Fundamental Forces

What are Fundamental Forces?

मूलभूत या मौलिक बल क्या हैं?

किसी वस्तु के भौतिक कणों के बीच मौलिक अंतःक्रियाओं ( fundamental interactions ) के कारण उत्पन्न बलों को मूलभूत बल या मौलिक बल ( fundamental forces ) कहा जाता है।

मूलभूत बल के उदहारण हैं –

1. विभिन्न पदार्थो के अणुओं और परमाणुओं के बीच का आकर्षण बल ( intra-molecular or intra-atomic force ) जिसके कारण रासायनिक और परमाणुविक प्रक्रियाएं घटित होती हैं।
2. एक ही पदार्थ के विभिन्न अणुओं और परमाणुओं के बीच का आकर्षण बल।
3. एक ही पदार्थ के एक अणु या परमाणु के इलेक्ट्रॉन, प्रोटोन, नाभिका अदि के बीच का आकर्षण बल।
4. ब्रह्माण्ड में स्थित सभी वस्तुओं के बीच का गुरुत्वाकर्षण बल ( Gravitational force )।
5. दो आवेशों के बीच का स्थिर विद्युतीय बल ( Electrostatic force )।
6. दो चुम्बकीय ध्रुवों के बीच का आकर्षण बल ( Magnetic force ) इत्यादि।

Non-fundamental forces

अमूलभूत बल

किसी वस्तु के भौतिक कणों के बीच मौलिक अंतःक्रियाओं के कारण उत्पन्न बलों को छोड़कर अन्य प्रकार से उत्पन्न सभी बालों को अमूलभूत बल या  non-fundamental forces कहा जाता है।

अमूलभूत बल के उदहारण हैं –

1. पृष्ठ तनाव ( Surface tension )।
2. श्यानतक बल ( Viscous force )।
3. घर्षण बल ( Friction force )।
4. उत्प्लावक बल ( Buoyant force )।
5. नमनीय बल ( Elastic force )।
6. स्प्रिंग का बल ( Spring force ) इत्यादि।

Force

बल

बल को एक एजेंट यानी एक धक्का  ( push ) या एक खिंचाव ( pull ) के रूप में परिभाषित किया जाता है जो किसी व्यवस्था ( system ) को काम करने की स्थिति में रखता है।

बल की इस अवधारणा को सबसे पहले “सर आइजक न्यूटन” ने विकसित किया था। इसलिए, इसे न्यूटोनियन बल ( Newtonian force ) भी कहा जाता है।

Effect of Force

बल का प्रभाव

किसी वस्तु पर कार्य करने वाला बल, उस वस्तु में तीन प्रकार के परिवर्तन उत्पन्न कर सकता है –

1. यह गतिमान वस्तु की गति ( speed ) में त्वरण ( acceleration ) या मंदता ( retardation ) पैदा कर सकता है, अर्थात बल गति को बदल सकता है।
2. बल किसी गतिमान वस्तु की दिशा को उसकी गति में परिवर्तन के साथ साथ या गति में परिवर्तन के बिना बदल सकता है।
3. बल एक कठोर वस्तु के आकार में विकृति ( deformation ) और परिवर्तन उत्पन्न कर सकता है।

TYPES OF FUNDAMENTAL FORCES

मूलभूत बलों के प्रकार –

मूलभूत बलों के विभिन्न प्रकार ये हैं –

1. मजबूत परमाणु बल ( Strong nuclear force )
2. कमजोर परमाणु बल ( Weak nuclear force )
3. गुरुत्वाकर्षण बल ( Gravitational force )
4. विद्युत-चुम्बकीय बल ( Electromagnetic force )

इनकी व्याख्या इस प्रकार हैं –

1.Strong nuclear force

मजबूत परमाणु बल

एक परमाणु के नाभिक में निहित प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच मजबूत आकर्षक बल होता है। इसे  strong nuclear force कहा जाता है।

इस बल को ( F_S ) द्वारा दर्शाया जाता है। यह प्रकृति में पाई जाने वाली सभी प्रकार की interactions में सबसे मजबूत बल होता है।

2.Weak nuclear force

कमजोर परमाणु बल

पदार्थो के भौतिक कणों  ( elementary particles ) के बीच नाभिकीय प्रक्रियाओं  ( nuclear processes ) में काम करने वाले बल को कमजोर नाभिकीय बल ( weak nuclear force ) कहा जाता है। 

नाभिक का ( \beta ) विघटन ( decay ) एक कमजोर नाभिकीय बल होता है। इस बल को ( F_W ) द्वारा दर्शाया जाता है।

3.Gravitational force

गुरुत्वाकर्षण बल

वह बल जो दो या दो से अधिक विभिन्न वस्तुओं के बीच मौलिक अंतःक्रियाओं  ( interactions ) के कारण उत्पन्न होती हैं, उन्हें गुरुत्वाकर्षणीय बल ( gravitational force ) कहा जाता है।

