बल (भौतिकी)

भौतिकी में, बल एक प्रभाव है जो किसी वस्तु की गति को बदल सकता है। बल एक द्रव्यमान वाली वस्तु को अपना वेग बदलने के लिए प्रेरित कर सकता है (उदाहरण के लिए, आराम की स्थिति से आगे बढ़ना), यानी तेजी लाने के लिए। बल को सहज रूप से धक्का या खिंचाव के रूप में भी वर्णित किया जा सकता है। बल में परिमाण और दिशा दोनों होते हैं, जो इसे एक सदिश राशि बनाता है। इसे न्यूटन (N) के SI मात्रक में मापा जाता है। बल का प्रतिनिधित्व प्रतीक F (पूर्व में P) द्वारा किया जाता है।

न्यूटन के दूसरे नियम के मूल रूप में कहा गया है कि किसी वस्तु पर लगने वाला शुद्ध बल उस दर के बराबर होता है जिस पर समय के साथ उसका संवेग बदलता है। यदि वस्तु का द्रव्यमान स्थिर है, तो इस नियम का तात्पर्य है कि किसी वस्तु का त्वरण वस्तु पर लगने वाले शुद्ध बल के समानुपाती होता है, शुद्ध बल की दिशा में होता है, और वस्तु के द्रव्यमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

बल से संबंधित अवधारणाओं में शामिल हैं: जोर, जो किसी वस्तु के वेग को बढ़ाता है, ड्रैग, जो किसी वस्तु के वेग को कम करता है, और बलाघूर्ण, जो किसी वस्तु की घूर्णन गति में परिवर्तन उत्पन्न करता है। एक विस्तारित शरीर में, प्रत्येक भाग आमतौर पर आसन्न भागों पर बल लगाता है, शरीर के माध्यम से ऐसे बलों का वितरण आंतरिक यांत्रिक तनाव है। इस तरह के आंतरिक यांत्रिक तनाव उस शरीर के त्वरण का कारण नहीं बनते हैं क्योंकि बल एक दूसरे को संतुलित करते हैं। दबाव, शरीर के एक क्षेत्र पर लागू कई छोटी ताकतों का वितरण, एक साधारण प्रकार का तनाव है जो असंतुलित होने पर शरीर में तेजी ला सकता है। तनाव आमतौर पर ठोस पदार्थों के विरूपण का कारण बनता है, या तरल पदार्थ में प्रवाहित होता है।

अवधारणा का विकास
प्राचीन काल में दार्शनिकों ने स्थिर और गतिशील वस्तुओं और सरल मशीनों के अध्ययन में बल की अवधारणा का उपयोग किया, लेकिन अरस्तू और आर्किमिडीज जैसे विचारकों ने बल को समझने में मूलभूत त्रुटियों को बरकरार रखा था। आंशिक रूप से यह घर्षण के कभी-कभी गैर-स्पष्ट बल की अपूर्ण समझ और प्राकृतिक गति की प्रकृति के परिणामस्वरूप अपर्याप्त दृष्टिकोण के कारण था। मौलिक त्रुटि यह विश्वास था कि गति को बनाए रखने के लिए एक बल, यहां तक ​​कि एक स्थिर वेग पर भी  की आवश्यकता होती है। गति और बल के बारे में पिछली अधिकांश गलतफहमियों को अंततः गैलीलियो गैलीली और सर आइजैक न्यूटन द्वारा ठीक किया गया था। अपनी गणितीय अंतर्दृष्टि के साथ, सर आइजैक न्यूटन ने गति के ऐसे नियम तैयार किए जिनमें लगभग तीन सौ वर्षों तक सुधार नहीं किया गया था। 20वीं शताब्दी की शुरुआत तक, आइंस्टीन ने सापेक्षता का एक सिद्धांत विकसित किया, जिसने प्रकाश की गति के निकट बढ़ते हुए गति के साथ वस्तुओं पर बलों की कार्रवाई की सही भविष्यवाणी की, और गुरुत्वाकर्षण और जड़ता द्वारा उत्पन्न बलों में अंतर्दृष्टि भी प्रदान किया था।

क्वांटम यांत्रिकी और प्रौद्योगिकी में आधुनिक अंतर्दृष्टि के साथ जो प्रकाश की गति के करीब कणों को तेज कर सकते हैं, कण भौतिकी ने परमाणुओं से छोटे कणों के बीच बलों का वर्णन करने के लिए एक मानक मॉडल तैयार किया है। मानक मॉडल भविष्यवाणी करता है कि एक्सचेंज किए गए कण जिन्हें गेज बोसॉन कहा जाता है, वे मौलिक साधन हैं जिनके द्वारा बल उत्सर्जित और अवशोषित होते हैं। केवल चार मुख्य इंटरैक्शन ज्ञात हैं: घटती ताकत के क्रम में, वे हैं: मजबूत, विद्युत चुम्बकीय, कमजोर और गुरुत्वाकर्षण। 1970 और 1980 के दशक के दौरान किए गए उच्च-ऊर्जा कण भौतिकी अवलोकनों ने पुष्टि की कि कमजोर और विद्युत चुम्बकीय बल एक अधिक मौलिक इलेक्ट्रोवीक इंटरैक्शन की अभिव्यक्ति हैं।

 पूर्व-न्यूटनियन अवधारणाएं 

प्राचीन काल से बल की अवधारणा को प्रत्येक सरल मशीन के कामकाज के अभिन्न अंग के रूप में मान्यता दी गई है। एक साधारण मशीन द्वारा दिए गए यांत्रिक लाभ के लिए कम बल का उपयोग करने की अनुमति दी जाती है, जो उस बल के बदले में समान मात्रा में काम करने के लिए अधिक दूरी पर कार्य करता है। बलों की विशेषताओं का विश्लेषण अंततः आर्किमिडीज के काम में परिणत हुआ, जो विशेष रूप से तरल पदार्थों में निहित उत्प्लावक बलों के उपचार को तैयार करने के लिए प्रसिद्ध था।

अरस्तू ने अरिस्टोटेलियन ब्रह्मांड विज्ञान के एक अभिन्न अंग के रूप में बल की अवधारणा की दार्शनिक चर्चा प्रदान की थी। अरस्तू के विचार में, स्थलीय क्षेत्र में चार तत्व होते हैं जो विभिन्न "प्राकृतिक स्थानों" पर आराम करते हैं। अरस्तू का मानना ​​था कि पृथ्वी पर गतिहीन वस्तुएं, जो ज्यादातर पृथ्वी और पानी के तत्वों से बनी हैं, जमीन पर अपने प्राकृतिक स्थान पर हैं और अगर उन्हें अकेला छोड़ दिया जाए तो वे उसी तरह बनी रहेंगी। उन्होंने अपने "प्राकृतिक स्थान" (जैसे, भारी पिंडों के गिरने के लिए) को खोजने के लिए वस्तुओं की सहज प्रवृत्ति के बीच अंतर किया, जिसके कारण "प्राकृतिक गति" और अप्राकृतिक या मजबूर गति हुई, जिसके लिए एक बल के निरंतर आवेदन की आवश्यकता थी। स्तुओं के चलने के दैनिक अनुभव पर आधारित यह सिद्धांत, जैसे कि एक गाड़ी को गतिमान रखने के लिए आवश्यक बल के निरंतर अनुप्रयोग में, प्रक्षेप्य के व्यवहार के लिए लेखांकन में वैचारिक परेशानी, जैसे कि तीरों की उड़ान थी। जिस स्थान पर तीरंदाज प्रक्षेप्य को ले जाता है वह उड़ान की शुरुआत में था, और जब प्रक्षेप्य हवा के माध्यम से चला गया, तो कोई भी स्पष्ट कुशल कारण उस पर कार्य नहीं करता था। अरस्तू इस समस्या से अवगत थे और उन्होंने प्रस्तावित किया कि प्रक्षेप्य के मार्ग से विस्थापित हवा प्रक्षेप्य को उसके लक्ष्य तक ले जाती है। यह स्पष्टीकरण सामान्य रूप से स्थान परिवर्तन के लिए हवा की तरह सातत्य की मांग करता है।

6 वीं शताब्दी में जॉन फिलोपोनस द्वारा पहली बार मध्यकालीन विज्ञान में अरिस्टोटेलियन भौतिकी को आलोचना का सामना करना पड़ा था।

17 वीं शताब्दी के गैलीलियो गैलीली के काम तक अरिस्टोटेलियन भौतिकी की कमियों को पूरी तरह से ठीक नहीं किया जाएगा, जो देर से मध्ययुगीन विचार से प्रभावित था कि मजबूर गति में वस्तुओं ने प्रोत्साहन की एक सहज शक्ति ले ली थी। गैलीलियो ने एक प्रयोग का निर्माण किया जिसमें गति के अरिस्टोटेलियन सिद्धांत को खारिज करने के लिए पत्थर और तोप के गोले दोनों को एक झुकाव के नीचे घुमाया गया था। उन्होंने दिखाया कि पिंडों को गुरुत्वाकर्षण द्वारा उस हद तक त्वरित किया गया था जो उनके द्रव्यमान से स्वतंत्र था और तर्क दिया कि जब तक बल द्वारा कार्य नहीं किया जाता है, तब तक वस्तुएं अपना वेग बनाए रखती हैं, उदाहरण के लिए घर्षण था।

17वीं शताब्दी की शुरुआत में, न्यूटन के प्रिंसिपिया से पहले, शब्द "बल"(vis) कई भौतिक और गैर-भौतिक घटनाओं के लिए लागू किया गया था, उदाहरण के लिए, एक बिंदु के त्वरण के लिए। एक बिंदु द्रव्यमान और उसके वेग के वर्ग के गुणनफल को लाइबनिज़ द्वारा विवा (जीवित बल) नाम दिया गया था। बल की आधुनिक अवधारणा न्यूटन के विज़ मोट्रिक्स (त्वरक बल) से मेल खाती है।

