MPSC सामान्य विज्ञान - भौतिकशास्त्र (गतीचे नियम, बल, कार्य, ऊर्जा, शक्ती)

MPSC राज्यसेवा पूर्व परीक्षा
सामान्य विज्ञान - भौतिकशास्त्र
(गतीचे नियम, बल, कार्य, ऊर्जा, शक्ती)

१. न्यूटनचे गतीचे नियम (Newton's Laws of Motion)

हा भाग MPSC पूर्व परीक्षेत ३-५ प्रश्नांचा असतो. मूलभूत संकल्पना स्पष्ट असणे अत्यंत आवश्यक आहे. प्रश्न बहुतेक वैचारिक किंवा सूत्र-आधारित असतात.

पहिला नियम : जडत्वाचा नियम (Law of Inertia)

कोणत्याही वस्तूची विश्रांतीची किंवा सरळरेषेतील एकसमान गतीची स्थिती बदलत नाही, जोपर्यंत तिच्यावर बाह्य असंतुलित बल कार्यरत होत नाही.

\sum \vec{F} = 0 \quad \implies \quad \vec{a} = 0

जडत्व (Inertia) : स्थिती बदलण्यास विरोध करण्याचा वस्तूचा गुणधर्म. तो फक्त द्रव्यमानावर अवलंबून असतो.
उदाहरण : बस अचानक ब्रेक लावल्यास प्रवासी पुढे झोकले जातात (जडत्वामुळे).

प्रश्न विचारला जातो : "जडत्व कोणत्या राशीवर अवलंबून आहे?" → उत्तर : फक्त द्रव्यमान (Mass).

दुसरा नियम : गतीचे मापन (Measurement of Motion)

वस्तूवर कार्यरत असलेले निव्वळ बल हे द्रव्यमान व प्रवेग यांच्या गुणाकाराएवढे असते.

\vec{F} = m \vec{a} \quad

किंवा

\quad F = ma

बलाचे एकक : न्यूटन (N) = kg·m/s²
प्रवेग $a = \frac{\Delta v}{\Delta t}$
संवेग (Momentum) $\vec{p} = m \vec{v}$ → दुसरा नियम संवेग रूपात : $\vec{F} = \frac{d\vec{p}}{dt}$

संवेग संरक्षण नियम याच नियमावर आधारित आहे (तिसऱ्या नियमासह).

सूत्र वापरून संख्यात्मक प्रश्न येतात напр. ५ kg वस्तूवर २० N बल लावल्यास प्रवेग किती? →

a = \frac{F}{m} = 4 \, m/s^2

तिसरा नियम : क्रिया-प्रतिक्रिया नियम (Action-Reaction)

प्रत्येक क्रियेला समान व विरुद्ध दिशेची प्रतिक्रिया असते.

\vec{F}_{AB} = -\vec{F}_{BA}

क्रिया-प्रतिक्रिया जोडी नेहमी वेगळ्या वस्तूंवर कार्यरत असते.
उदाहरण : रॉकेटमध्ये इंधन बाहेर पडते → रॉकेट पुढे जाते.

वारंवार प्रश्न : "रॉकेट कसे उडते?" → तिसरा नियम (प्रतिक्रिया बल).

२. बल (Force)

बल हे वस्तूच्या गतीची स्थिती बदलणारी किंवा आकार विकृत करणारी क्रिया आहे.

प्रकार:
1. संपर्क बल : धक्का, घर्षण, ताण, सामान्य बल
2. असंपर्क बल : गुरुत्वाकर्षण, विद्युत, चुंबकीय
घर्षण बल : गतीला विरोध करते. $f \leq \mu N$ (μ = घर्षण गुणांक)

MPSC मध्ये घर्षण बल व गुरुत्वाकर्षण बल यांच्यावर १-२ प्रश्न हमखास.

३. कार्य (Work)

बलाने विस्थापन घडवले तर केलेले कार्य.

W = \vec{F} \cdot \vec{s} = F s \cos\theta

एकक : जूल (J) = N·m
θ = ०° → कमाल कार्य (समान दिशा)
θ = ९०° → कार्य शून्य (उदा. गुरुत्व बल व क्षैतिज विस्थापन)
ऋण कार्य : बल व विस्थापन विरुद्ध दिशा

महत्त्वाचा प्रश्न : "वर्तुळाकार मार्गात फिरणाऱ्या वस्तूवर केंद्राभिमुख बलाचे कार्य किती?" → शून्य (θ = ९०° नेहमी).

४. ऊर्जा (Energy)

कार्य करण्याची क्षमता.

गतिज ऊर्जा (Kinetic Energy)

KE = \frac{1}{2} m v^2

स्थितिज ऊर्जा (Potential Energy)

PE = mgh \quad

(गुरुत्व क्षेत्रात)

एकूण यांत्रिक ऊर्जा = KE + PE
यांत्रिक ऊर्जेचे संरक्षण : घर्षण नसल्यास एकूण ऊर्जा स्थिर.

कार्य-ऊर्जा प्रमेय : निव्वळ कार्य = गतिज ऊर्जेतील बदल

W_{net} = \Delta KE = \frac{1}{2} m (v_f^2 - v_i^2)

संख्यात्मक प्रश्न : मुक्त पडणारी वस्तू जमिनीवर आदळताना गतिज ऊर्जा किती? →

mgh

(संपूर्ण स्थितिज → गतिज).

५. शक्ती (Power)

प्रति एकक वेळी केलेले कार्य.

P = \frac{W}{t} = \vec{F} \cdot \vec{v}

एकक : वॅट (W) = J/s
हॉर्सपॉवर : १ hp = ७४६ W

प्रश्न : सायकल चालवणारा व्यक्ती समान वेगाने चालल्यास शक्ती किती? → शून्य (निव्वळ बल शून्य, दुसरा नियम).

MPSC राज्यसेवा पूर्व परीक्षासामान्य विज्ञान - भौतिकशास्त्र(गतीचे नियम, बल, कार्य, ऊर्जा, शक्ती)