📚 RISE NOTES

💥 FORCE & LAWS OF MOTION

Physics Notes · Simple Language · Complete Coverage

🗂️ Topics at a Glance
1Force – Introduction 2Balanced & Unbalanced Forces 3Types of Forces 4Contact Forces 5Non-Contact Forces 6Conservative vs Non-Conservative 7Galileo & Laws of Motion 8Newton's 1st Law – Inertia 9Types of Inertia 10Newton's 2nd Law – F = ma 11Newton's 3rd Law 12Momentum & Impulse 13Conservation of Momentum
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Topic 1Force – Introduction

Force एक external agent है जो किसी body की rest या motion की state बदल सकता है।

📏 S.I. Unit of Force = Newton (N)  |  1 Newton = 1 kg·m/s²
⚡ Force के 4 मुख्य प्रभाव
📦➡️
1. रुकी चीज़ को चलाना
Force एक stationary object को motion में ला सकती है।
🛑
2. चलती चीज़ को रोकना/धीमा करना
Force moving body को slow या stop कर सकती है।
🚀
3. Speed बढ़ाना
Force किसी moving body को accelerate कर सकती है।
🔄
4. Direction/Shape बदलना
Force direction, shape और size तीनों बदल सकती है।
⚖️
Topic 2Balanced & Unbalanced Forces
✅ Balanced Forces
  • Equal strength, opposite direction
  • एक-दूसरे को cancel करती हैं
  • Net Force = 0 (Fnet = 0)
  • Acceleration = 0
  • Object का state नहीं बदलता
  • Example: आदमी wall को push करे — wall नहीं हिलती
❌ Unbalanced Forces
  • Unequal magnitude या same direction
  • Cancel नहीं होतीं
  • Net Force ≠ 0 (Fnet ≠ 0)
  • Acceleration होती है
  • Object का state बदलता है
  • Example: Seesaw पर एक ज़्यादा भारी बच्चा
CASE 1 — Balanced

10N → [Box] ← 10N

Net Force = 0 N
Acceleration = 0

CASE 2 — Unbalanced

20N → [Box] ← 30N

Net Force = 10 N (Left)
Object Left में accelerate करेगा

🌐
Topic 3Types of Forces – Overview
👋 Contact Forces
  • Direct या medium के through act करती हैं
  • Physical contact ज़रूरी है
  • Frictional Force
  • Spring Force (Restoring Force)
  • Normal Force, Tension
🌌 Non-Contact Forces
  • बिना touch के act करती हैं
  • Distance पर भी काम करती हैं
  • Gravitational Force
  • Magnetic Force
  • Electrostatic Force (Coulomb Force)
👋
Topic 4Contact Forces
🔸 Frictional Force (घर्षण बल)

जब दो surfaces एक-दूसरे के साथ contact करें और slide करें — तब जो force generate होती है वो Friction है।

📊 Order of Friction: Static Friction > Sliding Friction > Rolling Friction
  • 🔸 Static Friction — जब object रुका हो (सबसे ज़्यादा friction)
  • 🔸 Sliding/Kinetic Friction — जब object slide कर रहा हो
  • 🔸 Rolling Friction — जब object roll करे (सबसे कम friction)
💡 इसीलिए wheels (गोल) का use होता है — Rolling friction सबसे कम होती है!
🔸 Spring Force (Restoring Force)

Spring को stretch या compress करने पर वो opposite direction में force लगाती है — इसे Restoring Force कहते हैं।

🌀 Hooke's Law: Spring को extend/compress करने के लिए जो force चाहिए वो distance के proportional होती है।
F ∝ −xProportional to displacement
F = −kxk = Spring Constant
⚠️ Negative sign इसलिए — Force हमेशा displacement के opposite direction में होती है (restoring nature)।
🌌
Topic 5Non-Contact Forces
🌌 Types of Non-Contact Forces
🌍 Gravitational Force
दो masses के बीच attractive force। Example: Ball throw करो → gravity वापस खींचती है।
🧲 Magnetic Force
Moving electric charge या magnetic material को magnetic field में experience होती है। Magnets attract/repel करते हैं।
⚡ Electrostatic Force
दो electrically charged objects के बीच attractive या repulsive force। इसे Coulomb Force भी कहते हैं।
🔋
Topic 6Conservative vs Non-Conservative Forces
✅ Conservative Forces
  • Work done path पर depend नहीं करता
  • सिर्फ initial और final point matter
  • Closed path में work done = 0
  • Energy completely recoverable होती है
  • Examples: Gravitational, Electrostatic, Magnetic, Spring Force
❌ Non-Conservative Forces
  • Work done path पर depend करता है
  • Different paths → different work done
  • Closed path में work done ≠ 0
  • Energy पूरी recover नहीं होती (heat loss)
  • Examples: Frictional Force, Drag Force
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Topic 7Galileo & Origin of Laws of Motion
📜 Historical Background
  • 🔸 Galileo Galilei ने सबसे पहले Inertia का concept propose किया।
  • 🔸 Inclined plane पर objects की motion observe करके Galileo ने deduce किया कि constant speed पर moving objects को force की ज़रूरत नहीं।
  • 🔸 Galileo ने "De Motu" (meaning: "On Motion") नाम से essays publish किए।
  • 🔸 Galileo की पहली book: La Bilancetta ("The Little Balance") — 1586 में published।
  • 🔸 Newton ने तीनों Laws of Motion formulate किए।
1️⃣
Topic 8Newton's 1st Law of Motion
1st
Law of Inertia (जड़त्व का नियम)
By Sir Isaac Newton
📜 "An object at rest remains at rest and an object in motion remains in motion at constant velocity — unless acted upon by an external force."