 न्यूटनियन यांत्रिकी 

सर आइजैक न्यूटन ने जड़ता और बल की अवधारणाओं का उपयोग करते हुए सभी वस्तुओं की गति का वर्णन किया, और ऐसा करने में उन्होंने पाया कि वे कुछ संरक्षण कानूनों का पालन करते हैं। 1687 में, न्यूटन ने अपनी थीसिस फिलॉसॉफी नेचुरलिस प्रिंसिपिया मैथेमेटिका प्रकाशित की थी। इस काम में न्यूटन ने गति के तीन नियम निर्धारित किए कि आज तक जिस तरह से भौतिकी में बलों का वर्णन किया जाता है।

 प्रथम कानून  न्यूटन के गति के पहले नियम में कहा गया है कि जब तक बाहरी शुद्ध बल (परिणामी बल) द्वारा कार्य नहीं किया जाता है, तब तक वस्तुएं निरंतर वेग की स्थिति में चलती रहती हैं। यह कानून गैलीलियो की अंतर्दृष्टि का विस्तार है कि निरंतर वेग शुद्ध बल की कमी से जुड़ा था (नीचे इसका अधिक विस्तृत विवरण देखें)। न्यूटन ने प्रस्तावित किया कि द्रव्यमान वाली प्रत्येक वस्तु में एक जन्मजात जड़ता होती है जो "आराम की प्राकृतिक अवस्था" के अरिस्टोटेलियन विचार के स्थान पर मौलिक संतुलन "प्राकृतिक अवस्था" के रूप में कार्य करती है। अर्थात्, न्यूटन का अनुभवजन्य पहला नियम सहज ज्ञान युक्त अरिस्टोटेलियन विश्वास का खंडन करता है कि किसी वस्तु को निरंतर वेग से गतिमान रखने के लिए एक शुद्ध बल की आवश्यकता होती है। आराम को गैर-शून्य स्थिर वेग से भौतिक रूप से अप्रभेद्य बनाकर, न्यूटन का पहला नियम सीधे जड़ता को सापेक्ष वेग की अवधारणा से जोड़ता है। विशेष रूप से, उन प्रणालियों में जहां वस्तुएं विभिन्न वेगों के साथ आगे बढ़ रही हैं, यह निर्धारित करना असंभव है कि कौन सी वस्तु "गति में" है और कौन सी वस्तु "आराम पर" है। भौतिकी के नियम संदर्भ के प्रत्येक जड़त्वीय फ्रेम में समान हैं, अर्थात, एक गैलिलियन परिवर्तन से संबंधित सभी फ्रेमों में हैं।

उदाहरण के लिए, एक गतिमान वाहन में स्थिर वेग से यात्रा करते समय, भौतिकी के नियम उसकी गति के परिणामस्वरूप नहीं बदलते हैं। यदि वाहन के भीतर सवार कोई व्यक्ति गेंद को सीधे ऊपर फेंकता है, तो वह व्यक्ति इसे लंबवत रूप से ऊपर उठता हुआ और लंबवत रूप से गिरता हुआ देखेगा और वाहन की गति की दिशा में बल नहीं लगाना होगा। एक अन्य व्यक्ति, गतिमान वाहन को पास से गुजरते हुए देखता है, गेंद को वाहन की गति के समान दिशा में एक घुमावदार परवलयिक पथ का अनुसरण करता है। यह गेंद की जड़ता है जो वाहन की गति की दिशा में अपने निरंतर वेग से जुड़ी होती है जो सुनिश्चित करती है कि गेंद ऊपर फेंके जाने और वापस नीचे गिरने पर भी आगे बढ़ती रहे। कार में बैठे व्यक्ति के दृष्टिकोण से, वाहन और उसके अंदर सब कुछ आराम पर है: यह बाहरी दुनिया है जो वाहन की विपरीत दिशा में निरंतर गति से आगे बढ़ रही है। चूंकि ऐसा कोई प्रयोग नहीं है जो यह भेद कर सके कि यह वाहन है जो आराम कर रहा है या बाहरी दुनिया आराम पर है, दोनों स्थितियों को शारीरिक रूप से अप्रभेद्य माना जाता है। जड़ता इसलिए स्थिर वेग गति के लिए उतनी ही अच्छी तरह से लागू होती है जितनी कि यह आराम करने के लिए करती है।

 दूसरा कानून 

न्यूटन के दूसरे नियम का एक आधुनिक कथन एक सदिश समीकरण है

जहां $$ \vec{p}$$ सिस्टम की गति है, और $$ \vec{F}$$  नेट है (सदिश राशि) बल। यदि कोई पिंड संतुलन में है, तो परिभाषा के अनुसार शून्य शुद्ध बल है (फिर भी संतुलित बल मौजूद हो सकते हैं)। इसके विपरीत, दूसरा नियम कहता है कि यदि किसी वस्तु पर असंतुलित बल कार्य कर रहा है, तो समय के साथ वस्तु का संवेग बदल जाएगा।

गति की परिभाषा से,$$\vec{F} = \frac{\mathrm{d}\vec{p}}{\mathrm{d}t} = \frac{\mathrm{d}\left(m\vec{v}\right)}{\mathrm{d}t},$$जहां m द्रव्यमान है और $$ \vec{v}$$ वेग है।

यदि न्यूटन का दूसरा नियम स्थिर द्रव्यमान वाले निकाय पर लागू होता है, m को व्युत्पन्न संकारक के बाहर ले जाया जा सकता है। समीकरण तब बन जाता है$$\vec{F} = m\frac{\mathrm{d}\vec{v}}{\mathrm{d}t}.$$त्वरण की परिभाषा को प्रतिस्थापित करके, न्यूटन के दूसरे कानून का बीजीय संस्करण व्युत्पन्न है:न्यूटन ने कभी भी ऊपर दिए गए कम रूप में सूत्र को स्पष्ट रूप से नहीं बताया है।

न्यूटन का दूसरा नियम बल के त्वरण की प्रत्यक्ष आनुपातिकता और द्रव्यमान के त्वरण की व्युत्क्रम आनुपातिकता पर जोर देता है। गतिज माप के माध्यम से त्वरण को परिभाषित किया जा सकता है। हालाँकि, उन्नत भौतिकी में संदर्भ फ्रेम विश्लेषण के माध्यम से किनेमेटिक्स का अच्छी तरह से वर्णन किया गया है, फिर भी गहरे प्रश्न हैं जो द्रव्यमान की उचित परिभाषा क्या है। सामान्य सापेक्षता अंतरिक्ष-समय और द्रव्यमान के बीच एक समानता प्रदान करती है, लेकिन क्वांटम गुरुत्व के एक सुसंगत सिद्धांत की कमी के कारण, यह स्पष्ट नहीं है कि यह संबंध सूक्ष्मदर्शी पर कैसे प्रासंगिक है या नहीं। कुछ औचित्य के साथ, कानून को समानता के रूप में लिखकर न्यूटन के दूसरे कानून को द्रव्यमान की मात्रात्मक परिभाषा के रूप में लिया जा सकता है, बल और द्रव्यमान की सापेक्ष इकाइयाँ तब स्थिर होती हैं।

कुछ पाठ्यपुस्तकें बल की परिभाषा के रूप में न्यूटन के दूसरे नियम का उपयोग करती हैं,  लेकिन यह अन्य पाठ्यपुस्तकों में नापसंद किया गया है।   उल्लेखनीय भौतिक विज्ञानी, दार्शनिक और गणितज्ञ जिन्होंने बल की अवधारणा की अधिक स्पष्ट परिभाषा की मांग की है, उनमें अर्नस्ट मच और वाल्टर नोल शामिल हैं।

न्यूटन के दूसरे नियम का उपयोग बलों की ताकत को मापने के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, ग्रहों के द्रव्यमान और उनकी कक्षाओं के त्वरण का ज्ञान वैज्ञानिकों को ग्रहों पर गुरुत्वाकर्षण बलों की गणना करने की अनुमति देता है।

तीसरा कानून
जब भी एक पिंड दूसरे पर बल लगाता है, तो बाद वाला एक साथ पहले पर समान और विपरीत बल लगाता है। सदिश रूप में, यदि $$\vec{F}_{1,2}$$ बॉडी 2 पर बॉडी 1 का बल है और 2 और $$\vec{F}_{2,1}$$ बॉडी 2 की बॉडी 1 पर, फिर$$\vec{F}_{1,2}=-\vec{F}_{2,1}.$$इस कानून को कभी-कभी क्रिया-प्रतिक्रिया कानून के रूप में संदर्भित किया जाता है, जिसमें $$ \vec{F}_{1,2}$$ एक्शन कहा जाता है। और $$ -\vec{F}_{2,1}$$ प्रतिक्रिया ।

न्यूटन का तीसरा नियम उन स्थितियों में समरूपता लागू करने का परिणाम है जहां विभिन्न वस्तुओं की उपस्थिति के लिए बलों को जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। तीसरे नियम का अर्थ है कि सभी बल विभिन्न निकायों के बीच परस्पर क्रिया हैं, और इस प्रकार एक दिशाहीन बल या बल जैसी कोई चीज नहीं है जो केवल एक शरीर पर कार्य करती है।

ऑब्जेक्ट 1 और ऑब्जेक्ट 2 से बनी एक प्रणाली में, सिस्टम पर उनकी पारस्परिक बातचीत के कारण शुद्ध बल शून्य है:$$\vec{F}_{1,2}+\vec{F}_{2,1}=0.$$आम तौर पर, कणों की एक बंद प्रणाली में, सभी आंतरिक बल संतुलित होते हैं। कण एक -दूसरे के संबंध में तेजी ला सकते हैं लेकिन सिस्टम के द्रव्यमान का केंद्र तेजी नहीं बनाएगा।यदि कोई बाहरी बल सिस्टम पर कार्य करता है, तो यह सिस्टम के द्रव्यमान द्वारा विभाजित बाहरी बल के परिमाण के अनुपात में द्रव्यमान के केंद्र को तेज कर देगा।

