरी

यह समीकरण हमें बताता है कि द्रव्यमान जितना अधिक होगा , बल उतना ही अधिक प्रबल होगा – और जैसे-जैसे दूरी बढ़ती है , बल तेजी से कमजोर होता जाता है।

2. गुरुत्वाकर्षण बल की प्रकृति

  • पारस्परिक बल: बल दोनों वस्तुओं पर समान रूप से तथा विपरीत रूप से कार्य करता है (न्यूटन के गति के तीसरे नियम के अनुसार)।
  • आकर्षण बल: गुरुत्वाकर्षण सदैव आकर्षक होता है , कभी प्रतिकर्षक नहीं।
  • केंद्रीय बल: यह दो वस्तुओं के केंद्रों को मिलाने वाली रेखा के अनुदिश कार्य करता है।
  • सार्वभौमिक: यह ब्रह्मांड में हर जगह कार्य करता है – छोटे कणों से लेकर विशाल ग्रहों तक।

3. कानून का महत्व

न्यूटन के नियम ने पृथ्वी और आकाश के भौतिकी को एकीकृत किया । यह बताता है:

  • सेब ज़मीन पर क्यों गिरता है?
  • चंद्रमा पृथ्वी की परिक्रमा क्यों करता है और उड़कर दूर क्यों नहीं चला जाता?
  • ग्रह सूर्य के चारों ओर क्यों घूमते हैं?
  • महासागरों में ज्वार-भाटा का कारण (चन्द्रमा और सूर्य के गुरुत्वाकर्षण खिंचाव के कारण)।
  • कृत्रिम उपग्रह कक्षा में कैसे रहते हैं?
  • वस्तुओं का भार – जो किसी पिंड पर पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण बल है 

4. बल, द्रव्यमान और दूरी के बीच संबंध

  • यदि किसी भी पिंड का द्रव्यमान बढ़ता है तो बल बढ़ता है ।
  • यदि उनके बीच की दूरी बढ़ जाती है, तो बल तेज़ी से घटता है — क्योंकि यह  1/r2 पर निर्भर करता है। उदाहरण यदि दूरी दोगुनी हो जाती है, तो गुरुत्वाकर्षण बल एक-चौथाई हो जाता है।

5. गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक (G)

  • स्थिरांक G को सर्वप्रथम 1798 में हेनरी कैवेंडिश द्वारा मापा गया था।

इसका मान 6.67×10-11 N⋅m²/kg2 है। यह ब्रह्मांड में हर जगह समान रहता है , इसीलिए इस नियम को सार्वत्रिककहा जाता है।

शब्दावली

यह पूरे पाठ में प्रयुक्त शब्दावली शब्दों की सूची है।

  • गुरुत्वाकर्षण – ब्रह्मांड में किन्हीं दो वस्तुओं के बीच आकर्षण का प्राकृतिक बल।
  • गुरुत्वाकर्षण – पृथ्वी द्वारा अपनी सतह के निकट स्थित वस्तुओं पर लगाया गया गुरुत्वाकर्षण खिंचाव।
  • द्रव्यमान – किसी पिंड में पदार्थ की मात्रा; यह हर जगह स्थिर रहती है।
  • भार – वह गुरुत्वाकर्षण बल जिसके द्वारा पृथ्वी किसी पिंड को अपने केंद्र की ओर आकर्षित करती है।
  • सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक (G) – एक स्थिर मान जो दो द्रव्यमानों के बीच गुरुत्वाकर्षण बल की ताकत का प्रतिनिधित्व करता है।
  • अभिकेन्द्रीय बल – वह आवक बल जो किसी वस्तु को वृत्ताकार पथ पर गतिमान रखता है।
  • व्युत्क्रम-वर्ग नियम – यह नियम बताता है कि दो वस्तुओं के बीच की दूरी के वर्ग के अनुपात में बल घटता है।
  • आकर्षक बल – एक बल जो हमेशा वस्तुओं को एक दूसरे की ओर खींचता है।
  • मुक्त पतन – किसी पिंड की गति जब उस पर कार्य करने वाला एकमात्र बल गुरुत्वाकर्षण होता है।
  • गुरुत्वाकर्षण केंद्र – किसी पिंड का वह बिंदु जिसके माध्यम से भार ऊर्ध्वाधर नीचे की ओर कार्य करता है।

गुरुत्वाकर्षण के सार्वभौमिक नियम को समझना

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परिचय

गुरुत्वाकर्षण आभासी वास्तविकता (वीआर) लैब में आपका स्वागत है ! इस रोमांचक सिमुलेशन में, आप ब्रह्मांड की सबसे शक्तिशाली शक्तियों में से एक – गुरुत्वाकर्षण – का अन्वेषण करेंगे 

गुरुत्वाकर्षण वह अदृश्य बल है जो वस्तुओं को एक-दूसरे की ओर खींचता है। यही कारण है कि जब आप गेंद को ऊपर की ओर फेंकते हैं तो वह वापस ज़मीन पर गिर जाती है और पृथ्वी सूर्य के चारों ओर एक आदर्श कक्षा में घूमती है।

इस आभासी प्रयोगशाला में, आप गुरुत्वाकर्षण को क्रियाशील देखेंगे , प्रयोग करेंगे कि द्रव्यमान और दूरी गुरुत्वाकर्षण बल को कैसे प्रभावित करते हैं, तथा वास्तव में समझेंगे कि यह सार्वभौमिक बल हमारी दुनिया और ब्रह्मांड को कैसे आकार देता है।

प्रमुख विशेषताऐं

  • 3-डी मॉडल का उपयोग करके गुरुत्वाकर्षण बल के वास्तविक दुनिया के उदाहरणों का दृश्यीकरण । 
  • इंटरैक्टिव सिमुलेशन के साथ वास्तविक समय बल कैलकुलेटर
  • प्रत्येक मॉड्यूल के अंत में सहभागिता के लिए MCQ को एकीकृत किया गया है ।

वीआर अनुभव के लिए चरण-दर-चरण प्रक्रिया

चरण 1: आकर्षक बल का परिचय

  • समझें कि हवा में ऊपर की ओर फेंकी गई गेंद हमेशा पृथ्वी पर वापस क्यों आती है।
  • आकर्षक बल की अवधारणा की कल्पना करें।
  • समझें कि गेंद वापस इसलिए लौटती है क्योंकि पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण उसे नीचे की ओर खींचता है।

 चरण 2: सूर्य के चारों ओर पृथ्वी की परिक्रमा

  • पृथ्वी को अपनी कक्षा में सूर्य के चारों ओर घूमते हुए देखें।
  • जानें कि यह वृत्ताकार गति पृथ्वी पर सूर्य के गुरुत्वाकर्षण आकर्षण के कारण होती है।

चरण 3: वास्तविक समय सिमुलेशन

  • स्लाइडर्स का उपयोग करके दो वस्तुओं के बीच द्रव्यमान और दूरी समायोजित करें।
  • देखें कि कैसे द्रव्यमान बढ़ने से बल बढ़ता है, और दूरी बढ़ने से बल घटता है – यह वास्तविक समय में दिखाया गया है।

चरण 4: मूल्यांकन

  • बातचीत के बाद, छात्र प्रश्नोत्तरी की ओर बढ़ते हैं:
    • 2 बहुविकल्पीय प्रश्न
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