यानी — कोई भी object अपनी current state (rest या motion) तब तक नहीं बदलेगा जब तक कोई external force न लगाई जाए।

🎯 Simple: रुका हुआ रुका रहेगा, चलता हुआ चलता रहेगा — जब तक कोई force न लगे!
📌 Inertia ∝ Mass — जितना ज़्यादा mass, उतना ज़्यादा inertia (change resist करने की tendency)
🧱
Topic 9Types of Inertia
Type 1
🛑 Inertia of Rest (विरामावस्था का जड़त्व)

Object रुका रहना चाहता है जब तक external force न लगे।

📌 Example: पेड़ को हिलाने पर dry leaves और फल गिर जाते हैं — पेड़ हिला लेकिन leaves inertia से वहीं रहना चाहती थीं।
Type 2
🏃 Inertia of Motion (गतिज जड़त्व)

Object straight line में constant speed से चलता रहना चाहता है।

📌 Example: चलती car अचानक रुके तो passenger आगे की तरफ झुकता है — body motion में रहना चाहती थी।
Type 3
↩️ Inertia of Direction (दिशा का जड़त्व)

Object same direction में चलता रहना चाहता है।

📌 Example: Car sharp turn लेती है — body पुरानी direction में ही जाना चाहती है, car के साथ नहीं मुड़ती।
2️⃣
Topic 10Newton's 2nd Law of Motion
2nd
Law of Force & Acceleration (F = ma)
Force = Mass × Acceleration

किसी object का acceleration उस पर लगाई force के proportional और उसके mass के inversely proportional होता है।

F = maForce = Mass × Accel.
F = kg·m/s²SI Unit = Newton
F ∝ ΔP/ΔtRate of change of momentum
🏏 Example: Cricketer ball catch करते वक्त hand पीछे खींचता है → time बढ़ता है → Force कम लगती है → चोट कम!
📐 Derivation (F = ma कैसे आया)
  • Change in Momentum = mv − mu
  • Rate of change of momentum = (mv − mu) / t
  • हम जानते हैं: (v − u) / t = a (acceleration)
  • इसलिए: F ∝ m × a → F = ma
🔫 Bullet vs Coconut: Bullet (0.02kg × 400 m/s = 8 kg·m/s) vs Coconut (2kg × 14 m/s = 28 kg·m/s) — Coconut का total momentum ज़्यादा है! लेकिन bullet penetration करती है high speed से।
3️⃣
Topic 11Newton's 3rd Law of Motion
3rd
Law of Action & Reaction
For every action there is an equal and opposite reaction
💥 "हर action के लिए एक equal और opposite reaction होती है।" जब A, B पर force लगाए → B भी A पर equal और opposite force लगाता है।
F_AB = −F_BAAction-Reaction Pair
🔫 Example — Gun & Bullet: Bullet को forward force → Gun को equal और opposite backward force (Recoil)। इसीलिए gun पीछे की तरफ kick करती है!
🚀 Example — Rocket: Rocket नीचे की तरफ gas exhaust करता है (action) → Rocket ऊपर जाता है (reaction)।
🚶 Example — Walking: पैर ज़मीन को पीछे push करता है (action) → ज़मीन पैर को आगे push करती है (reaction)।
⚠️ Action और Reaction same object पर नहीं लगती — हमेशा दो अलग-अलग objects पर लगती हैं!
🌀
Topic 12Momentum & Impulse
📌 Momentum (संवेग)

Momentum = object की "quantity of motion" → mass और velocity का product।

🌀 p = m × v  |  S.I. Unit: kg·m/s  |  Vector Quantity
📋 Properties of Momentum
  • p = vector quantity (direction होती है)
  • m = scalar (सिर्फ value)
  • v = vector (direction के साथ)
  • Unit = kg·m/s
💡 Impulse (आवेग)
  • Short time में force से momentum का change
  • Impulse = Force × Time
  • J = F × Δt = m × ΔV
  • Unit = N·s = kg·m/s
p = m × vMomentum
J = FΔtImpulse
FΔt = mΔVImpulse-Momentum Theorem
♻️
Topic 13Conservation of Momentum
♻️ Law: Closed system में total momentum constant रहता है — momentum न create होता है, न destroy होता है, सिर्फ transfer होता है।
m₁u₁ + m₂u₂ = m₁v₁ + m₂v₂Initial Total Momentum = Final Total Momentum
  • 🔸 m₁, m₂ = दोनों bodies के masses
  • 🔸 u₁, u₂ = Initial velocities (before collision)
  • 🔸 v₁, v₂ = Final velocities (after collision)
  • 🔸 Mass नहीं बदलता, सिर्फ velocity बदलती है
🔫 Example — Gun & Bullet: Fire से पहले total momentum = 0 (दोनों rest में)। Fire के बाद: bullet forward + gun backward → Total = 0. Conservation satisfied! ✅
🚀 Example — Rocket: Rocket + exhaust gas का total momentum conserved रहता है। Gas पीछे जाती है → Rocket आगे बढ़ता है।
🎯
Quick RevisionAll Key Formulas & Facts
F = ma2nd Law
p = mvMomentum
FΔt = mΔVImpulse Theorem
F = −kxHooke's Law
Fnet = 0Balanced Forces
F_AB = −F_BA3rd Law
1N = kg·m/s²Unit of Force
m₁u₁+m₂u₂ = m₁v₁+m₂v₂Conservation of Momentum
🧠 Trick — 3 Laws याद करो: 1st = Inertia (जड़त्व) · 2nd = F=ma (बल=द्रव्यमान×त्वरण) · 3rd = Action-Reaction (क्रिया-प्रतिक्रिया)