सामान्य योग्यता परीक्षा में भौतिकी कक्षा 9 और 10 के विज्ञान के स्तर पर रहती है, और रोज़ की चीज़ों के बारे में पूछी जाती है: ब्रेक लगाती बस, दाढ़ी बनाने का दर्पण, गीज़र का बिजली बिल। आपको कुछ सूत्र, प्रतिबिंब बनने के मानक मामले, और आम चीज़ें क्यों होती हैं इसकी समझ चाहिए। यह पाठ मात्रक, गति और बल, दाब, प्रकाश और लेंस, ध्वनि, विद्युत और चुंबकत्व, और ऊष्मा समेटता है, हल किए गए उदाहरणों, एक किरण आरेख और सबसे ज़्यादा अंक गँवाने वाले जालों के साथ।
यहाँ भौतिकी का हर प्रश्न दो में से एक तरह का है: एक सूत्र वाली छोटी गणना, या आपकी देखी किसी चीज़ के बारे में "ऐसा क्यों होता है"। पहले के लिए सूत्र लिखें, मात्रक ठीक करें (मीटर, सेकंड, किलोग्राम), और देखें कि उत्तर का आकार समझ में आता है। दूसरे के लिए सिद्धांत का नाम लें: जड़त्व, दाब, अपवर्तन, गुप्त ऊष्मा।
ज़्यादातर गलत विकल्प मात्रक की चूक से या पड़ोसी राशि का सूत्र लगाने से आते हैं: द्रव्यमान की जगह भार, ऊर्जा की जगह शक्ति, दूरी की जगह चाल।
सात SI मूल मात्रक हैं मीटर, किलोग्राम, सेकंड, ऐम्पियर, केल्विन, मोल और कैंडेला (ज्योति तीव्रता)। बाक़ी सब व्युत्पन्न हैं।
राशि
मात्रक
किससे बना
बल
न्यूटन (N)
kg m/s2
कार्य और ऊर्जा
जूल (J)
N m
शक्ति
वाट (W)
J/s
दाब
पास्कल (Pa)
N/m2
सदिश राशि का परिमाण और दिशा दोनों होते हैं (वेग, बल, संवेग); अदिश का केवल परिमाण (चाल, द्रव्यमान, ऊर्जा)। बैरोमीटर वायुदाब मापता है। एक नैनोमीटर 10−9 m है, और एक किलोमीटर 106 mm।
सावधान
कुछ मात्रक किसी और चीज़ जैसे लगते हैं। प्रकाश वर्ष दूरी है। बिल पर किलोवाट-घंटा ऊर्जा है, शक्ति नहीं। सबसे छोटे से सबसे बड़े तक: खगोलीय इकाई, प्रकाश वर्ष, पारसेक।
द्रव्यमान पदार्थ की मात्रा है, किलोग्राम में, और हर जगह एक-सा रहता है। भार गुरुत्व का खिंचाव है, W=mg, न्यूटन में। चंद्रमा पर गुरुत्व लगभग छठा भाग है, इसलिए 60 kg के अंतरिक्ष यात्री का द्रव्यमान वहाँ भी 60 kg ही है।
दाब प्रति क्षेत्रफल बल है, P=AF। तेज़ चाकू वही बल छोटे क्षेत्रफल पर लगाता है, इसलिए दाब ज़्यादा होता है; चौड़े टायर और ऊँट के पैर भार फैलाते हैं ताकि वे धँसें नहीं। 0.03 m² क्षेत्रफल के जूतों पर खड़ी 600 N भार वाली लड़की 0.03600=20,000 Pa दाब डालती है।
सावधान
चंद्रमा पर द्रव्यमान को छह से भाग देना सबसे आम चूक है; केवल भार बदलता है। और 21gt ऊँचाई नहीं है: सूत्र में t2 है।
उत्तल लेंस में प्रतिबिंब इस पर निर्भर है कि वस्तु F और 2F के सापेक्ष कहाँ है। अवतल दर्पण उसी ढर्रे पर चलता है, 2F की जगह C के साथ।
वस्तु
प्रतिबिंब
प्रकृति
उपयोग
2F से आगे
F और 2F के बीच
वास्तविक, उलटा, छोटा
कैमरा
2F पर
2F पर
वास्तविक, उलटा, बराबर
F और 2F के बीच
2F से आगे
वास्तविक, उलटा, बड़ा
प्रोजेक्टर
F के भीतर
वस्तु की ओर
आभासी, सीधा, बड़ा
आवर्धक लेंस, दाढ़ी का दर्पण
उत्तल दर्पण और अवतल लेंस सदा आभासी, सीधा, छोटा प्रतिबिंब देते हैं; इसी चौड़े दृश्य के कारण उत्तल दर्पण पीछे देखने का दर्पण है। समतल दर्पण आभासी, सीधा, बराबर आकार का प्रतिबिंब देता है।
वस्तु F और 2F के बीच: प्रतिबिंब वास्तविक, उलटा और बड़ा, दूसरी ओर 2F से आगे।
लेंस, दर्पण और क्षमता
लेंस: v1−u1=f1दर्पण: v1+u1=f1P=f (m में)1
उदाहरण 3 · प्रतिबिंब कहाँ है?