न्यूटन के दूसरे और तीसरे कानूनों को मिलाकर, यह दिखाना संभव है कि एक प्रणाली की रैखिक गति संरक्षित है। दो कणों की एक प्रणाली में, अगर $$ \vec{p}_1$$ ऑब्जेक्ट 1 और की गति है $$ \vec{p}_{2}$$ ऑब्जेक्ट 2 की गति, फिर$$\frac{\mathrm{d}\vec{p}_1}{\mathrm{d}t} + \frac{\mathrm{d}\vec{p}_2}{\mathrm{d}t}= \vec{F}_{1,2} + \vec{F}_{2,1} = 0.$$इसी तरह के तर्कों का उपयोग करते हुए, इसे एक प्रणाली में कणों की मनमानी संख्या के साथ सामान्यीकृत किया जा सकता है। सामान्य तौर पर, जब तक सभी बल वस्तुओं के द्रव्यमान के साथ परस्पर क्रिया के कारण होते हैं, तब तक एक प्रणाली को परिभाषित करना संभव है जैसे कि शुद्ध गति न कभी खोती है और न ही प्राप्त होती है।

 सापेक्षता का विशेष सिद्धांत 

पेक्षता के विशेष सिद्धांत में, द्रव्यमान और ऊर्जा समतुल्य हैं (जैसा कि किसी वस्तु को गति देने के लिए आवश्यक कार्य की गणना करके देखा जा सकता है)। जब किसी वस्तु का वेग बढ़ता है, तो उसकी ऊर्जा भी बढ़ जाती है और इसलिए उसका द्रव्यमान समतुल्य (जड़त्व) हो जाता है। इस प्रकार इसे कम वेग की तुलना में उतनी ही मात्रा में तेज करने के लिए अधिक बल की आवश्यकता होती है। न्यूटन का दूसरा नियम $$\vec{F} = \frac{\mathrm{d}\vec{p}}{\mathrm{d}t}$$ मान्य रहता है क्योंकि यह एक गणितीय परिभाषा है। लेकिन सापेक्षतावादी गति को संरक्षित करने के लिए, इसे फिर से परिभाषित किया जाना चाहिए: $$ \vec{p} = \frac{m_0\vec{v}}{\sqrt{1 - v^2/c^2}},$$ कहाँ पे $$m_0$$ बाकी द्रव्यमान है और $$c$$ प्रकाश की गति।

निरंतर गैर-शून्य आराम द्रव्यमान के साथ एक कण के लिए बल और त्वरण से संबंधित सापेक्ष अभिव्यक्ति $$m$$ में चल रहा है $$x$$ दिशा है: $$\vec{F} = \left(\gamma^3 m a_x, \gamma m a_y, \gamma m a_z\right),$$ कहाँ पे

लोरेंट्ज़ कारक कहा जाता है।

सापेक्षता के प्रारंभिक इतिहास में, व्यंजकों $$\gamma^3 m$$ तथा $$\gamma m$$ m को अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ द्रव्यमान कहा जाता था। सापेक्षतावादी बल एक निरंतर त्वरण उत्पन्न नहीं करता है, लेकिन जैसे-जैसे वस्तु प्रकाश की गति के करीब पहुंचती है, एक लगातार घटती त्वरण उत्पन्न होती है। ध्यान दें कि $$ \gamma$$ असीमित रूप से एक अनंत मान तक पहुंचता है और एक गैर-शून्य आराम द्रव्यमान वाले ऑब्जेक्ट के लिए अपरिभाषित होता है क्योंकि यह प्रकाश की गति के करीब पहुंचता है, और

यदि $$v$$ की तुलना में बहुत छोटा है $$c$$, फिर $$\gamma$$ 1 और के बहुत करीब है $$F = m a$$निकट सन्निकटन है। हालांकि, सापेक्षता में उपयोग के लिए, कोई भी के रूप को पुनर्स्थापित कर सकता है$$F^\mu = mA^\mu $$चार-सदिशों के उपयोग के माध्यम से। सापेक्षता में यह संबंध सही है जब $$F^\mu$$ चार-बल है, $$m$$ अपरिवर्तनीय द्रव्यमान है, और $$A^\mu$$ चार-त्वरण है।

 विवरण  चूंकि बलों को धक्का या खींचने के रूप में माना जाता है, इसलिए यह बलों का वर्णन करने के लिए एक सहज समझ प्रदान कर सकता है। अन्य भौतिक अवधारणाओं (जैसे तापमान) के साथ, बलों की सहज समझ को सटीक परिचालन परिभाषाओं का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है जो प्रत्यक्ष टिप्पणियों के अनुरूप होते हैं और एक मानक माप पैमाने की तुलना में होते हैं। प्रयोग के माध्यम से, यह निर्धारित किया जाता है कि बलों के प्रयोगशाला माप न्यूटनियन यांत्रिकी द्वारा प्रस्तावित बल की अवधारणात्मक परिभाषा के अनुरूप हैं।

बल एक विशेष दिशा में कार्य करते हैं और आकार इस पर निर्भर करते हैं कि धक्का या खिंचाव कितना मजबूत है। इन विशेषताओं के कारण, बलों को "सदिश मात्रा" के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। इसका मतलब यह है कि बल भौतिक मात्राओं की तुलना में गणितीय नियमों के एक अलग सेट का पालन करते हैं जिनमें दिशा नहीं होती है (दिखाए गए स्केलर मात्रा)। उदाहरण के लिए, यह निर्धारित करते समय कि क्या होता है जब दो बल एक ही वस्तु पर कार्य करते हैं, परिणाम की गणना करने के लिए दोनों बलों के परिमाण और दिशा दोनों को जानना आवश्यक है। यदि इन दोनों सूचनाओं के टुकड़े प्रत्येक बल के लिए ज्ञात नहीं हैं, तो स्थिति अस्पष्ट है। उदाहरण के लिए, यदि आप जानते हैं कि दो लोग एक ही रस्सी पर बल के ज्ञात परिमाण के साथ खींच रहे हैं, लेकिन आप यह नहीं जानते हैं कि कोई भी व्यक्ति किस दिशा में खींच रहा है, तो यह निर्धारित करना असंभव है कि रस्सी का त्वरण क्या होगा। रस्साकशी के रूप में दो लोग एक दूसरे के खिलाफ खींच रहे हो सकते हैं या दो लोग एक ही दिशा में खींच रहे हो सकते हैं। इस सरल एक-आयामी उदाहरण में, बलों की दिशा को जाने बिना यह तय करना असंभव है कि क्या शुद्ध बल दो बल परिमाणों को जोड़ने या एक को दूसरे से घटाने का परिणाम है। सदिशों के साथ बलों को जोड़ने से ऐसी समस्याओं से बचा जा सकता है।

ऐतिहासिक रूप से, बलों को पहले स्थैतिक संतुलन की स्थितियों में मात्रात्मक रूप से जांचा गया था जहां कई बलों ने एक दूसरे को रद्द कर दिया था। इस तरह के प्रयोग महत्वपूर्ण गुणों को प्रदर्शित करते हैं कि बल योगात्मक सदिश राशियाँ हैं: उनके पास परिमाण और दिशा होती है। जब दो बल एक बिंदु कण पर कार्य करते हैं, परिणामी बल, परिणामी (जिसे शुद्ध बल भी कहा जाता है), वेक्टर जोड़ के समानांतर चतुर्भुज नियम का पालन करके निर्धारित किया जा सकता है: एक समांतर चतुर्भुज के पक्षों द्वारा दर्शाए गए दो वैक्टरों का जोड़, एक समतुल्य देता है परिणामी सदिश जो परिमाण और दिशा में समांतर चतुर्भुज के अनुप्रस्थ के बराबर है। परिणामी का परिमाण दो बलों के परिमाण के अंतर से उनके योग में भिन्न होता है, जो उनकी कार्रवाई की रेखाओं के बीच के कोण पर निर्भर करता है। हालांकि, यदि बल एक विस्तारित शरीर पर कार्य कर रहे हैं, तो शरीर की गति पर उनके प्रभावों को ध्यान में रखते हुए उनके आवेदन की संबंधित पंक्तियों को भी निर्दिष्ट किया जाना चाहिए।

सिस्टम पर काम करने वाले बलों का ट्रैक रखने के लिए फ्री-बॉडी आरेखों का उपयोग सुविधाजनक तरीके के रूप में किया जा सकता है। आदर्श रूप से, इन आरेखों को संरक्षित बल वैक्टर के कोणों और सापेक्ष परिमाण के साथ तैयार किया जाता है ताकि शुद्ध बल निर्धारित करने के लिए ग्राफिकल वेक्टर जोड़ किया जा सकता है।

