भौतिक विज्ञान (रेलवे) भाग-II

विद्युत प्रतिरोधकता कंडक्टर की ज्यामिति से स्वतंत्र होती है। यह मूल रूप में कंडक्टर के प्रति यूनिट लंबाई एवं क्रॉस-सेक्शन के एक क्षेत्र का प्रतिरोध है। जब तार की लंबाई दोगुनी हो जाती है, तो प्रतिरोध भी दोगुना हो जाता है, क्योंकि प्रतिरोध सीधे तार की लंबाई के आनुपातिक होता है। इसलिए दिए गए विभवांतर के लिए ओम के नियम के अनुसार, विद्युत धारा घटकर आधा हो जाता है।

• ओम का नियम कहता है कि किसी चालक में प्रवाहित विद्युत धारा (I) उसके सिरों के बीच के विभवांतर (V) के समानुपाती होती है, बशर्ते कि चालक का तापमान और अन्य भौतिक अवस्थाएँ स्थिर रहें।

सापेक्ष घनत्व एक निश्चित सामग्री के घनत्व का एक संदर्भ सामग्री के घनत्व का अनुपात है। इसकी कोई इकाई नहीं है, क्योंकि विचाराधीन सामग्री की इकाइयाँ संदर्भ सामग्री की इकाइयों के साथ रद्द हो जाती है।
• दाब की SI इकाई पास्कल (Pa) है
• घनत्व का मात्रक किलोग्राम प्रति घन मीटर (kg/m³) है, जो इसका SI मात्रक है।

किसी स्थिति या विन्यास (आकृति और आकार) के आधार पर किसी निकाय से पास होने वाली ऊर्जा को स्थितिज ऊर्जा कहा जाता है। उदाहरण के लिए, एक बाँध में जमा पानी में जमीन के ऊपर की ऊँचाई के कारण बड़ी मात्रा में स्थितिज ऊर्जा होती है। फैला हुआ रबर बैंड अपने विकृत आकार के कारण स्थितिज ऊर्जा रखता है।

ऊर्जा के विभिन्न रूप:
• यांत्रिक ऊर्जा: गतिज और स्थितिज ऊर्जा का योग।
• ऊष्मीय ऊर्जा: गर्मी (Heat)।
• रासायनिक ऊर्जा: ईंधन या भोजन में संचित।
• विद्युत ऊर्जा: बिजली का प्रवाह।
• नाभिकीय ऊर्जा: परमाणु के केंद्र से प्राप्त ऊर्जा।

जलविद्युत संयंत्र बिजली बनाने के लिए गिरते पानी की ऊर्जा का उपयोग करते हैं। एक टरबाइन गिरने वाले पानी की गतिज ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है। फिर एक जनरेटर टरबाइन से यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।

ऊर्जा के प्रकार और उदाहरण:
• यांत्रिक ऊर्जा: वस्तुओं की गति या स्थिति के कारण।
उदाहरण: चलती हुई कार, बहता हुआ पानी।
• रासायनिक ऊर्जा: अणुओं के बीच बंधी ऊर्जा।
उदाहरण: भोजन, बैटरी, कोयला, पेट्रोल।
• ऊष्मीय/तापीय ऊर्जा: कणों की हलचल से उत्पन्न गर्मी।
उदाहरण: जलता कोयला, हीटर, गर्म पानी।
• विद्युत ऊर्जा: इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह से।
उदाहरण: पंखा चलाना, लाइट बल्ब, मोबाइल चार्जिंग।
• प्रकाश ऊर्जा: विकिरण जो दृश्य है।
उदाहरण: सूर्य का प्रकाश, मोमबत्ती की लौ।
• ध्वनि ऊर्जा: कंपन के माध्यम से उत्पन्न।
उदाहरण: संगीत, गिटार के तार।
• नाभिकीय ऊर्जा: परमाणु के नाभिक में संचित।
उदाहरण: परमाणु बिजलीघर में यूरेनियम का विखंडन।
• गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा: ऊंचाई के कारण संचित।
उदाहरण: ऊंचे बांध पर रुका हुआ पानी।

एक बुलेट के बारुद में रासायनिक क्षमता वाली ऊर्जा संग्रहीत होती है। जब गोली चलाई जाती है, तो यह स्थितिज ऊर्जा, गतिज ऊर्जा और उष्मा में बदल जाती है।
• गतिज ऊर्जा वह ऊर्जा है जो किसी वस्तु में उसकी गति के कारण होती है।
• यांत्रिक ऊर्जा वह ऊर्जा है जो किसी वस्तु की गति (गतिज ऊर्जा) या स्थिति (स्थितिज ऊर्जा) के कारण होती है।
• ऊष्मीय ऊर्जा वह ऊर्जा है जो किसी पदार्थ में मौजूद अणुओं और परमाणुओं की गति से उत्पन्न होती है, जिसे हम उसके तापमान से मापते हैं।