10 cm फ़ोकस दूरी वाले उत्तल लेंस के 15 cm सामने एक वस्तु है। प्रतिबिंब कहाँ बनेगा?
u=−15 और f=+10 के साथ: v1=101−151=301।
इसलिए v=+30 cm: वास्तविक, दूसरी ओर, और दोगुना ऊँचा, जैसा तालिका F और 2F के बीच रखी वस्तु के लिए बताती है।
उत्तर
लेंस के पीछे 30 cm पर
उत्तल लेंस की क्षमता धनात्मक होती है, अवतल की ऋणात्मक: +2 D 50 cm फ़ोकस दूरी वाला उत्तल लेंस है, और −2 D वैसा ही अवतल। निकट दृष्टि दोष (मायोपिया) अवतल लेंस से ठीक होता है।
ध्वनि कंपन से पैदा होती है और उसे माध्यम चाहिए, इसलिए वह निर्वात पार नहीं कर सकती। वह स्टील जैसे ठोसों में सबसे तेज़, द्रवों में धीमी, गैसों में सबसे धीमी चलती है। तारत्व आवृत्ति पर निर्भर है; प्रबलता आयाम पर, जो डेसिबल में मापी जाती है। मनुष्य 20 Hz से 20,000 Hz सुनते हैं; उससे नीचे अवश्रव्य (हाथी, व्हेल), ऊपर पराश्रव्य (चमगादड़)।
तरंगें और प्रतिध्वनि
v=fλपरावर्तककीदूरी=2चाल×समय
उदाहरण 4 · प्रतिध्वनि या बिजली?
ताली की प्रतिध्वनि एक चट्टान से 2 s बाद लौटती है; चमक के 3 s बाद गड़गड़ाहट आती है। ध्वनि 340 m/s हो, तो चट्टान और बिजली कितनी दूर हैं?
प्रतिध्वनि जाती और लौटती है: 2340×2=340 m।
प्रकाश लगभग तुरंत आता है, इसलिए गड़गड़ाहट एक ही ओर चलती है: 340×3=1,020 m।
उत्तर
340 m और 1,020 m
सावधान
डेसिबल पैमाना लघुगणकीय है: हर 10 dB तीव्रता का दस गुना है, इसलिए 60 dB, 40 dB का 100 गुना है, 1.5 गुना नहीं। साफ़ प्रतिध्वनि के लिए ध्वनि कम से कम 0.1 s बाद लौटनी चाहिए, इसलिए दीवार कम से कम 17 m दूर हो।
श्रेणी में धारा एक-सी रहती है और विभवांतर बँटता है; समांतर में विभवांतर एक-सा रहता है और धाराएँ जुड़ती हैं। समांतर जोड़ा अपने सबसे छोटे प्रतिरोध से भी छोटा होता है। प्रतिरोध लंबाई के साथ बढ़ता है: 4 Ω के तार को दोगुना लंबा करने पर 8 Ω।
उदाहरण 5 · मिश्रित परिपथ
6 Ω के दो प्रतिरोध समांतर में हैं, और यह जोड़ा 6 Ω के तीसरे प्रतिरोध के साथ श्रेणी में है। कुल प्रतिरोध क्या है?
