भौतिक शास्त्र (प्राथमिक ओळख)

३. भौतिक शास्त्र (प्राथमिक ओळख) (Physical Science Basics)

MAHA TET आणि CTET च्या दृष्टीने हा घटक अधिक तांत्रिक आहे. यामध्ये प्रयोगांवर आणि दैनंदिन उदाहरणांवर आधारित प्रश्न विचारले जातात.

१. पदार्थांच्या अवस्था व गुणधर्म (States & Properties of Matter)

निसर्गात पदार्थ प्रामुख्याने तीन अवस्थांमध्ये आढळतो: स्थायू, द्रव आणि वायू.

• स्थायू (Solid): या अवस्थेत पदार्थाला स्वतःचा निश्चित आकार (Shape) आणि आकारमान (Volume) असते. कणांमधील आकर्षण बल खूप जास्त असते. उदा. दगड, लोखंड.
• द्रव (Liquid): या अवस्थेत पदार्थाला स्वतःचा आकार नसतो (तो पात्राचा आकार घेतो), पण निश्चित आकारमान असते. द्रव पदार्थ नेहमी उताराच्या दिशेने वाहतात. उदा. पाणी, तेल.
• वायू (Gas): या अवस्थेत पदार्थाला स्वतःचा निश्चित आकार किंवा आकारमान दोन्ही नसतात. उपलब्ध असलेली सर्व जागा वायू व्यापतो. उदा. हवा, ऑक्सिजन.
• संप्लवन (Sublimation): काही स्थायू पदार्थांना उष्णता दिली असता त्याचे द्रवात रूपांतर न होता थेट वायू अवस्थेत रूपांतर होते. या प्रक्रियेला संप्लवन म्हणतात.
  उदाहरणे: कापूर (Camphor), डांबरगोळ्या (Naphthalene balls), नवसागर (Ammonium Chloride).

२. हवा आणि पाण्याचे गुणधर्म (Properties of Air and Water)

हे निसर्गातील सर्वात महत्त्वाचे अजैविक घटक आहेत.

• हवेचे गुणधर्म:
  • हवा जागा व्यापते आणि हवेला वजन व वस्तुमान (Mass) असते.
  • हवा सर्व बाजूंनी दाब निर्माण करते, ज्याला आपण वातावरणीय दाब (Atmospheric Pressure) म्हणतो.
  • उष्णतेमुळे हवा प्रसरण पावते (Expands) आणि हलकी होऊन वर जाते.
• पाण्याचे गुणधर्म:
  • पाणी हा एक वैश्विक द्रावक (Universal Solvent) आहे, कारण यामध्ये बहुतांश पदार्थ विरघळतात.
  • शुद्ध पाण्याला रंग, चव किंवा वास नसतो. पाण्याचा प्रवाहीपणा (Fluidity) हा त्याचा मुख्य गुणधर्म आहे.
  • पाण्याचे असंगत वर्तन (Anomalous Expansion): सर्वसाधारणपणे द्रव थंड केल्यास आकुंचन पावतात, पण पाणी ४°C पासून ०°C पर्यंत थंड केल्यास आकुंचन पाविण्याऐवजी प्रसरण पावते. म्हणून ४°C ला पाण्याची घनता (Density) सर्वाधिक असते. (हा प्रश्न परीक्षेत वारंवार येतो).

३. बल, कार्य आणि ऊर्जा (Force, Work and Energy)

या तिन्ही संकल्पना एकमेकांशी घट्ट जोडलेल्या आहेत.

• बल (Force): कोणत्याही वस्तूची स्थिर स्थिती बदलण्यासाठी किंवा गतिमान वस्तूची दिशा बदलण्यासाठी लावलेल्या ओढण्याला किंवा ढकलण्याला बल म्हणतात.
  प्रकार: स्नायू बल (Muscular), यांत्रिक बल (Mechanical), गुरुत्वीय बल (Gravitational), चुंबकीय बल (Magnetic), घर्षण बल (Frictional - गतीच्या विरुद्ध काम करते), आणि स्थितिक विद्युत बल (Electrostatic).
• कार्य (Work): जेव्हा लावलेल्या बलामुळे वस्तूचे विस्थापन (Displacement/जागा बदलणे) होते, तेव्हा कार्य झाले असे म्हणतात.
  सूत्र: कार्य = बल × विस्थापन (Work = Force × Displacement). जर विस्थापन झाले नाही, तर शास्त्रीय दृष्ट्या कार्य 'शून्य' मानले जाते.
• ऊर्जा (Energy): कार्य करण्याची क्षमता म्हणजेच ऊर्जा होय.
  • स्थितीज ऊर्जा (Potential Energy): वस्तूच्या विशिष्ट स्थितीमुळे साठवलेली ऊर्जा. उदा. धरणातील साठवलेले पाणी, ताणलेला धनुष्यबाण.
  • गतीज ऊर्जा (Kinetic Energy): वस्तूच्या गतीमुळे प्राप्त झालेली ऊर्जा. उदा. वाहती हवा, फिरणारा पंखा.
  • ऊर्जेचे अक्षय्यतेचा नियम: ऊर्जा निर्माण करता येत नाही आणि नष्टही करता येत नाही; तिचे फक्त एका माध्यमातून दुसऱ्या माध्यमातून रूपांतर करता येते.

४. साधी यंत्रे (Simple Machines)

दैनिक जीवनात कमी श्रमात आणि कमी वेळेत कामे करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या साधनांना यंत्रे म्हणतात. त्यात एक किंवा दोनच भाग असतात.

• उतरण (Inclined Plane): जड वस्तू वर चढवण्यासाठी वापरला जाणारा तिरपा पत्रा किंवा फळी. उतरणीचा उतार जितका कमी, तितके बल कमी लागते.
• पाचर (Wedge): दोन उतरणी एकत्र जोडल्यास पाचर बनते. वस्तूचे तुकडे करण्यासाठी याचा वापर होतो. उदा. कुऱ्हाड, सुरी.
• कप्पी (Pulley): वजन वर उचलण्यासाठी खाच असलेल्या चाकाचा आणि दोरीचा वापर केला जातो. उदा. विहिरीवरून पाणी काढण्याची कप्पी.
• उत्तोलक / तरफ (Lever): याचे तीन मुख्य भाग असतात - टेकू (Fulcrum) - ज्या बिंदूभोवती तरफ फिरते; भार (Load) - उचलली जाणारी वस्तू; आणि बल (Effort) - लावलेले जोर.
  तरफेचे तीन प्रकार (Types of Levers):
  • प्रथम प्रकार (Class 1): टेकू मध्यभागी असतो. उदा. कात्री, सी-सॉ (See-saw), पक्कड.
  • द्वितीय प्रकार (Class 2): भार मध्यभागी असतो. उदा. अडकित्ता (Nutcracker), कचरा वाहून नेणारी एकचाकी गाडी, बाटलीचे बूच उघडणारे ओपनर.
  • तृतीय प्रकार (Class 3): बल (जोर) मध्यभागी असते. उदा. चिमटा (Tongs), मानवी हात, मासे पकडण्याचा गळ.