साथ ही जोड़ा जा रहा है, बलों को एक दूसरे को समकोण पर स्वतंत्र घटकों में भी हल किया जा सकता है।उत्तर -पूर्व की ओर इशारा करते हुए एक क्षैतिज बल को दो बलों में विभाजित किया जा सकता है, एक उत्तर की ओर इशारा करता है, और एक पूर्व की ओर इशारा करता है।वेक्टर जोड़ का उपयोग करके इन घटक बलों को संक्षेप में मूल बल मिलता है।आधार वैक्टर के एक सेट के घटकों में बल वैक्टर को हल करना अक्सर परिमाण और दिशाओं का उपयोग करने की तुलना में बलों का वर्णन करने के लिए एक अधिक गणितीय रूप से स्वच्छ तरीका होता है। ऐसा इसलिए है, क्योंकि ऑर्थोगोनल घटकों के लिए, वेक्टर योग के घटकों को व्यक्तिगत वैक्टर के घटकों के स्केलर जोड़ द्वारा विशिष्ट रूप से निर्धारित किया जाता है।ऑर्थोगोनल घटक एक -दूसरे से स्वतंत्र होते हैं क्योंकि एक -दूसरे के लिए नब्बे डिग्री पर काम करने वाले बलों का दूसरे की परिमाण या दिशा पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।ऑर्थोगोनल आधार वैक्टर का एक सेट चुनना अक्सर यह विचार करके किया जाता है कि आधार वैक्टर का क्या सेट गणित को सबसे सुविधाजनक बना देगा।एक आधार वेक्टर का चयन करना जो एक ही दिशा में है, जैसा कि बलों में से एक वांछनीय है, क्योंकि उस बल में केवल एक गैर-शून्य घटक होगा।ऑर्थोगोनल फोर्स वैक्टर तीसरे घटक के साथ तीन-आयामी हो सकते हैं, जो अन्य दो के लिए दाहिने-कोण पर हो सकते हैं।

संतुलन
जब किसी वस्तु पर कार्य करने वाली सभी ताकतें संतुलित होती हैं, तो ऑब्जेक्ट को संतुलन की स्थिति में कहा जाता है।इसलिए, संतुलन तब होता है जब एक बिंदु कण पर कार्य करने वाला परिणामी बल शून्य होता है (यानी, सभी बलों का वेक्टर योग शून्य होता है)।विस्तारित शरीर के साथ काम करते समय, यह भी आवश्यक है कि नेट टॉर्क शून्य हो।

संतुलन के दो प्रकार हैं: स्थैतिक संतुलन और गतिशील संतुलन।

स्थैतिक
शास्त्रीय यांत्रिकी के आविष्कार से पहले स्थिर संतुलन को अच्छी तरह से समझा गया था।जो वस्तुएं आराम से होती हैं, उन पर शून्य शुद्ध बल होता है। स्थैतिक संतुलन का सबसे सरल मामला तब होता है जब दो बल परिमाण में समान होते हैं लेकिन दिशा में विपरीत होते हैं।उदाहरण के लिए, एक स्तर की सतह पर एक वस्तु को गुरुत्वाकर्षण के बल से पृथ्वी के केंद्र की ओर नीचे (आकर्षित) खींचा जाता है।इसी समय, एक बल सतह द्वारा लागू किया जाता है जो नीचे की ओर बल को समान ऊपर की ओर बल (एक सामान्य बल कहा जाता है) के साथ नीचे की ओर का विरोध करता है।स्थिति शून्य शुद्ध बल पैदा करती है और इसलिए कोई त्वरण नहीं है।

एक वस्तु के खिलाफ धक्का जो एक घर्षण सतह पर टिकी हुई है, एक ऐसी स्थिति में परिणाम हो सकती है जहां वस्तु नहीं चलती है क्योंकि लागू बल स्थैतिक घर्षण द्वारा विरोध किया जाता है, वस्तु और तालिका की सतह के बीच उत्पन्न होता है।बिना किसी आंदोलन वाली स्थिति के लिए, स्थिर घर्षण बल लागू बल को संतुलित करता है जिसके परिणामस्वरूप कोई त्वरण नहीं होता है।सतह और वस्तु के बीच संपर्क की विशेषताओं द्वारा निर्धारित एक ऊपरी सीमा तक लागू बल के जवाब में स्थैतिक घर्षण बढ़ जाता है या घट जाता है।

दो बलों के बीच एक स्थिर संतुलन बलों को मापने का सबसे सामान्य तरीका है, जिसमें तराजू और वसंत संतुलन जैसे सरल उपकरणों का उपयोग किया जाता है।उदाहरण के लिए, एक ऊर्ध्वाधर वसंत पैमाने पर निलंबित एक वस्तु वसंत प्रतिक्रिया बल द्वारा लागू बल द्वारा संतुलित वस्तु पर कार्य करने वाले गुरुत्वाकर्षण के बल का अनुभव करती है, जो वस्तु के वजन के बराबर है।इस तरह के उपकरणों का उपयोग करते हुए, कुछ मात्रात्मक बल कानूनों की खोज की गई थी: कि गुरुत्वाकर्षण का बल निरंतर घनत्व की वस्तुओं के लिए मात्रा के लिए आनुपातिक है (मानक भार को परिभाषित करने के लिए सहस्राब्दी के लिए व्यापक रूप से शोषण किया गया);उछाल के लिए आर्किमिडीज का सिद्धांत;लीवर के आर्किमिडीज का विश्लेषण;गैस के दबाव के लिए बॉयल का कानून;और स्प्रिंग्स के लिए हुक का कानून।इसहाक न्यूटन ने अपने न्यूटन के प्रस्ताव के नियमों को उजागर करने से पहले इन सभी को तैयार और प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित किया था। गति के तीन कानून।

गतिशील
गतिशील संतुलन को पहले गैलीलियो द्वारा वर्णित किया गया था, जिन्होंने देखा कि अरिस्टोटेलियन भौतिकी की कुछ मान्यताओं को टिप्पणियों और तर्क द्वारा विरोधाभास किया गया था। गैलीलियो ने महसूस किया कि सरल वेग जोड़ की मांग है कि एक पूर्ण आराम फ्रेम की अवधारणा मौजूद नहीं थी। गैलीलियो ने निष्कर्ष निकाला कि एक निरंतर वेग में गति पूरी तरह से आराम करने के बराबर थी। यह अरस्तू के आराम की एक प्राकृतिक स्थिति की धारणा के विपरीत था, जो बड़े पैमाने पर स्वाभाविक रूप से वस्तुओं के साथ संपर्क करता है। सरल प्रयोगों से पता चला कि गैलीलियो की निरंतर वेग और आराम के समतुल्यता की समझ सही थी। उदाहरण के लिए, यदि एक मेरिनर ने एक निरंतर वेग पर चलते हुए एक जहाज के कौवा के घोंसले से एक तोप का गोला गिरा दिया, तो अरिस्टोटेलियन भौतिकी में तोप का गोला सीधे गिर जाएगा, जबकि जहाज इसके नीचे चला गया। इस प्रकार, एक अरिस्टोटेलियन ब्रह्मांड में, गिरने वाला तोप का गोला एक चलती जहाज के मस्तूल के पैर के पीछे उतरेगा। हालांकि, जब यह प्रयोग वास्तव में आयोजित किया जाता है, तो तोप का गोला हमेशा मस्तूल के पैर पर गिरता है, जैसे कि तोपबॉल जहाज से अलग होने के बावजूद यात्रा करना जानता है। चूंकि तोप केबॉल पर कोई आगे की क्षैतिज बल लागू नहीं होता है क्योंकि यह गिरता है, एकमात्र निष्कर्ष बचा है कि तोपबॉल नाव के समान वेग के साथ आगे बढ़ना जारी रखता है जैसे कि यह गिरता है। इस प्रकार, कैननबॉल को निरंतर आगे के वेग पर रखने के लिए किसी भी बल की आवश्यकता नहीं है।

इसके अलावा, निरंतर वेग पर यात्रा करने वाली कोई भी वस्तु शून्य शुद्ध बल (परिणामी बल) के अधीन होनी चाहिए।यह गतिशील संतुलन की परिभाषा है: जब एक वस्तु संतुलन पर सभी बल लेकिन यह अभी भी एक निरंतर वेग पर चलता है।

गतिशील संतुलन का एक सरल मामला गतिज घर्षण के साथ एक सतह पर निरंतर वेग गति में होता है।ऐसी स्थिति में, गति की दिशा में एक बल लागू किया जाता है जबकि गतिज घर्षण बल वास्तव में लागू बल का विरोध करता है।इससे शून्य शुद्ध बल होता है, लेकिन चूंकि ऑब्जेक्ट एक गैर-शून्य वेग के साथ शुरू हुआ था, इसलिए यह एक गैर-शून्य वेग के साथ आगे बढ़ता रहता है।अरस्तू ने लागू बल के कारण होने के कारण इस प्रस्ताव को गलत समझा।हालांकि, जब काइनेटिक घर्षण को ध्यान में रखा जाता है, तो यह स्पष्ट होता है कि निरंतर वेग गति का कारण होने वाला कोई शुद्ध बल नहीं है।

क्वांटम यांत्रिकी में बल
धारणा बल क्वांटम यांत्रिकी में अपना अर्थ रखता है, हालांकि एक अब शास्त्रीय चर के बजाय ऑपरेटरों के साथ काम कर रहा है और हालांकि भौतिकी को अब न्यूटोनियन समीकरणों के बजाय श्रोडिंगर समीकरण द्वारा वर्णित किया गया है।इसका परिणाम यह है कि एक माप के परिणाम अब कभी -कभी मात्रा निर्धारित किए जाते हैं, अर्थात वे असतत भागों में दिखाई देते हैं।यह, निश्चित रूप से, बलों के संदर्भ में कल्पना करना मुश्किल है।हालांकि, क्षमता$F$ या फ़ील्ड, जिसमें से बलों को आम तौर पर व्युत्पन्न किया जा सकता है, को शास्त्रीय स्थिति चर के समान व्यवहार किया जाता है, अर्थात्, $$V(x,y,z)\to {\hat V}(\hat x,\hat y,\hat z)$$।

यह केवल क्वांटम फील्ड सिद्धांत के ढांचे में अलग हो जाता है, जहां इन क्षेत्रों को भी मात्राबद्ध किया जाता है।

