Topic 1Universal Law of Gravitation
Newton ने 1687 में Universal Law of Gravitation दिया और इससे planets और moons की motion explain की।
📜
"हर particle, universe के हर दूसरे particle को एक force से attract करता है जो उनके masses के product के proportional और उनके बीच distance के square के inversely proportional है।"
F ∝ m₁·m₂Mass के proportional
F ∝ 1/r²Distance के inversely proportional
F = Gm₁m₂/r²Newton's Gravitation Formula
- 🔸 F = Gravitational force between the bodies
- 🔸 m₁, m₂ = Masses of the two bodies
- 🔸 r = Distance between the centres of two bodies
- 🔸 G = Universal Gravitational Constant = 6.673 × 10⁻¹¹ N m²/kg²
🧪
G की value Henry Cavendish ने 1798 में experimentally discover की।
💡
Gravitational Force = Non-contact force (distance पर act करती है) + Conservative force (closed path में work done = 0)
Topic 2Kepler's Planetary Laws (1609)
1st Law — Law of Orbit
🌍
Planets, Sun को एक focus मानकर elliptical orbits में move करते हैं।
2nd Law — Law of Area
📐
Planet और Sun को जोड़ने वाली line equal time में equal areas sweep करती है।
3rd Law — Law of Time Period
⏱️
Planet का T² ∝ r³ (time period का square, distance के cube के proportional)
T² ∝ r³
Topic 3Mass vs Weight
📦 Mass (द्रव्यमान)
- Body में matter की मात्रा
- Scalar quantity (सिर्फ magnitude)
- जगह से नहीं बदलता
- कभी zero नहीं हो सकता
- S.I. Unit = Kilogram (kg)
🌍 Weight (भार)
- Earth जिस force से attract करती है
- Vector quantity (magnitude + direction)
- जगह से बदलता है (W = m × g)
- Earth के center पर zero होता है
- S.I. Unit = Newton (N)
Topic 4Variation in Gravity
g = GM/R²Acceleration due to gravity
g = 9.8 m/s²Earth की surface पर
W = m × gWeight formula
🌐Poles पर gravity, Equator से ज़्यादा होती है।
🏔️ऊंचाई बढ़ने पर gravity घटती है (distance बढ़ता है → gravity ∝ 1/r²)।
🌕Moon पर gravity = Earth की gravity का 1/6 — इसीलिए Moon पर हम ज़्यादा ऊंचा कूद सकते हैं।
🕳️Earth के अंदर जाने पर भी gravity घटती है (सिर्फ नीचे का mass matter करता है)।
⚠️
Gravity surface पर सबसे strong होती है — ऊपर और नीचे दोनों तरफ घटती है!
Topic 5Thrust & Pressure
🚀 Thrust
Thrust = वो force जो किसी surface पर perpendicular (normal) direction में act करती है। Unit = Newton (N)।
✈️
Example: Aircraft के engines propulsion system के through Thrust generate करते हैं।
📊 Pressure (दबाव)
Pressure = Force per unit area। S.I. Unit = Pascal (Pa)।
P = F/APressure = Force/Area
1 Pa = N/m²Pascal = Newton per sq. meter
- 🔸 1 atm = 1.013 × 10⁵ Pa
- 🔸 1 atm = 1.01325 bar
- 🔸 1 N = 10⁵ Dyne
Topic 6Pascal's Law
📜
Pascal's Law: "Confined incompressible fluid में किसी एक point पर pressure change होता है तो वो पूरे fluid में equally transmit होता है।"
📅
दिया: 1653 में, Published: 1663 में। दिया Blaise Pascal ने।
P₁ = P₂Pressure equal throughout
F₁/A₁ = F₂/A₂Pascal's Principle
🚗
Application: Hydraulic Jack — small force से car lift होती है। छोटे piston पर force → बड़े piston पर ज़्यादा force!
Topic 7Archimedes' Principle
💧
Archimedes' Principle: "किसी fluid में डूबे हुए body पर upward buoyant force लगती है जो उस body द्वारा displace किए गए fluid के weight के equal होती है।"
Fᵦ = ρgVBuoyant Force
- 🔸 Fᵦ = Buoyant force
- 🔸 ρ = Fluid density
- 🔸 g = Acceleration due to gravity
- 🔸 V = Volume of fluid displaced
🚢
Ship, saltwater में freshwater से ऊंची float करती है — क्योंकि saltwater ज़्यादा dense है → ज़्यादा buoyant force → कम volume displace करना पड़ता है।
Topic 8Relative Density
Relative Density = किसी substance की density का water की density से ratio।
RD = ρ(substance)/ρ(water)Relative Density
Density = Mass/VolumeS.I. Unit = kg/m³
⚠️
Relative Density का कोई S.I. unit नहीं होता (यह एक ratio है)। Density का S.I. unit = kg/m³।
| Substance | Density (g/mL) |
|---|---|
| Hydrogen (gas) | 9 |
| Carbon dioxide (gas) | 19 |
| Cork | 21 |
| Oak wood | 71 |
| Ethyl alcohol | 79 |
| Water | 100 |
| Magnesium | 174 |
| Table salt | 216 |
| Aluminium | 270 |
| Iron | 786 |
| Copper | 892 |
| Lead | 1,134 |
| Mercury | 1,359 |
| Gold | 193 |
Topic 9Work & Energy
🔧 Work (कार्य)
Work = वो energy जो force से transfer होती है जब object उस force की direction में move करता है।
📐
W = F × d | W = FS cosθ | S.I. Unit = Joule (J) = Newton-meter (Nm) | Scalar Quantity
👤
Joule unit का नाम English physicist James Prescott Joule के नाम पर रखा गया।
✅ Positive Work
Force और displacement same direction में (θ = 0°)। Object accelerate होता है।
❌ Negative Work
Force और displacement opposite direction में (θ = 180°)। Object decelerate होता है।
⭕ Zero Work
Force ⊥ displacement (θ = 90°) या displacement = 0 हो।
⚡ Energy
Energy = work करने की capacity। S.I. Unit = Joule (J)। सबसे बड़ा source = Sun।
🌞
Energy कई forms में होती है: Kinetic, Potential, Thermal, Electrical, Chemical, Nuclear आदि।
Topic 10Forms of Energy
🏃 Kinetic Energy (गतिज ऊर्जा)
किसी object की motion की वजह से जो energy होती है वो Kinetic Energy है।
KE = ½mv²m=Mass, v=Velocity
KE = p²/2mp=Momentum के terms में
💡
Momentum double होने पर: KE = (2p)²/2m = 4p²/2m → KE 4 गुना हो जाती है!
