भौतिकी सीखें
इंटरैक्टिव सिमुलेशन में विचारों को आज़माने के लिंक के साथ संक्षिप्त अवधारणा लेख।
अवधारणा लेख
प्रक्षेप्य गति
जब आप एक गेंद फेंकते हैं, फुटबॉल को हवा में उछालते हैं, या तोप दागते हैं, तो जो मार्ग बनता है वह भौतिकी के सबसे पहचाने जाने वाले आकारों में से एक होता है: एक परवलय (parabola)। प्रक्षेप्य गति (projectile motion) वस्तु की गति को दो पूरी तरह स्वतंत्र भागों में विभाजित करके इसका विश्लेषण करती है — एक स्थिर क्षैतिज वेग, और एक ऊर्ध्वाधर वेग जिसे गुरुत्वाकर्षण लगातार नीचे की ओर त्वरित करता है। इनमें से कोई भी भाग दूसरे के बारे में कुछ नहीं जानता; इन्हें अलग-अलग मानना और फिर परिणामों को फिर से जोड़ना ही यह संभव बनाता है कि केवल बुनियादी गतिकी (kinematics) का उपयोग करके यह ठीक-ठीक अनुमान लगाया जा सके कि कोई प्रक्षेप्य कितनी दूर तक जाएगा, वह कितनी देर हवा में रहेगा, और वह कितनी ऊँचाई तक चढ़ेगा।
ओम का नियम
आप जो भी परिपथ (circuit) बनाते हैं — एक साधारण टॉर्च से लेकर फोन चार्जर तक — वह उन्हीं तीन राशियों पर निर्भर करता है: बैटरी कितनी ज़ोर से धकेलती है (वोल्टेज), परिणामस्वरूप कितना आवेश प्रवाहित होता है (धारा), और रास्ते में मौजूद घटक उस प्रवाह का कितनी मज़बूती से प्रतिरोध करते हैं (प्रतिरोध)। ओमीय भागों के लिए, ओम का नियम, V = IR, इन्हें एक ऐसी आनुपातिकता से जोड़ता है जो केवल सामान्य अंकगणित से परिपथ के व्यवहार का अनुमान लगाने के लिए काफी सरल है, और यह आगे आने वाली हर अधिक उन्नत परिपथ-विश्लेषण तकनीक का आधार है — श्रेणी और समानांतर नेटवर्क से लेकर वास्तविक इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग होने वाले AC परिपथों तक।
प्रकाश-विद्युत प्रभाव
किसी धात्विक सतह पर प्रकाश डालें, और सही परिस्थितियों में, वह इलेक्ट्रॉनों को बाहर फेंक देगी — यह एक ऐसा हठपूर्वक अजीब परिणाम था जब शास्त्रीय भौतिकी ने इसे समझाने की कोशिश की। उन्नीसवीं सदी के तरंग सिद्धांत ने भविष्यवाणी की थी कि मंद प्रकाश भी इलेक्ट्रॉन बाहर निकालना चाहिए, बस धीमी गति से, बशर्ते ऊर्जा जमा करने के लिए पर्याप्त समय मिले। वास्तविक प्रयोगों ने इसके विपरीत दिखाया: एक निश्चित कट-ऑफ आवृत्ति से नीचे, चाहे कितनी भी तीव्रता हो या कितनी भी देर इंतज़ार किया जाए, एक भी इलेक्ट्रॉन उत्पन्न नहीं होता, जबकि उस आवृत्ति से ऊपर सबसे मंद प्रकाश भी तुरंत इलेक्ट्रॉन बाहर निकाल देता है। आइंस्टीन की 1905 की व्याख्या — कि प्रकाश स्वयं ऊर्जा के असतत पैकेटों में आता है, जिन्हें बाद में फोटॉन कहा गया — ने इस पहेली को सुलझाया और क्वांटम यांत्रिकी के आधारभूत परिणामों में से एक बनी, जिसके लिए उन्होंने 1921 में भौतिकी का नोबेल पुरस्कार जीता।
स्थायी तरंगें
गिटार के तार को छेड़ें, किसी बोतल के मुँह पर फूँक मारें, या रस्सी को बिल्कुल सही गति से हिलाएँ, और आपको वही परिघटना दिखाई देगी: एक ही माध्यम में विपरीत दिशाओं में यात्रा करने वाली दो तरंगें व्यतिकरण (interfere) करके एक ऐसा पैटर्न बनाती हैं जो यात्रा करने के बजाय स्थिर खड़ा दिखाई देता है। ऐसा तब होता है जब कोई तरंग किसी स्थिर या मुक्त सिरे से परावर्तित होती है और अपने ही परावर्तन के साथ अतिव्यापन (overlap) करती है — अधिकांश आवृत्तियों पर परिणाम एक अव्यवस्थित मिश्रण होता है, लेकिन विशिष्ट अनुनादी आवृत्तियों पर व्यतिकरण एक स्वच्छ, स्थिर पैटर्न में जम जाता है — ऐसे बिंदु जो कभी नहीं हिलते (निस्पंद/नोड) और ऐसे बिंदु जो अधिकतम विस्थापन के बीच झूलते हैं (प्रस्पंद/एंटीनोड)। लगभग हर संगीत वाद्ययंत्र, तार वाद्ययंत्रों से लेकर वायु वाद्ययंत्रों और ढोल की झिल्लियों तक, एक स्थिर पिच उत्पन्न करने के लिए ठीक इसी व्यवहार पर निर्भर करता है।
उत्प्लावन
एक विशाल इस्पात मालवाहक जहाज़ तैरता है जबकि एक छोटा इस्पात का सिक्का डूब जाता है — वही सामग्री, फिर भी बेहद भिन्न परिणाम, और इसकी व्याख्या केवल वज़न से जुड़ी नहीं है। किसी तरल में डूबी कोई भी वस्तु उस तरल के कुछ हिस्से को हटा देती है, और तरल उतने ही वज़न के बराबर एक ऊपर की ओर बल के साथ वापस धकेलता है जितना उसने विस्थापित किया — यह संबंध दो हज़ार साल से भी पहले आर्किमिडीज़ द्वारा खोजा गया था और आज भी अपरिवर्तित रूप से भौतिकी के सबसे पुराने मात्रात्मक नियमों में से एक के रूप में पढ़ाया जाता है। क्या यह ऊपर की ओर धक्का वस्तु को सहारा देने के लिए पर्याप्त है, यह केवल उसके वज़न पर नहीं बल्कि उसके आकार पर निर्भर करता है: एक जहाज़ का पतवार अपने वज़न के अनुपात में पानी की एक विशाल मात्रा को विस्थापित करता है, जबकि एक ठोस सिक्का बहुत कम विस्थापित करता है।