हालांकि, पहले से ही क्वांटम यांत्रिकी में एक चेतावनी है, अर्थात् एक दूसरे पर काम करने वाले कणों में न केवल स्थानिक चर है, बल्कि एक असतत आंतरिक कोणीय गति-जैसे चर भी है जिसे स्पिन कहा जाता है, और अंतरिक्ष से संबंधित पाउली बहिष्करण सिद्धांत है। और स्पिन चर। स्पिन के मूल्य के आधार पर, समान कण दो अलग -अलग वर्गों, फ़र्मियन और बोसोन में विभाजित होते हैं। यदि दो समान फर्मों (जैसे इलेक्ट्रॉनों) में एक सममित स्पिन फ़ंक्शन (जैसे समानांतर स्पिन) होता है, तो स्थानिक चर को एंटीसिमेट्रिक होना चाहिए (यानी वे एक -दूसरे को अपने स्थानों से बहुत कुछ बाहर करते हैं जैसे कि एक प्रतिकारक बल था), और इसके विपरीत, अर्थात् एंटीपार्लेलेल के लिए, अर्थात स्पिन्स स्थिति चर सममित होना चाहिए (यानी स्पष्ट बल आकर्षक होना चाहिए)। इस प्रकार दो फर्मों के मामले में स्थानिक और स्पिन चर के बीच एक कड़ाई से नकारात्मक सहसंबंध होता है, जबकि दो बोसों के लिए (जैसे कि विद्युत चुम्बकीय तरंगों, फोटॉन की मात्रा) सहसंबंध सख्ती से सकारात्मक है।

इस प्रकार धारणा बल पहले से ही इसके अर्थ का हिस्सा खो देता है।

फेनमैन आरेख
आधुनिक कण भौतिकी में, बलों और कणों के त्वरण को एक गणितीय उप-उत्पाद के रूप में समझाया जाता है, जो गति ले जाने वाले गेज बोसों के आदान-प्रदान के उत्पाद के रूप में है।क्वांटम फील्ड थ्योरी और सामान्य सापेक्षता के विकास के साथ, यह महसूस किया गया कि बल एक निरर्थक अवधारणा है जो गति के संरक्षण से उत्पन्न होती है (क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स में आभासी कणों की सापेक्षता और गति में 4-मोमेंटम)।गति के संरक्षण को सीधे अंतरिक्ष की समरूपता या समरूपता से प्राप्त किया जा सकता है और इसलिए आमतौर पर एक बल की अवधारणा से अधिक मौलिक माना जाता है।इस प्रकार वर्तमान में ज्ञात मौलिक बलों को मौलिक बातचीत के लिए अधिक सटीक रूप से माना जाता है। जब कण A उत्सर्जित (बनाता है) या अवशोषित करता है (वर्गीकरण) वर्चुअल कण B, कणों की पुनरावृत्ति के परिणामस्वरूप कणों की पुनरावृत्ति होती है, तो कणों के बीच प्रतिकर्षण या आकर्षण की छाप बनाती है। ए 'का आदान -प्रदान। यह विवरण मौलिक बातचीत से उत्पन्न होने वाले सभी बलों पर लागू होता है। जबकि परिष्कृत गणितीय विवरणों को भविष्यवाणी करने के लिए आवश्यक है, पूर्ण विस्तार से, इस तरह की बातचीत का सटीक परिणाम, फेनमैन आरेखों के उपयोग के माध्यम से इस तरह की बातचीत का वर्णन करने के लिए एक वैचारिक रूप से सरल तरीका है। एक फेनमैन आरेख में, प्रत्येक पदार्थ कण को ​​समय के माध्यम से यात्रा करने वाले एक सीधी रेखा (वर्ल्ड लाइन देखें) के रूप में दर्शाया जाता है, जो आम तौर पर आरेख में दाईं ओर बढ़ता है। फेनमैन आरेख के माध्यम से प्रसार की दिशा को छोड़कर पदार्थ और एंटी-मैटर कण समान हैं। कणों की विश्व रेखाएं इंटरैक्शन कोने में प्रतिच्छेद करती हैं, और फेनमैन आरेख कण विश्व रेखाओं की दिशा में एक संबद्ध तात्कालिक परिवर्तन के साथ वर्टेक्स पर होने वाली बातचीत से उत्पन्न होने वाली किसी भी बल का प्रतिनिधित्व करता है। गेज बोसोन को वर्टेक्स से लहराती लाइनों के रूप में दूर उत्सर्जित किया जाता है और, आभासी कण विनिमय के मामले में, एक आसन्न शीर्ष पर अवशोषित होते हैं। फेनमैन आरेखों की उपयोगिता यह है कि अन्य प्रकार की भौतिक घटनाएं जो मौलिक बातचीत की सामान्य तस्वीर का हिस्सा हैं, लेकिन वैचारिक रूप से बलों से अलग हैं, उन्हें समान नियमों का उपयोग करके भी वर्णित किया जा सकता है।उदाहरण के लिए, एक फेनमैन आरेख Succint विस्तार से वर्णन कर सकता है कि कैसे एक न्यूट्रॉन एक इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, और न्यूट्रिनो में फैलता है, एक ही गेज बोसोन द्वारा मध्यस्थता की गई बातचीत जो कमजोर परमाणु बल के लिए जिम्मेदार है।

मौलिक बल
ब्रह्मांड के सभी ज्ञात बलों को चार मौलिक बातचीत में वर्गीकृत किया गया है।मजबूत और कमजोर बल केवल बहुत कम दूरी पर कार्य करते हैं, और न्यूक्लियंस और यौगिक नाभिक सहित उप -परमाणु कणों के बीच बातचीत के लिए जिम्मेदार हैं।विद्युत चुम्बकीय बल विद्युत आवेशों के बीच कार्य करता है, और गुरुत्वाकर्षण बल जनता के बीच कार्य करता है।प्रकृति में अन्य सभी बल इन चार मौलिक बातचीत से प्राप्त होते हैं।उदाहरण के लिए, घर्षण दो सतहों के परमाणुओं और पाउली बहिष्करण सिद्धांत के बीच अभिनय करने वाले विद्युत चुम्बकीय बल की अभिव्यक्ति है, जो परमाणुओं को एक दूसरे से गुजरने की अनुमति नहीं देता है।इसी तरह, स्प्रिंग्स में बल, हुक के नियम द्वारा मॉडल किए गए, विद्युत चुम्बकीय बलों और पाउली बहिष्करण सिद्धांत का परिणाम है जो एक वस्तु को अपनी संतुलन स्थिति में वापस करने के लिए एक साथ काम कर रहा है।केन्द्रापसारक बल त्वरण बल हैं जो केवल संदर्भ के घूर्णन फ्रेम के त्वरण से उत्पन्न होते हैं। विभिन्न विचारों के एकीकरण से विकसित बलों के लिए मौलिक सिद्धांत।उदाहरण के लिए, सर आइजैक न्यूटन ने अपने गुरुत्वाकर्षण के अपने सार्वभौमिक सिद्धांत के साथ, पृथ्वी की सतह के पास गिरने वाली वस्तुओं के लिए जिम्मेदार बल को एकीकृत किया, जो पृथ्वी (चंद्रमा) के बारे में और सूर्य (के आसपास (चंद्रमा) के बारे में आकाशीय निकायों के गिरने के लिए जिम्मेदार बल के साथग्रह)।माइकल फैराडे और जेम्स क्लर्क मैक्सवेल ने प्रदर्शित किया कि विद्युत और चुंबकीय बलों को विद्युत चुम्बकीयवाद के एक सिद्धांत के माध्यम से एकीकृत किया गया था।20 वीं शताब्दी में, क्वांटम यांत्रिकी के विकास ने एक आधुनिक समझ का नेतृत्व किया कि पहले तीन मौलिक बल (सभी गुरुत्वाकर्षण को छोड़कर) मामले की अभिव्यक्तियाँ हैं (फ़र्मियन) ने आभासी कणों का आदान -प्रदान करके गेज बोसोन्स कहा। कण भौतिकी का यह मानक मॉडल बलों और एलईडी वैज्ञानिकों के बीच एक समानता मानता है, जो इलेक्ट्रोकेक सिद्धांत में कमजोर और विद्युत चुम्बकीय बलों के एकीकरण की भविष्यवाणी करता है, जिसे बाद में अवलोकन द्वारा पुष्टि की गई थी।मानक मॉडल का पूरा सूत्रीकरण एक अभी तक अप्रकाशित हिग्स तंत्र की भविष्यवाणी करता है, लेकिन न्यूट्रिनो दोलनों जैसे अवलोकन से पता चलता है कि मानक मॉडल अधूरा है।एक भव्य एकीकृत सिद्धांत जो मजबूत बल के साथ इलेक्ट्रोकेक इंटरैक्शन के संयोजन के लिए अनुमति देता है, को उम्मीदवार सिद्धांतों के साथ एक संभावना के रूप में आयोजित किया जाता है जैसे कि सुपरसिमेट्रीमेट्री ने भौतिकी में कुछ बकाया अनसुलझी समस्याओं को समायोजित करने का प्रस्ताव दिया।भौतिक विज्ञानी अभी भी आत्म-सुसंगत एकीकरण मॉडल विकसित करने का प्रयास कर रहे हैं जो सभी चार मौलिक बातचीत को हर चीज के सिद्धांत में जोड़ेंगे।आइंस्टीन ने इस प्रयास में कोशिश की और विफल रहा, लेकिन वर्तमान में इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए सबसे लोकप्रिय दृष्टिकोण स्ट्रिंग थ्योरी है।