अवतल दर्पण में, जब वस्तु को मुख्य फोकस पर रखा जाता है, तब प्रकाश की समानांतर किरण परावर्तित होते हुए प्रमुख फोकस F से होकर गुजरती है और वक्रता C के केंद्र से गुजरने वाली प्रकाश की दूसरी किरण परावर्तित किरण को बनाते हुए उसी मार्ग से परावर्तित होती है। इस स्थिति में, दोनों परावर्तित किरणें एक दूसरे के समानांतर हो जाती हैं, इसलिए ये किरणें एक दूसरे को प्रतिच्छेद नहीं कर सकती हैं और ऐसे में प्रतिबिम्ब का निर्माण अनंत पर होगा। ऐसे में बना हुआ प्रतिबिम्ब अत्यधिक बड़ा वास्तविक और उल्टा होगा।

पदार्थ की भौतिक स्थिति को दो तरीकों से बदला जा सकता है: तापमान में परिवर्तन (ताप या ठंडा होना) या दबाव बदलना (बढ़ना या घटाना)। उदाहरण के लिए, जब बर्फ (एक ठोस) को गर्म किया जाता है, तो यह पानी (एक तरल) में बदल जाता है। इस परिवर्तन को पिघलना कहा जाता है। यदि पानी गर्म होता है, तो वाष्पीकरण के माध्यम से भाप (एक गैस) में बदल जाता है।

तीर को छोड़ने के लिए, उसे धनुष से छोड़ना पड़ता है। इससे, इसकी स्थितिज ऊर्जा गतिज ऊर्जा में बदल जाती है। बाण लोचदार स्थितिज ऊर्जा से अपनी गतिज ऊर्जा प्राप्त करता है जो धनुष के तार में जमा हो जाती है जब हम इसे खींचते हैं।
ऊर्जा के मुख्य प्रकार
→ विद्युत ऊर्जा: विद्युत आवेशों के प्रवाह से उत्पन्न होती है, जैसे कि बिजली।
→ ऊष्मीय (तापीय) ऊर्जा: अणुओं की गति के कारण उत्पन्न होने वाली ऊष्मा है, जैसे आग से प्राप्त ऊष्मा।
→ यांत्रिक ऊर्जा: गतिज और स्थितिज ऊर्जा का संयोजन है। इसमें वस्तुओं की गति (जैसे, दौड़ना) और स्थिति (जैसे, किसी ऊँचाई पर रखी वस्तु) दोनों की ऊर्जा शामिल होती है।
→ रासायनिक ऊर्जा: रासायनिक बंधों में संग्रहीत ऊर्जा है, जो रासायनिक अभिक्रियाओं के दौरान मुक्त होती है, जैसे भोजन या बैटरी में।
→ ध्वनि ऊर्जा: कंपन के माध्यम से उत्पन्न होती है और तरंगों के रूप में फैलती है।
→ प्रकाश ऊर्जा: विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में ऊर्जा है, जो प्रकाश के रूप में यात्रा करती है।
→ गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा: गुरुत्वाकर्षण के कारण वस्तुओं में निहित स्थितिज ऊर्जा है, जैसे ऊँचाई पर रखी कोई वस्तु।
→ नाभिकीय (परमाणु) ऊर्जा: परमाणु के नाभिक से प्राप्त ऊर्जा है, जो विखंडन या संलयन प्रक्रियाओं से निकलती है।

मानव की श्रव्य ध्वनि रेंज आमतौर पर 20 से 20,000 हर्ट्ज के रूप में दी जाती है, हालांकि व्यक्तियों के बीच, विशेष रूप से उच्च आवृत्तियों पर काफी भिन्नता होती है। आदर्श प्रयोगशाला स्थितियों में, मनुष्य ध्वनि को 12 हर्ट्ज (Hz) से कम और 28 किलोहर्ट्ज (KHz) जितना ऊँचा सुन सकते हैं।

ध्वनि के प्रकार और उपयोग
⇒ अनुदैर्ध्य तरंगें: ध्वनि एक अनुदैर्ध्य यांत्रिक तरंग है, जिसका अर्थ है कि कणों का कंपन तरंग के प्रसार की दिशा के समानांतर होता है।
⇒ परावर्त्य तरंगें (Ultrasonic waves): ये तरंगें 20 kHz से अधिक आवृत्ति की होती हैं। इनका उपयोग चमगादड़ echolocation के लिए करते हैं और औद्योगिक अनुप्रयोगों में धातु की दरारों का पता लगाने के लिए भी किया जाता है।
⇒ निर्वात में ध्वनि: ध्वनि निर्वात में यात्रा नहीं कर सकती है क्योंकि इसे संचरण के लिए एक माध्यम (ठोस, द्रव या गैस) की आवश्यकता होती है। अंतरिक्ष यात्री निर्वात में बातचीत नहीं कर सकते हैं।

भौतिकी विज्ञान में, किसी यांत्रिक प्रणाली के किसी अवयव में निहित स्थितिज ऊर्जा तथा गतिज ऊर्जा के योग को यांत्रिक ऊर्जा (mechanical energy) कहते हैं। अर्थात यांत्रिक ऊर्जा किसी वस्तु की गति या उसकी स्थिति से सम्बन्धित है।