What is called Thrust of liquid?
द्रव का बल किसे कहते हैं?
किसी द्रव के संपर्क में रहे किसी सतह पर द्रव द्वारा लगाए गए कुल बल को द्रव बल ( thrust of liquid )कहते हैं।
संतुलन ( equilibrium ) में द्रव, अपने संपर्क में आने वाली किसी भी सतह पर एक बल लगाता है। यह बल उस सतह के लंबवत कार्य करता है। इसे द्रव बल कहते हैं।
द्रव बल सभी तरल पदार्थों का एक मौलिक गुण होता है। द्रव द्वारा लगाया गया बल एक बल ( force ) के समान होता है।
Units of thrust
द्रव बल की इकाई
किसी द्रव द्वारा किसी सतह पर लगाया गया बल उस सतह पर सामान्य रूप से लगाया गया total force होता है। इसलिए, द्रव बल की इकाई बल ( force ) की इकाई के समान होता है।
इसलिए, SI प्रणाली में द्रव बल की इकाई न्यूटन ( newton ) है।
Fluid
तरल
तरल वह पदार्थ होता है जो अपरूपण प्रतिबल ( shearing stress ) का सामना नहीं कर पता है और इसी कारण से वह प्रवाहित होता है तथा जिस पात्र में रखा जाता है उसी का आकर ग्रहण कर लेता है।
इस प्रकार से तरल पदार्थ के दो रूप होते हैं –
- द्रव ( liquid ) और
- गैस ( gas ) दोनों ही तरल पदार्थ हैं।
Characteristics of fluid
तरल के गुण
एक तरल पदार्थ के महत्वपूर्ण गुण निम्नलिखित हैं –
- किसी तरल पदार्थ के अणु या परमाणु अनियमित तरीके से व्यवस्थित होते हैं।
- एक तरल पदार्थ अधिक समय तक स्पर्शीय बल ( tangential force ) या अपरूपण प्रतिबल ( shearing stress ) का सामना नहीं कर पता है। जब अपरूपण प्रतिबल ( shear stress ) लगाया जाता है तब यह प्रवाहित होने लगता है।
- एक तरल पदार्थ का कोई निश्चित आकार नहीं होता है। यह जिस पात्र में रखा जाता है उसी का आकार ग्रहण कर लेता है।
- एक तरल पदार्थ में अपरूपण गुणांक ( shear modulus ) या कठोरता गुणांक ( modulus of rigidity ) नहीं पाया जाता है।
- अपने संस्पर्श में रहने वाले सतह पर द्रव, सतह के लंबवत दिशा में एक बल ( force ) लगाता है। इस बल को द्रव बल ( liquid thrust ) कहते हैं।
- द्रव, एक प्रकार का असंकोचनीय ( in-compressible ) तरल पदार्थ है और इसका आयतन निश्चित होता है।
- गैस एक प्रकार का संकोचनीय ( compressible ) तरल पदार्थ है। इसका कोई निश्चित आयतन नहीं होता है। यह पात्र में उपलब्ध सभी स्थान पर फैल जाता है।
Liquid
द्रव
द्रव ( liquid ) एक असंकोचनीय ( in-compressible ) तरल पदार्थ होता है जिसका आयतन निश्चित होता है परन्तु उसका आकार निश्चित नहीं होता। इसे जिस पात्र में रखा जाता है उसी का आकार ग्रहण कर लेता है।
Characteristics of liquids
द्रव के गुण
एक द्रव के निम्नलिखित गुण होते हैं –
- द्रव एक तरल पदार्थ होता है जो अपरूपण प्रतिबल ( shearing stress ) का सामना करने में असक्षम होता है। अपरूपण प्रतिबल की उपस्थिति में यह सतह पर बहने लगता है।
- द्रव लगभग असंकुचनीय होता है अर्थात संपीड़न प्रतिबल ( compressive stress ) के प्रयोग से इसके आयतन को कम नहीं किया जा सकता।
- द्रव के अणुओं के बीच का अंतर आणविक बल ( inter-molecular force ), ठोस पदार्थ के अणुओं के बीच के अंतर आणविक बल से कम परन्तु गैस के मुकाबले में अधिक होता है। इसी कारण से ठोस की तरह इनका आयतन निश्चित होता है परन्तु आकार निश्चित नहीं होता। गैसों के आकार और आयतन दोनों ही अनिश्चित होते हैं।
- द्रव को जिस पात्र में रखा जाता है उसके सभी सतहों पर यह लंबवत दबाव डालता है जो बल ( force ) के समतुल्य होता है। इसे द्रव बल ( liquid thrust ) कहते हैं।
Thrust & Pressure
द्रव बल और दबाव
द्रव के संपर्क में रहे किसी सतह के एक बिंदु पर द्रव का दबाव ( pressure ) उस बिंदु के चारों ओर प्रति इकाई क्षेत्र पर लगते हुए द्रव बल ( thrust ) के बराबर होता है।
यदि, ( A ) क्षेत्र वाले एक समतल सतह पर लगता हुआ द्रव बल ( F ) है, तो उस सतह पर लग रहे दबाव का मान होगा –