गुरुत्वाकर्षण
अब जिसे हम गुरुत्व को कहते हैं, उसे इसहाक न्यूटन के काम तक एक सार्वभौमिक बल के रूप में पहचाना नहीं गया था।न्यूटन से पहले, वस्तुओं की पृथ्वी की ओर गिरने की प्रवृत्ति को खगोलीय वस्तुओं की गतियों से संबंधित नहीं समझा गया था।गैलीलियो को यह निर्धारित करके गिरने वाली वस्तुओं की विशेषताओं का वर्णन करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई गई थी कि फ्री-फॉल में प्रत्येक वस्तु का त्वरण वस्तु के द्रव्यमान से निरंतर और स्वतंत्र था।आज, पृथ्वी की सतह की ओर गुरुत्वाकर्षण के कारण यह त्वरण आमतौर पर नामित किया गया है $$ \vec{g}$$ और लगभग 9.81 मीटर प्रति सेकंड का परिमाण है (यह माप समुद्र के स्तर से लिया जाता है और स्थान के आधार पर भिन्न हो सकता है), और पृथ्वी के केंद्र की ओर इशारा करता है। इस अवलोकन का अर्थ है कि पृथ्वी की सतह पर किसी वस्तु पर गुरुत्वाकर्षण का बल वस्तु के द्रव्यमान के लिए सीधे आनुपातिक है।इस प्रकार एक वस्तु जिसका द्रव्यमान होता है $$m$$ एक बल का अनुभव होगा:

फ्री-फॉल में किसी ऑब्जेक्ट के लिए, यह बल निर्विरोध है और ऑब्जेक्ट पर शुद्ध बल इसका वजन है।मुक्त-पतन में नहीं होने वाली वस्तुओं के लिए, गुरुत्वाकर्षण बल का विरोध उनके समर्थन द्वारा लागू प्रतिक्रिया बलों द्वारा किया जाता है।उदाहरण के लिए, जमीन पर खड़ा एक व्यक्ति शून्य शुद्ध बल का अनुभव करता है, क्योंकि एक सामान्य बल (एक प्रतिक्रिया बल) उस व्यक्ति पर जमीन द्वारा ऊपर की ओर बढ़ाया जाता है जो उसके वजन का प्रतिकार करता है जो नीचे की ओर निर्देशित होता है।

गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत में न्यूटन का योगदान स्वर्गीय निकायों की गतियों को एकजुट करने के लिए था, जिसे अरस्तू ने माना था कि पृथ्वी पर गिरती गति देखी गई गति के साथ, निरंतर गति की एक प्राकृतिक स्थिति में थे।उन्होंने न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के नियम का प्रस्ताव रखा। गुरुत्वाकर्षण का कानून जो कि उन खगोलीय गतियों के लिए जिम्मेदार हो सकता है जो पहले केप्लर के ग्रहों की गति के कानूनों का उपयोग करके वर्णित थे।

न्यूटन को पता चला कि गुरुत्वाकर्षण के प्रभावों को बड़ी दूरी पर अलग -अलग तरीकों से देखा जा सकता है।विशेष रूप से, न्यूटन ने निर्धारित किया कि पृथ्वी के चारों ओर चंद्रमा के त्वरण को गुरुत्वाकर्षण के एक ही बल के लिए निर्दिष्ट किया जा सकता है यदि गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण एक व्युत्क्रम वर्ग कानून के रूप में कम हो गया।इसके अलावा, न्यूटन ने महसूस किया कि गुरुत्वाकर्षण के कारण एक शरीर का त्वरण दूसरे आकर्षित करने वाले शरीर के द्रव्यमान के लिए आनुपातिक है। इन विचारों को जोड़ने से एक सूत्र मिलता है जो द्रव्यमान से संबंधित होता है ($$ m_\oplus$$) और त्रिज्या ($$ R_\oplus$$) पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण त्वरण के लिए:

जहां वेक्टर दिशा दी जाती है $$\hat{r}$$, पृथ्वी के केंद्र से बाहर की ओर निर्देशित इकाई वेक्टर है।

इस समीकरण में, एक आयामी स्थिरांक $$G$$ गुरुत्वाकर्षण की सापेक्ष शक्ति का वर्णन करने के लिए उपयोग किया जाता है।इस निरंतरता को न्यूटन के सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के रूप में जाना जाता है, हालांकि इसका मूल्य न्यूटन के जीवनकाल में अज्ञात था।1798 तक हेनरी कैवेंडिश का पहला माप बनाने में सक्षम नहीं था $$G$$ एक मरोड़ संतुलन का उपयोग करना;यह जानने के बाद से पृथ्वी के द्रव्यमान के माप के रूप में प्रेस में व्यापक रूप से रिपोर्ट किया गया था $$G$$ उपरोक्त समीकरण को दिए गए पृथ्वी के द्रव्यमान के लिए हल करने की अनुमति दे सकता है।हालांकि, न्यूटन ने महसूस किया कि चूंकि सभी खगोलीय निकायों ने एक ही केप्लर के कानूनों का पालन किया था। प्रस्ताव के कानून, उनके गुरुत्वाकर्षण के नियम को सार्वभौमिक होना था।स्पष्ट रूप से कहा गया है, न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के नियम में कहा गया है कि द्रव्यमान के एक गोलाकार वस्तु पर बल $$m_1$$ द्रव्यमान के गुरुत्वाकर्षण खींच के कारण $$m_2$$ है

कहाँ पे $$r$$ द्रव्यमान के दो वस्तुओं के केंद्रों के बीच की दूरी है और $$\hat{r}$$ यूनिट वेक्टर पहले ऑब्जेक्ट के केंद्र से दूसरी वस्तु के केंद्र की ओर दिशा में इंगित किया गया है।

यह सूत्र 20 वीं शताब्दी तक सौर प्रणाली के भीतर गति के सभी बाद के विवरणों के आधार के रूप में खड़े होने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली था।उस समय के दौरान, गड़बड़ी विश्लेषण के परिष्कृत तरीके एक ग्रह, चंद्रमा, धूमकेतु या क्षुद्रग्रह पर कई निकायों के प्रभाव के कारण कक्षाओं के विचलन की गणना करने के लिए आविष्कार किया गया था।औपचारिकता गणितज्ञों को सटीक थी कि यह देखने से पहले नेपच्यून ग्रह के अस्तित्व की भविष्यवाणी करने की अनुमति दे। हालांकि, बुध की कक्षा में न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के कानून द्वारा भविष्यवाणी की गई थी।कुछ खगोल भौतिकीविदों ने एक अन्य ग्रह (वल्कन) के अस्तित्व की भविष्यवाणी की जो विसंगतियों की व्याख्या करेगा;हालाँकि ऐसा कोई ग्रह नहीं मिला।जब अल्बर्ट आइंस्टीन ने सामान्य सापेक्षता (जीआर) के अपने सिद्धांत को तैयार किया, तो उन्होंने अपना ध्यान पारा की कक्षा की समस्या पर बदल दिया और पाया कि उनके सिद्धांत ने एक सुधार जोड़ा, जो विसंगति के लिए जिम्मेदार हो सकता है।यह पहली बार था जब न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत को अक्षम दिखाया गया था। तब से, सामान्य सापेक्षता को उस सिद्धांत के रूप में स्वीकार किया गया है जो सबसे अच्छा गुरुत्वाकर्षण की व्याख्या करता है। जीआर में, गुरुत्वाकर्षण को एक बल के रूप में नहीं देखा जाता है, बल्कि, गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों में स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ने वाली वस्तुएं घुमावदार अंतरिक्ष-समय के माध्यम से सीधी रेखाओं में अपने स्वयं के जड़ता के तहत यात्रा करती हैं-दो अंतरिक्ष-समय की घटनाओं के बीच सबसे छोटे अंतरिक्ष-समय पथ के रूप में परिभाषित की जाती है। वस्तु के दृष्टिकोण से, सभी गति ऐसे होती है जैसे कि कोई गुरुत्वाकर्षण नहीं था। यह केवल तब होता है जब एक वैश्विक अर्थ में गति का अवलोकन किया जाता है कि अंतरिक्ष-समय की वक्रता देखी जा सकती है और बल वस्तु के घुमावदार पथ से अनुमान लगाया जाता है। इस प्रकार, अंतरिक्ष-समय में सीधी रेखा पथ को अंतरिक्ष में एक घुमावदार रेखा के रूप में देखा जाता है, और इसे वस्तु का बैलिस्टिक प्रक्षेपवक्र कहा जाता है। उदाहरण के लिए, जमीन से फेंक दिया गया एक बास्केटबॉल एक परबोला में चलता है, क्योंकि यह एक समान गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में है। इसका अंतरिक्ष-समय प्रक्षेपवक्र लगभग एक सीधी रेखा है, थोड़ा घुमावदार (कुछ प्रकाश-वर्ष के आदेश की वक्रता के त्रिज्या के साथ)। वस्तु की बदलती गति का समय व्युत्पन्न है जिसे हम गुरुत्वाकर्षण बल के रूप में लेबल करते हैं।

विद्युत चुम्बकीय
इलेक्ट्रोस्टैटिक बल को पहली बार 1784 में कूलम्ब द्वारा एक बल के रूप में वर्णित किया गया था जो दो आरोपों के बीच आंतरिक रूप से मौजूद था। इलेक्ट्रोस्टैटिक बल के गुण थे कि यह रेडियल दिशा में निर्देशित एक व्युत्क्रम वर्ग कानून के रूप में भिन्न था, दोनों आकर्षक और प्रतिकारक थे (आंतरिक ध्रुवीयता थी), चार्ज की गई वस्तुओं के द्रव्यमान से स्वतंत्र थी, और सुपरपोजिशन सिद्धांत का पालन किया।कूलम्ब का नियम इन सभी टिप्पणियों को एक बयान में एकजुट करता है। बाद के गणितज्ञों और भौतिकविदों ने अंतरिक्ष में किसी भी बिंदु पर इलेक्ट्रोस्टैटिक बल पर इलेक्ट्रोस्टैटिक बल का निर्धारण करने के लिए विद्युत क्षेत्र का निर्माण उपयोगी पाया।विद्युत क्षेत्र अंतरिक्ष में कहीं भी एक काल्पनिक परीक्षण शुल्क का उपयोग करने और फिर इलेक्ट्रोस्टैटिक बल को निर्धारित करने के लिए कूलम्ब के नियम का उपयोग करने पर आधारित था। इस प्रकार अंतरिक्ष में कहीं भी विद्युत क्षेत्र को परिभाषित किया गया है $$\vec{E} = {\vec{F} \over{q}}$$ कहाँ पे $$q$$ काल्पनिक परीक्षण आवेश का परिमाण है।

