Physics Class 11
🔰 भूमिका (Introduction)
जब कोई आम आदमी “गुरुत्वाकर्षण” (Gravitation) शब्द सुनता है, तो सबसे पहले Newton और सेब की कहानी याद आती है। लेकिन gravitation सिर्फ सेब गिराने वाला force नहीं है — यही force ग्रहों को सूर्य के चारों ओर घुमाता है, समुद्र में ज्वार-भाटा लाता है, और satellite को orbit में बनाए रखता है।
🧠 Key Idea:
Gravitation एक Universal Force है जो सभी masses को एक-दूसरे की ओर खींचता है।
भले ही वो एक सेब हो या चाँद – gravitational force हर जगह काम करता है।
1️⃣ Newton’s Law of Gravitation
Sir Isaac Newton ने बताया कि:
“दो वस्तुएं जिनके पास mass है, वो एक-दूसरे को force से आकर्षित करती हैं।”
🔹 Formula:
F=Gm1m2r2F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}
जहाँ:
- FF = gravitational force
- m1,m2m_1, m_2 = दोनों वस्तुओं के mass
- rr = उनके बीच की दूरी
- GG = Gravitational constant (6.674×10−11 Nm2/kg2)(6.674 \times 10^{-11} \, Nm^2/kg^2)
✅ Real-Life Examples:
- जब आप किसी चीज़ को गिराते हैं – वो धरती की gravity से खिंचती है
- सूरज और पृथ्वी के बीच का force – पृथ्वी को orbit में रखता है
- चंद्रमा की gravity – tides पैदा करती है
2️⃣ Gravitational Constant (G)
यह universal constant होता है। इसकी value सभी जगह समान होती है। G=6.674×10−11 Nm2/kg2G = 6.674 \times 10^{-11} \, Nm^2/kg^2
ये काफी छोटा होता है, इसलिए gravitational force noticeable तभी होता है जब mass बहुत बड़ा हो (जैसे planets, Earth etc.)
3️⃣ Acceleration due to Gravity (g)
जब कोई object पृथ्वी की ओर गिरता है, तो उसकी गति लगातार बढ़ती है। इस acceleration को कहते हैं acceleration due to gravity (g)। g=GMR2g = \frac{GM}{R^2}
जहाँ:
- MM = Mass of Earth
- RR = Radius of Earth
- GG = Gravitational constant
✅ On Earth:
g≈9.8 m/s2g \approx 9.8 \, m/s^2
🔍 Factors Affecting ‘g’:
- Height पर जाने से g घटता है
- Earth के center की ओर जाने से भी g घटता है
- Equator और poles में थोड़ा फर्क होता है (Due to Earth’s shape and rotation)
4️⃣ Free Fall – मुक्त पतन
जब कोई object सिर्फ gravity के कारण गिरता है, तो इसे free fall कहते हैं।
जैसे – बिना हवा के vacuum में गिरती गेंद
Equations of motion gravity वाले version में भी वैसी ही रहती हैं: v=u+gt,s=ut+12gt2v = u + gt, \quad s = ut + \frac{1}{2}gt^2
5️⃣ Weight – वज़न क्या है?
Weight मतलब gravitational force जो पृथ्वी object पर लगाती है। W=mgW = mg
जहाँ:
- mm = mass (कभी नहीं बदलता)
- gg = location पर gravity
✅ Space में Weight = 0
इसलिए astronaut space में तैरते हैं – उन्हें “weightlessness” महसूस होता है।
6️⃣ Mass vs Weight
| Quantity | Mass | Weight |
|---|---|---|
| Definition | Amount of matter | Force due to gravity |
| SI Unit | Kilogram (kg) | Newton (N) |
| Constant or Variable? | Constant | Changes with gravity |
| Measured by | Beam balance | Spring balance |
7️⃣ Motion of Planets – केपलर के नियम (Kepler’s Laws)
Johannes Kepler ने planets की motion के बारे में 3 नियम दिए:
1. Law of Orbits:
हर ग्रह सूर्य के चारों ओर elliptical orbit में घूमता है।
2. Law of Areas:
Equal time में equal area cover होता है।
3. Law of Periods:
T2∝r3T^2 \propto r^3
जहाँ TT = time period, rr = distance from Sun
ये Laws later Newton के universal law से derived किए गए।
8️⃣ Gravitational Potential Energy (U)
जब कोई object किसी height पर होता है, तो उसमें potential energy होती है। U=−GMmrU = – \frac{GMm}{r}
यहाँ negative sign बताता है कि energy को object को infinity तक ले जाने में लगाना होगा।
9️⃣ Satellite और Orbit Motion
Satellite का मतलब होता है – कोई भी object जो किसी planet के चारों ओर घूम रहा हो।
🔹 Orbital Speed:
v=GMrv = \sqrt{\frac{GM}{r}}
🔹 Time Period:
T=2πr3GMT = 2\pi \sqrt{\frac{r^3}{GM}}
यही principle GPS, weather satellites, और Moon missions में use होता है।
🔟 Escape Velocity
किसी object को Earth के gravitational field से बाहर निकालने के लिए चाहिए – Escape Velocity: vesc=2GMR≈11.2 km/sv_{\text{esc}} = \sqrt{\frac{2GM}{R}} \approx 11.2 \, km/s
अगर कोई rocket इससे कम speed से launch होगा – वो वापस गिर जाएगा।
📊 Summary Table:
| Concept | Formula | Units |
|---|---|---|
| Gravitation Force | F=Gm1m2r2F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} | Newton |
| Acceleration due to g | g=GMR2g = \frac{GM}{R^2} | m/s² |
| Weight | W=mgW = mg | Newton |
| Potential Energy | U=−GMmrU = -\frac{GMm}{r} | Joule |
| Escape Velocity | vesc=2GMRv_{\text{esc}} = \sqrt{\frac{2GM}{R}} | m/s |
| Orbital Speed | v=GMrv = \sqrt{\frac{GM}{r}} | m/s |
FAQs – Gravitation
Q1: अगर Earth की gravity नहीं होती तो क्या होता?
👉 सब कुछ हवा में उड़ जाता – पानी, इंसान, atmosphere तक।
Q2: Mass और Weight में क्या फर्क है?
👉 Mass हर जगह same, weight gravity पर depend करता है।
Q3: क्या Moon पर gravity होती है?
👉 हाँ! लेकिन Earth से 1/6th – इसलिए astronaut हल्के लगते हैं।
Q4: Satellite गिर क्यों नहीं जाता?
👉 क्यूंकि उसकी speed इतनी होती है कि वो continuously Earth को “miss” करता रहता है।
Q5: Astronaut space में क्यों तैरते हैं?
👉 क्यूंकि वहाँ weight नहीं होता – free fall condition होती है।
📌 निष्कर्ष (Conclusion)
Gravitation सिर्फ एक concept नहीं, ये पूरी universe को एक साथ बांधे रखता है। Planets की motion, satellite launches, tides, even आप जो अभी ज़मीन पर खड़े हैं – सब इसी की वजह से possible है।
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