समांतर जोड़ा: 6+66×6=3 Ω।
6 Ω के साथ श्रेणी में: 3+6=9 Ω।
उत्तर
9 Ω
बिल: kWh में ऊर्जा = kW में शक्ति × घंटे। रोज़ 2 घंटे, 30 दिन चला 1,500 W का गीज़र 1.5×2×30=90 kWh लेता है। ज़्यादा धारा बहने पर फ़्यूज़ पिघलकर परिपथ तोड़ देता है; रबर अच्छा कुचालक है।
धारा चुंबकीय क्षेत्र बनाती है (ओर्स्टेड), और विद्युत चुंबक इसी से काम करते हैं। बदलता चुंबकीय क्षेत्र धारा बनाता है (फ़ैराडे का विद्युत चुंबकीय प्रेरण): जनित्र गति को विद्युत में बदलता है, और मोटर विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में।
Which of the following is a base quantity in the SI system?
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उत्तरC · Luminous intensity
The SI system defines seven base quantities: length, mass, time, electric current, thermodynamic temperature, amount of substance and luminous intensity.
Luminous intensity is on that list, measured in candela.
Force, velocity and pressure are all derived: velocity is length over time, force is mass times acceleration, and pressure is force over area.
ध्यान देने योग्य
A quick test for a derived quantity is whether you can write its unit in terms of others — newtons, metres per second and pascals all decompose, candela does not.
हिंदी में कोई पंक्ति ग़लत लगे तो अंग्रेज़ी वाली ही मानें।
एक पत्थर को चट्टान से विराम अवस्था में गिराया जाता है और वह 3 s बाद ज़मीन से टकराता है। g = 10 m/s² लेकर और वायु प्रतिरोध की उपेक्षा करके, चट्टान कितनी ऊँची है?
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उत्तरD · 45 m
विराम से गिरने पर, ऊँचाई = ½ g t²।
= ½ × 10 × 3² = 5 × 9 = 45 m।
ध्यान देने योग्य
30 m/s ज़मीन छूते समय की चाल (g × t) है, ऊँचाई नहीं। 9 केवल t² है, और 15 में t² के स्थान पर t लिया गया है।
हिंदी में कोई पंक्ति ग़लत लगे तो अंग्रेज़ी वाली ही मानें।
1 kg की एक गेंद और 10 kg की एक गेंद को एक ऊँची मीनार के शिखर से एक साथ गिराया जाता है। यदि वायु प्रतिरोध की उपेक्षा करें, तो कौन पहले ज़मीन पर पहुँचेगी?
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उत्तरA · दोनों एक साथ ज़मीन पर पहुँचेंगी
गिरती हुई हर वस्तु का गुरुत्वीय त्वरण g एक ही होता है, चाहे उसका द्रव्यमान कुछ भी हो।
भारी गेंद पर बल अधिक लगता है, पर उसका जड़त्व भी अधिक होता है, और दोनों प्रभाव एक-दूसरे को संतुलित कर देते हैं।
समान ऊँचाई से समान त्वरण होने के कारण वे एक साथ पहुँचती हैं।
ध्यान देने योग्य
वास्तविक हवा में पंख पत्थर से धीमा गिरता है, वायु प्रतिरोध के कारण, न कि इसलिए कि वह हल्का है।
हिंदी में कोई पंक्ति ग़लत लगे तो अंग्रेज़ी वाली ही मानें।
आँधी के समय इरफ़ान बिजली की चमक देखता है और 3 s बाद गरज सुनता है। ध्वनि की चाल 340 m/s लेकर, बिजली लगभग कितनी दूर थी?
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उत्तरD · 1,020 m
प्रकाश लगभग तुरंत पहुँच जाता है, इसलिए 3 s वह समय है जो ध्वनि ने लिया।
दूरी = 340 × 3 = 1,020 m, लगभग 1 km।
ध्यान देने योग्य
510 m में दूरी को आधा किया गया है मानो यह प्रतिध्वनि हो; गरज केवल एक ओर चलती है। 340 m में समय से गुणा करना छूट गया है, और 113 m में समय से भाग दिया गया है।