इस बीच, मैग्नेटिज्म के लोरेंत्ज़ बल को दो विद्युत धाराओं के बीच मौजूद होने की खोज की गई थी।इसमें एक ही गणितीय चरित्र है, जो कि कूलम्ब के नियम के रूप में प्रोविसो के साथ है कि धाराओं को आकर्षित करने और धाराओं के विपरीत।विद्युत क्षेत्र के समान, अंतरिक्ष में किसी भी बिंदु पर विद्युत प्रवाह पर चुंबकीय बल को निर्धारित करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग किया जा सकता है।इस मामले में, चुंबकीय क्षेत्र की भयावहता निर्धारित की गई थी

कहाँ पे $$I$$ काल्पनिक परीक्षण वर्तमान की भयावहता है और $$ \ell$$ काल्पनिक तार की लंबाई है जिसके माध्यम से परीक्षण वर्तमान प्रवाह होता है।चुंबकीय क्षेत्र सभी मैग्नेट पर एक बल को शामिल करता है, उदाहरण के लिए, जो कम्पास में उपयोग किया जाता है।तथ्य यह है कि पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र को पृथ्वी के अक्ष के अभिविन्यास के साथ निकटता से संरेखित किया जाता है, जिससे कम्पास मैग्नेट सुई पर चुंबकीय बल खींचने के कारण उन्मुख हो जाते हैं।

विद्युत आवेश के परिवर्तन की समय दर के रूप में विद्युत प्रवाह की परिभाषा के संयोजन के माध्यम से, लोरेंट्ज़ के नियम नामक वेक्टर गुणन का एक नियम एक चुंबकीय क्षेत्र में चलते चार्ज पर बल का वर्णन करता है। बिजली और चुंबकत्व के बीच संबंध एक एकीकृत विद्युत चुम्बकीय बल के विवरण के लिए अनुमति देता है जो एक चार्ज पर कार्य करता है।इस बल को इलेक्ट्रोस्टैटिक बल (विद्युत क्षेत्र के कारण) और चुंबकीय बल (चुंबकीय क्षेत्र के कारण) के योग के रूप में लिखा जा सकता है।पूरी तरह से कहा, यह कानून है: कहाँ पे $$ \vec{F}$$ विद्युत चुम्बकीय बल है, $$q$$ कण के आवेश का परिमाण है, $$ \vec{E}$$ विद्युत क्षेत्र है, $$ \vec{v}$$ कण का वेग है जो चुंबकीय क्षेत्र के साथ पार किया जाता है ($$ \vec{B}$$)।

इलेक्ट्रिक और चुंबकीय क्षेत्रों की उत्पत्ति को 1864 तक पूरी तरह से समझाया नहीं जाएगा जब जेम्स क्लर्क मैक्सवेल ने 20 स्केलर समीकरणों के एक सेट में कई पहले सिद्धांतों को एकजुट किया, जिन्हें बाद में ओलिवर हेविसाइड और जोशिया विलार्ड गिब्स द्वारा 4 वेक्टर समीकरणों में सुधार किया गया था। इन मैक्सवेल समीकरणों ने खेतों के स्रोतों को पूरी तरह से स्थिर और चलते शुल्क के रूप में वर्णित किया, और स्वयं खेतों की बातचीत।इसने मैक्सवेल को यह पता लगाने के लिए प्रेरित किया कि विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र एक लहर के माध्यम से स्व-जनरेटिंग हो सकते हैं जो एक गति से यात्रा करता है जिसे उसने प्रकाश की गति के रूप में गणना की थी।यह अंतर्दृष्टि प्रकाशिकी के साथ विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत के नवजात क्षेत्रों को एकजुट करती है और सीधे विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के पूर्ण विवरण के लिए नेतृत्व करती है। हालांकि, दो टिप्पणियों के साथ विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत को समेटने का प्रयास, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, और पराबैंगनी तबाही की कोई भी नहीं, परेशानी साबित हुई।प्रमुख सैद्धांतिक भौतिकविदों के काम के माध्यम से, क्वांटम यांत्रिकी का उपयोग करके इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म का एक नया सिद्धांत विकसित किया गया था।इलेक्ट्रोमैग्नेटिक थ्योरी के लिए यह अंतिम संशोधन अंततः क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स (या QED) का नेतृत्व करता है, जो सभी विद्युत चुम्बकीय घटनाओं का पूरी तरह से वर्णन करता है, जो कि फोटॉन के रूप में जाना जाता है।QED में, फोटॉन मौलिक विनिमय कण हैं, जिन्होंने विद्युत चुम्बकीय बल सहित विद्युत चुम्बकीयवाद से संबंधित सभी इंटरैक्शन का वर्णन किया है।

मजबूत परमाणु
दो परमाणु बल हैं, जिन्हें आज आमतौर पर कण भौतिकी के क्वांटम सिद्धांतों में होने वाले इंटरैक्शन के रूप में वर्णित किया जाता है।मजबूत परमाणु बल कमजोर परमाणु बल पर परमाणु नाभिक की संरचनात्मक अखंडता के लिए जिम्मेदार बल है  लेप्टन और अन्य प्रकार के हैड्रोन में कुछ नाभिकों के क्षय के लिए जिम्मेदार है।

मजबूत बल को आज क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स (क्यूसीडी) के सिद्धांत द्वारा विस्तृत रूप से क्वार्क और ग्लून्स के बीच बातचीत का प्रतिनिधित्व करने के लिए समझा जाता है। मजबूत बल ग्लून्स द्वारा मध्यस्थता वाली मौलिक बल है, क्वार्क्स, एंटिक्क्स और ग्लून्स पर खुद का अभिनय करता है।(उपयुक्त रूप से नामित) मजबूत बातचीत चार मौलिक बलों में सबसे मजबूत है।

मजबूत बल केवल प्राथमिक कणों पर सीधे काम करता है।हालांकि, बल का एक अवशिष्ट हैड्रॉन (सबसे अच्छा ज्ञात उदाहरण बल है जो परमाणु नाभिक में न्यूक्लियंस के बीच कार्य करता है) के बीच परमाणु बल के रूप में देखा जाता है।यहां मजबूत बल अप्रत्यक्ष रूप से कार्य करता है, जिसे ग्लून्स के रूप में प्रेषित किया जाता है, जो आभासी पीआई और आरएचओ मेसन का हिस्सा बनता है, जो शास्त्रीय रूप से परमाणु बल को प्रसारित करता है (इस विषय को और अधिक देखें)।मुक्त क्वार्क के लिए कई खोजों की विफलता से पता चला है कि प्रभावित किए गए प्राथमिक कण सीधे अवलोकन योग्य नहीं हैं।इस घटना को रंग कारावास कहा जाता है।

कमजोर परमाणु
कमजोर बल भारी डब्ल्यू और जेड बोसोन के आदान -प्रदान के कारण है।चूंकि कमजोर बल को दो प्रकार के बोसों द्वारा मध्यस्थता की जाती है, इसलिए इसे दो प्रकार के इंटरैक्शन या कोने में विभाजित किया जा सकता है - चार्ज किया गया वर्तमान, जिसमें विद्युत आवेशित डब्ल्यू शामिल हैं+ और w- bosons, और तटस्थ वर्तमान, जिसमें विद्युत रूप से तटस्थ z शामिल हैं0 बोसॉन।कमजोर बातचीत का सबसे परिचित प्रभाव बीटा क्षय (परमाणु नाभिक में न्यूट्रॉन का) और संबंधित रेडियोधर्मिता है।यह एक प्रकार का आवेशित-वर्तमान बातचीत है।कमजोर शब्द इस तथ्य से निकला है कि क्षेत्र की ताकत कुछ 10 है13 मजबूत बल की तुलना में कम समय।फिर भी, यह छोटी दूरी पर गुरुत्वाकर्षण से अधिक मजबूत है।एक सुसंगत इलेक्ट्रोकेक सिद्धांत भी विकसित किया गया है, जो दर्शाता है कि विद्युत चुम्बकीय बल और कमजोर बल लगभग 10 से अधिक तापमान पर अप्रभेद्य हैं15 & nbsp; kelvins।इस तरह के तापमान को आधुनिक कण त्वरक में जांच की गई है और बिग बैंग के शुरुआती क्षणों में ब्रह्मांड की स्थितियों को दिखाते हैं।

गैर-फंडामेंटल बल
कुछ ताकतें मौलिक लोगों के परिणाम हैं।ऐसी स्थितियों में, शारीरिक अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए आदर्श मॉडल का उपयोग किया जा सकता है।

सामान्य बल


सामान्य बल निकट संपर्क में परमाणुओं के बीच बातचीत के प्रतिकारक बलों के कारण है।जब उनके इलेक्ट्रॉन बादल ओवरलैप होते हैं, तो पाउली प्रतिकर्षण (इलेक्ट्रॉनों की फ़र्मोनिक प्रकृति के कारण) के परिणामस्वरूप बल होता है जो दो वस्तुओं के बीच सतह इंटरफ़ेस के लिए सामान्य दिशा में कार्य करता है। सामान्य बल, उदाहरण के लिए, तालिकाओं और फर्श की संरचनात्मक अखंडता के लिए जिम्मेदार है और साथ ही बल होने के साथ -साथ जब भी कोई बाहरी बल किसी ठोस वस्तु पर धक्का देता है।कार्रवाई में सामान्य बल का एक उदाहरण एक ऑब्जेक्ट पर एक इमोबाइल सतह में दुर्घटनाग्रस्त होने पर प्रभाव बल है।