P = \left ( \frac {F}{A} \right )
यदि द्रव बल, सतह पर एक समान नहीं होगा तो सतह के विभिन्न बिंदुओं पर का दबाव भी भिन्न होगा। यदि किसी बिंदु के चारों ओर एक सूक्ष्म क्षेत्र ( \Delta A ) पर लगता हुआ द्रव बल ( \Delta F ) है, तो उस बिंदु पर दबाव का मान होगा –
P = \lim\limits_{\Delta A \rightarrow 0} \left ( \frac {\Delta F}{\Delta A} \right ) = \left ( \frac {dF}{dA} \right )
एक तरल पदार्थ में किसी विशेष बिंदु पर दबाव सभी दिशाओं में एक समान होता है। इससे यह पता चलता है कि, द्रव का दबाव किसी दिशा पर निर्भर नहीं करता है। इसलिए, दबाव एक अदिश राशि ( scalar quantity ) है।
- SI प्रणाली में दबाव की इकाई ( \text {N-m}^{-2} ) \ \text {या पास्कल} है।
- CGS प्रणाली में दबाव की इकाई ( \text {dyne-cm}^{-2} ) है।
Importance of thrust & pressure
द्रव दबाव और दबाव का महत्व
निम्नलिखित रूप में दबाव महत्वपूर्ण होता है –
- चाकू की तेज धार का क्षेत्र, एक भोतरे ( blunt ) चाकू के क्षेत्र से कम होता है। इसी कारण समान बल लगाने पर तेज चाकू में प्रभावी दबाव, भोतरे चाकू की अपेक्षा अधिक होता है। इसलिए एक तेज चाकू आसानी से काटता है।
- रेल पटरियों के नीचे लकड़ी के स्लीपर लगे हुए होते हैं। ये स्लीपर ट्रेन के वजन को बड़े क्षेत्र में फैला देते हैं और इसलिए जमीन पर दबाव की मात्रा काफी कम हो जाती है।
- एक ऊंट आसानी से रेत पर चलता है क्योंकि उसके पैर बड़े आकार के होते है। क्षेत्र अधिक होने से रेत पर दबाव काम होता है।
- कील, खूंटी, पिन इत्यादि के शीरे नुकीले होते हैं जो अधिक दबाव पैदा करते हैं और उन्हें ठोंकना काफी आसान हो जाता है।
Density
घनत्व
किसी भी पदार्थ का घनत्व, उस पदार्थ के इकाई आयतन के द्रब्यमान से परिभाषित किया जाता है।
यदि किसी वस्तु का द्रव्यमान ( M ) है और उसका आयतन ( V ) है, तब इसका घनत्व होगा –
\text {घनत्व} = \left ( \frac {\text {द्रव्यमान}}{\text {आयतन}} \right )
या, \quad \rho = \left ( \frac {M}{V} \right )
घनत्व एक अदिश राशि ( scalar quantity ) है। चुकीं द्रव असंकुचित होते हैं, इसलिए सभी दबावों पर उनका घनत्व स्थिर ही रहता है। परन्तु गैस का घनत्व दबाव के साथ बदलता रहता है।
SI प्रणाली में घनत्व की इकाई ( \text {kg-m}^{-3} ) है। CGS प्रणाली में घनत्व की इकाई ( \text {g-cm}^{-3} ) है।
Specific gravity or Relative density
विशिष्ट गुरुत्व या सापेक्ष घनत्व
किसी पदार्थ का सापेक्ष घनत्व या विशिष्ट गुरुत्व को उस पदार्थ के घनत्व और ( 4 \degree C ) ताप पर पानी के घनत्व के अनुपात से परिभाषित किया जाता है।
( 4 \degree C ) पर पानी का घनत्व ( 1.0 \times 10^3 \ \text {kg-m}^{-3} ) होता है।
इसलिए, \quad \text {विशिष्ट गुरुत्व} = \frac {\text {पदार्थ का घनत्व}}{ 4 \degree \ C \ \text {पर पानी का घनत्व}}
चूंकि, किसी पदार्थ का विशिष्ट गुरुत्व दो समान राशियों का अनुपात है, अतः यह एक अदिश राशि है। अतः इसकी कोई इकाई नहीं होती है।
इसलिए, \quad \text {किसी पदार्थ का घनत्व} = \text {विशिष्ट गुरुत्व} \ \times \ 4 \degree \ C \ \text {पर पानी का घनत्व}
Specific Weight
विशिष्ट भार
जिस प्रकार किसी पदार्थ का विशिष्ट घनत्व उस पदार्थ का घनत्व और ( 4 \degree C ) ताप पर पानी के घनत्व का अनुपात होता है उसी प्रकार किसी पदार्थ का विशिष्ट भार उस पदार्थ का भार और ( 4 \degree C ) ताप पर समान आयतन के पानी के भार का अनुपात होता है।
अतः \quad \text {विशिष्ट भार} = \frac {\text {पदार्थ के इकाई आयतन का भार}}{ 4 \degree \ C \ \text {पर पानी के इकाई आयतन का भार}}
= \frac {\rho g}{1} ( क्योंकि इकाई आयतन के पानी का भार इकाई होता है।
= \rho g = \text {पदार्थ का घनत्व} \ \times \ \text {गुरुत्व त्वरण}
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