यह बल वस्तुओं के द्रब्यमान ( masses ) पर आधारित होता है। ब्रह्मांड में हर वस्तु एक दूसरे वस्तु को गुरुत्वाकर्षणीय बल से आकर्षित करता है। इसलिए, इसे एक यूनिवर्सल बल ( universal force ) भी कहा जाता है। इस बल को ( F_G ) द्वारा दर्शाया जाता है।

न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के नियम ( Newton’s laws of gravitation ) के अनुसार –

F_G = G \left ( \frac { m_1 \times m_2 }{ r^2 } \right )

यहाँ ( m_1 ) और ( m_2 ) दो वस्तुओं का द्रब्यमान है जो एक दूसरे से ( r ) दुरी पर स्थित हैं और ( G ) यूनिवर्सल गुरुत्वाकर्षणीय स्थिरांक ( universal gravitational constant ) है।

4.Electromagnetic force

विद्युत-चुम्बकीय बल

जो बल किसी एक ही वस्तु के कणों के बीच मौलिक अंतःक्रियाओं ( interactions ) के कारण उत्पन्न होती हैं, उन्हें विद्युत-चुम्बकीय बल ( electromagnetic force ) कहा जाता है।

इस बल को ( F_E ) द्वारा दर्शाया जाता है। विद्युत-चुम्बकीय बल, दो मूलभूत बलों ( fundamental forces ) का एक संयोजन होता है, जो इस प्रकार हैं –

1. विद्युत बल। ( Electrostatic force ) ( F_e )
2. चुंबकीय बल। ( Magnetic force ) ( F_m )

इस प्रकार से \quad F_E = ( F_e + F_m )

(a) Electrostatic force

स्थिर विद्युत बल

स्थिरावस्था में दो विद्युत आवेशित वस्तुओं के बीच के आकर्षण या प्रतिकर्षण के बल को इलेक्ट्रोस्टैटिक बल ( electrostatic force ) कहा जाता है।

• इस बल को ( F_e ) द्वारा दर्शाया जाता है।
• इलेक्ट्रोस्टैटिक बल का मान Coulomb’s law of electrostatics के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। इसके अनुसार –

जहां, ( q_1 ) और ( q_2 ) मान के दो आवेश ( charge ) हैं जो ( \epsilon_0 ) परमिटिविटी ( permittivity ) वाले वैक्यूम ( vacuum ) माध्यम में ( r ) की दूरी पर रखे गए हैं।

(b) Magnetic force

चुंबकीय बल

दो  magnetic poles के बीच आकर्षण या प्रतिकर्षण के बल को चुंबकीय बल कहा जाता है।

• इस बल को ( F_m ) द्वारा दर्शाया जाता है।
• चुंबकीय बल का मान Coulomb’s law of magnetic forces के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। इसके अनुसार –

जहां, ( Q_1 ) और ( Q_2 ) मान के दो चुम्बकीय ध्रुव ( magnetic poles ) हैं जो ( \epsilon_0 ) परमिटिविटी ( permittivity ) वाले वैक्यूम ( vacuum ) माध्यम में ( r ) की दूरी में रखे गए हैं।

Nature of electromagnetic force

विद्युत-चुम्बकीय बल की प्रकृति

1. प्रकृति में इलेक्ट्रोस्टैटिक बल और चुंबकीय बल अपृथक्किय ( inseparable ) होते हैं। दोनों बल एक ही वस्तु निकाय पर एक साथ उत्पन्न होते हैं। इन्हे एक दूसरे से अलग नहीं किया जा सकता है।
2. वास्तव में electric charge, इलेक्ट्रोस्टैटिक बल ( electrostatic force ) को उत्पन्न करता है और magnetic field, चुंबकीय बल ( magnetic force ) को उत्पन्न करता है। दोनों बल एक ही वस्तु पर एक साथ उत्पन्न होते हैं।
3. इस प्रकार हम कह सकते हैं कि, यदि किसी वस्तु पर विद्युत आवेशों के कारण इलेक्ट्रोस्टैटिक बल है, तो स्वाभाविक रूप से इलेक्ट्रोस्टैटिक बल द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र के कारण इसमें चुंबकीय बल भी होगा।
4. इसलिए, इलेक्ट्रोस्टैटिक बल और चुंबकीय बल दोनों एक दूसरे पर निर्भर होते हैं और inseparable होते हैं। ये दोनों बल विद्युत चुंबकीय बल ( electromagnetic force ) के दो पहलू हैं।

Comparison of Fundamental Forces

मूलभूत बलों की तुलना

प्रकृति में पाए जाने वाले चारों प्रकार के मूलभूत बालों की शक्ति की तुलना करने पर हम पाते हैं कि –

F_G < F_W < F_E < F_S

उनके पूर्ण मूल्यों के अनुपात निम्नलिखित होते हैं –

F_G : F_W : F_E : F_S = 1 : 10^{25} : 10^{35} : 10^{38}

अतः उपरोक्त सभी मूलभूत बलों में, परमाणु बल सबसे मजबूत बल होता है और गुरुत्वाकर्षण बल सबसे कमजोर बल होता है।