🏔️ Potential Energy (स्थितिज ऊर्जा)
Object की position या state की वजह से stored energy — जो बाद में release होकर work करती है।
PE = mghm=Mass, g=Gravity, h=Height
🏗️
Dam का concept PE पर based है — ऊंचाई पर stored water → PE → Turbines में KE → Electricity।
⬆️
Top पर: PE maximum, KE = 0 | Ground से ठीक पहले: KE maximum, PE = 0
🚀 Escape Velocity
वो minimum velocity जिससे कोई body gravity को overcome करके Earth से बाहर निकल जाए — बिना किसी और acceleration के।
🚀
Escape Velocity ≈ 11.2 km/s — इतनी speed से throw करो तो ball कभी वापस नहीं आएगी!
Topic 11Law of Conservation of Energy
♻️
"Energy न तो create हो सकती है, न destroy — सिर्फ एक form से दूसरे form में convert हो सकती है।"
🌡️
1st Law of Thermodynamics इसी concept पर based है।
Topic 12Energy Converters
⚙️
Dynamo / Generator
Mechanical Energy → Electrical Energy
🔌
Motor
Electrical Energy → Mechanical Energy
🎤
Microphone
Sound Energy → Electrical Energy
🔊
Loudspeaker
Electrical Energy → Sound Energy
🔋
Battery
Chemical Energy → Electrical Energy
💡
Bulb
Electrical Energy → Light + Heat Energy
Filament: Tungsten (W)
Filament: Tungsten (W)
🌿
Photosynthesis
Light Energy → Chemical Energy (sugars) — CO₂ + H₂O, releases O₂
Topic 13Bernoulli's Principle
💨
Bernoulli's Principle: "Incompressible, non-viscous fluid के streamline flow में — Pressure energy + Kinetic energy + Potential energy per unit volume = Constant।"
P + ½ρv² + ρgh = ConstantBernoulli's Equation
✈️
Key insight: Fluid speed बढ़े → Pressure घटे। यही Airplane wings को lift देता है — ऊपर तेज़ flow → कम pressure → नीचे से ज़्यादा pressure → Lift!
- 🔸 A₂ < A₁ (area कम) → v₂ > v₁ (speed ज़्यादा) → P₂ < P₁ (pressure कम)
Topic 14Laws of Thermodynamics
🟢 Zeroth Law — Thermal Equilibrium
"अगर A, B के साथ thermal equilibrium में है और B, C के साथ है → तो A, C के साथ भी thermal equilibrium में है।"
📅दिया: Ralph H. Fowler ने 1931 में।
🔵 First Law — Conservation of Energy
"Energy न create हो सकती है, न destroy — सिर्फ convert होती है।" यह Heat पर conservation of energy का application है।
Q = ΔU + WQ=Heat added, ΔU=Internal energy change, W=Work done
🔴 Second Law — Heat Flow Direction
Heat अपने आप ठंडी body से गर्म body में नहीं जाती।
- 🔸 Entropy (disorder) का concept introduce करता है
- 🔸 Heat engine 100% efficient नहीं हो सकता
- 🔸 Refrigerator को heat transfer के लिए external work चाहिए
❄️ Third Law — Absolute Zero
जैसे temperature absolute zero (0 K) पर approach करे — perfect crystal की entropy = zero।
📖Entropy = system की thermal energy per unit temperature जो useful work नहीं कर सकती।
Topic 15Power & Horsepower
⚡ Power (शक्ति)
Power = वो rate जिस पर work होता है, या energy transfer/transform होती है। S.I. Unit = Watt (W)।
P = W/tPower = Work/Time
P = F × vPower = Force × Velocity
1 W = 1 J/s1 Joule per second
🐴 Horsepower (HP)
Engines और motors की output describe करने के लिए use होता है।
1 hp = 746 WHorsepower to Watts
1 hp = 0.746 kWHorsepower to Kilowatts
1 kW = 1000 WKilowatt to Watts
Quick RevisionAll Key Formulas at a Glance
F = Gm₁m₂/r²Gravitation
T² ∝ r³Kepler's 3rd Law
g = GM/R²Acceleration due to gravity
W = FS cosθWork Done
KE = ½mv²Kinetic Energy
PE = mghPotential Energy
Fᵦ = ρgVBuoyant Force
P = F/APressure
P = W/tPower
1 hp = 746 WHorsepower
Q = ΔU + W1st Law Thermo
v_escape = 11.2 km/sEscape Velocity