Physics Class 11
🔰 भूमिका (Introduction)
क्या आपने कभी रबर को खींचकर देखा है? या लोहे की छड़ को मोड़ने की कोशिश की है? हर ठोस वस्तु (solid object) पर force लगाने पर वह किसी हद तक shape बदलती है — यही होती है mechanical properties of solids.
इस अध्याय में हम जानेंगे:
- Solids पर force कैसे असर करता है?
- Stress, strain क्या होता है?
- Elasticity और Hooke’s Law क्या होता है?
- और real-life में ये concepts कहाँ use होते हैं।
1️⃣ Solids की Nature
Solid materials में atoms या molecules बहुत मजबूती से जुड़े होते हैं। जब हम force लगाते हैं, तो वो थोड़े-बहुत deform होते हैं लेकिन elastic limit तक वापस original shape में लौट आते हैं।
➡️ ये property कहलाती है Elasticity.
2️⃣ Deforming Force – बदलने वाला बल
जब कोई external force solid पर लगाया जाता है, जिससे उसकी shape या size में बदलाव आता है — उसे कहते हैं deforming force.
➡️ लेकिन object की internal forces (restoring force) उसे वापस shape में लाने की कोशिश करती है।
3️⃣ Stress – तनाव
Stress वो internal restoring force होती है जो किसी unit area पर लगती है। Stress=ForceArea=FA\text{Stress} = \frac{\text{Force}}{\text{Area}} = \frac{F}{A}
SI Unit: Pascal (Pa)
Types of Stress:
- Normal Stress – जब force perpendicular हो
- Tensile (खींचना)
- Compressive (दबाना)
- Tangential Stress – जब force surface के parallel हो
4️⃣ Strain – विरूपण
Strain वह ratio है जो बताता है कि object कितना deform हुआ। Strain=Change in dimensionOriginal dimension\text{Strain} = \frac{\text{Change in dimension}}{\text{Original dimension}}
🔸 No unit – क्योंकि ये ratio होता है।
Types of Strain:
- Longitudinal Strain = ΔLL\frac{\Delta L}{L}
- Volumetric Strain = ΔVV\frac{\Delta V}{V}
- Shear Strain = tanθ\tan \theta
5️⃣ Hooke’s Law – हुक का नियम
“Elastic limit के भीतर stress और strain एक-दूसरे के directly proportional होते हैं। Stress∝Strain⇒StressStrain=Constant\text{Stress} \propto \text{Strain} \Rightarrow \frac{\text{Stress}}{\text{Strain}} = \text{Constant}
➡️ इस constant को कहते हैं Modulus of Elasticity.
6️⃣ Types of Modulus of Elasticity
| Type | Formula | Symbol |
|---|---|---|
| Young’s Modulus | Y=StressStrainY = \frac{\text{Stress}}{\text{Strain}} | Y |
| Bulk Modulus | B=PressureVolumetric strainB = \frac{\text{Pressure}}{\text{Volumetric strain}} | B |
| Shear Modulus | η=Shear StressShear Strain\eta = \frac{\text{Shear Stress}}{\text{Shear Strain}} | η |
✅ Real-Life Examples:
- Bridge Design – Engineers Young’s modulus use करके calculate करते हैं कि structure कितना weight सह सकता है।
- Spring and Suspensions – Hooke’s law का use होता है।
- Orthodontics (Braces) – Teeth movement के लिए proper stress apply किया जाता है।
7️⃣ Stress-Strain Curve
जब हम किसी metal wire पर stress बढ़ाते हैं और उसकी strain को plot करते हैं, तो हमें एक stress-strain curve मिलता है:
Key Points:
- Proportional Limit – Hooke’s law valid till here
- Elastic Limit – वापसी संभव
- Yield Point – Plastic deformation शुरू
- Ultimate Strength – Maximum stress
- Breaking Point – Fracture
📉 Curve से हम पता लगा सकते हैं कि material ductile है या brittle.
8️⃣ Elastic और Plastic Deformation
- Elastic Deformation – Object वापस original shape में लौटता है
- Plastic Deformation – Shape permanent change हो जाती है
➡️ जैसे:
- Rubber band – elastic
- Clay – plastic
9️⃣ Elastic After Effect
जब deforming force हटा दी जाती है, तो object को वापस shape में आने में जो समय लगता है — उसे कहते हैं elastic after effect.
➡️ Perfect elastic body में ये effect नहीं होता।
🔟 Elastic Fatigue
Repeated stress की वजह से material की elasticity खत्म हो सकती है — इसे कहते हैं elastic fatigue.
📌 Example: Repeatedly bend की गई spring आखिरकार permanent bend हो जाती है।
🧠 Summary Table:
| Property | Symbol | Unit | Example |
|---|---|---|---|
| Stress | σ | Pascal (Pa) | Force per area |
| Strain | ε | No unit | Change in shape |
| Young’s Modulus | Y | Pascal | Steel > Rubber |
| Bulk Modulus | B | Pascal | Water |
| Shear Modulus | η | Pascal | Jellies, Foam |
❓FAQs – Mechanical Properties of Solids
Q1: Stress और Pressure में क्या फर्क है?
👉 Stress internal होता है, pressure external force होता है।
Q2: सबसे ज्यादा Elastic material कौन सा है?
👉 Steel – इसलिए bridge और buildings में use होता है।
Q3: Hooke’s Law कब तक valid होता है?
👉 Elastic limit तक ही।
Q4: क्या Rubber perfect elastic है?
👉 नहीं, उसमें hysteresis loss होता है।
Q5: Elastic Fatigue का असर कहाँ दिखता है?
👉 Springs, metal wires, machine parts जो बार-बार use होते हैं।
📌 निष्कर्ष (Conclusion)
Mechanical properties of solids हमें ये समझने में मदद करती हैं कि कोई भी material stress के under कैसे behave करता है। Real-life applications से लेकर machines और engineering तक — इस chapter का practical महत्व बहुत ज़्यादा है।
और पढ़े :