घर्षण
घर्षण एक सतह बल है जो सापेक्ष गति का विरोध करता है।घर्षण बल सीधे सामान्य बल से संबंधित है जो संपर्क के बिंदु पर दो ठोस वस्तुओं को अलग रखने का कार्य करता है।घर्षण बलों के दो व्यापक वर्गीकरण हैं: स्थैतिक घर्षण और गतिज घर्षण।

स्थैतिक घर्षण बल ($$F_{\mathrm{sf}}$$) स्थिर रूप से एक वस्तु के लिए लागू बलों का विरोध करेगा, जो स्थैतिक घर्षण के गुणांक द्वारा निर्दिष्ट सीमा तक एक सतह संपर्क के समानांतर एक वस्तु पर लागू होता है ($$\mu_{\mathrm{sf}}$$) सामान्य बल से गुणा ($$F_N$$)।दूसरे शब्दों में, स्थैतिक घर्षण बल का परिमाण असमानता को संतुष्ट करता है: $$0 \le F_{\mathrm{sf}} \le \mu_{\mathrm{sf}} F_\mathrm{N}.$$ काइनेटिक घर्षण बल ($$F_{\mathrm{kf}}$$) लागू किए गए दोनों बलों और वस्तु के आंदोलन से स्वतंत्र है।इस प्रकार, बल का परिमाण बराबर होता है: $$F_{\mathrm{kf}} = \mu_{\mathrm{kf}} F_\mathrm{N},$$ कहाँ पे $$\mu_{\mathrm{kf}}$$ गतिज घर्षण का गुणांक है।अधिकांश सतह इंटरफेस के लिए, गतिज घर्षण का गुणांक स्थैतिक घर्षण के गुणांक से कम है।

तनाव
तनाव बलों को आदर्श स्ट्रिंग्स का उपयोग करके मॉडलिंग की जा सकती है जो बड़े पैमाने पर, घर्षण रहित, अटूट और अनिश्चित हैं।उन्हें आदर्श पल्स के साथ जोड़ा जा सकता है, जो आदर्श तार को भौतिक दिशा को स्विच करने की अनुमति देते हैं।आदर्श तार एक्शन-रिएक्शन जोड़े में तुरंत तनाव बलों को प्रसारित करते हैं ताकि यदि दो ऑब्जेक्ट एक आदर्श स्ट्रिंग द्वारा जुड़े हों, तो पहली ऑब्जेक्ट द्वारा स्ट्रिंग के साथ निर्देशित कोई भी बल दूसरी ऑब्जेक्ट द्वारा विपरीत दिशा में स्ट्रिंग के साथ निर्देशित बल के साथ होता है। एक सेट-अप के उपयोग के माध्यम से एक ही ऑब्जेक्ट से कई बार एक ही स्ट्रिंग को कनेक्ट करके, जो चल पल्स का उपयोग करता है, लोड पर तनाव बल को गुणा किया जा सकता है।प्रत्येक स्ट्रिंग के लिए जो एक लोड पर कार्य करता है, स्ट्रिंग में तनाव बल का एक और कारक लोड पर कार्य करता है।हालांकि, भले ही ऐसी मशीनें बल में वृद्धि की अनुमति देती हैं, लेकिन स्ट्रिंग की लंबाई में एक समान वृद्धि होती है जिसे लोड को स्थानांतरित करने के लिए विस्थापित किया जाना चाहिए।ये अग्रानुक्रम प्रभाव अंततः यांत्रिक ऊर्जा के संरक्षण में परिणाम करते हैं क्योंकि लोड पर काम किया गया काम एक ही है चाहे मशीन कितनी जटिल हो।

लोचदार बल
एक लोचदार बल अपनी प्राकृतिक लंबाई में एक वसंत को वापस करने का काम करता है।एक आदर्श वसंत को बड़े पैमाने पर, घर्षण रहित, अटूट और असीम रूप से खिंचाव के लिए लिया जाता है।इस तरह के स्प्रिंग्स बलों को बढ़ाते हैं जो अनुबंधित होने पर धक्का देते हैं, या जब विस्तारित होते हैं, तो वसंत के विस्थापन के अनुपात में इसकी संतुलन की स्थिति से। इस रैखिक संबंध को 1676 में रॉबर्ट हुक द्वारा वर्णित किया गया था, जिसके लिए हुक के कानून का नाम रखा गया है।यदि $$\Delta x$$ विस्थापन है, एक आदर्श वसंत के बराबर बल है:

कहाँ पे $$k$$ वसंत स्थिरांक (या बल स्थिर) है, जो विशेष रूप से वसंत के लिए है।माइनस साइन इन लोड के विरोध में कार्य करने के लिए बल की प्रवृत्ति के लिए हस्ताक्षर करता है।

कॉन्टिनम मैकेनिक्स


सामान्य रूप से न्यूटन के कानून और न्यूटोनियन यांत्रिकी को पहली बार यह वर्णन करने के लिए विकसित किया गया था कि कैसे बल तीन-आयामी वस्तुओं के बजाय आदर्श बिंदु कणों को प्रभावित करते हैं।हालांकि, वास्तविक जीवन में, पदार्थ ने संरचना और बलों को बढ़ाया है जो किसी वस्तु के एक हिस्से पर कार्य करते हैं, किसी वस्तु के अन्य भागों को प्रभावित कर सकता है।उन स्थितियों के लिए जहां किसी वस्तु में परमाणुओं को एक साथ रखने वाली जाली प्रवाह, अनुबंध, विस्तार या अन्यथा आकार बदलने में सक्षम होती है, कॉन्टिनम यांत्रिकी के सिद्धांतों का वर्णन उस तरह से होता है जिस तरह से बल सामग्री को प्रभावित करते हैं।उदाहरण के लिए, विस्तारित तरल पदार्थों में, दबाव के परिणामों में अंतर के परिणामस्वरूप दबाव ग्रेडिएंट्स के साथ निर्देशित किया जाता है: $$\frac{\vec{F}}{V} = - \vec{\nabla} P$$ कहाँ पे $$V$$ द्रव में वस्तु की मात्रा है और $$P$$ स्केलर फ़ंक्शन है जो अंतरिक्ष में सभी स्थानों पर दबाव का वर्णन करता है।दबाव ग्रेडिएंट्स और अंतर के परिणामस्वरूप गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों में निलंबित तरल पदार्थों के लिए उछाल बल होता है, वायुमंडलीय विज्ञान में हवाएं, और वायुगतिकी और उड़ान से जुड़ी लिफ्ट।

इस तरह के बल का एक विशिष्ट उदाहरण जो गतिशील दबाव से जुड़ा होता है, वह द्रव प्रतिरोध होता है: एक शरीर बल जो चिपचिपाहट के कारण एक तरल पदार्थ के माध्यम से किसी वस्तु की गति का विरोध करता है।तथाकथित ड्रैग (भौतिकी) के लिए #very लो रेनॉल्ड्स नंबर-स्टोक्स 'ड्रैग | स्टोक्स' ड्रैग फोर्स वेग के लिए लगभग आनुपातिक है, लेकिन दिशा में विपरीत है:

कहाँ पे:
 * $$b$$ एक स्थिरांक है जो द्रव के गुणों और वस्तु के आयामों पर निर्भर करता है (आमतौर पर क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र), और
 * $$ \vec{v}$$ वस्तु का वेग है।

अधिक औपचारिक रूप से, कॉन्टिनम मैकेनिक्स में बलों को पूरी तरह से एक तनाव -टेंसर द्वारा वर्णित किया जाता है, जिनके रूप में लगभग परिभाषित किया गया है

कहाँ पे $$A$$ वॉल्यूम के लिए प्रासंगिक क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र है जिसके लिए तनाव-टेंसर की गणना की जा रही है।इस औपचारिकता में उन बलों से जुड़े दबाव की शर्तें शामिल हैं जो क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र (टेंसर के मैट्रिक्स विकर्ण) के साथ-साथ उन बलों से जुड़े कतरनी शब्द हैं जो क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र (ऑफ-विकर्ण तत्वों) के समानांतर कार्य करते हैं।तनाव टेंसर उन बलों के लिए खाता है जो सभी उपभेदों (विकृति) का कारण बनते हैं, जिसमें तन्य तनाव और संपीड़न भी शामिल हैं।

काल्पनिक बल
ऐसी ताकतें हैं जो फ्रेम पर निर्भर हैं, जिसका अर्थ है कि वे गैर-न्यूटोनियन (यानी, गैर-आंतरिक फ्रेम | गैर-आंतरिक) संदर्भ फ़्रेमों को अपनाने के कारण दिखाई देते हैं।इस तरह की ताकतों में सेंट्रीफ्यूगल फोर्स और कोरिओलिस बल शामिल हैं। इन बलों को काल्पनिक माना जाता है क्योंकि वे संदर्भ के फ्रेम में मौजूद नहीं हैं जो तेज नहीं कर रहे हैं। क्योंकि ये बल वास्तविक नहीं हैं, उन्हें छद्म बलों के रूप में भी जाना जाता है। सामान्य सापेक्षता में, गुरुत्वाकर्षण एक काल्पनिक बल बन जाता है जो उन स्थितियों में उत्पन्न होता है जहां स्पेसटाइम एक सपाट ज्यामिति से विचलित होता है।एक विस्तार के रूप में, कालुजा -क्लेन सिद्धांत और स्ट्रिंग सिद्धांत विद्युत चुम्बकीयवाद और अन्य मौलिक बलों को क्रमशः अलग -अलग स्केल किए गए आयामों की वक्रता के लिए बताते हैं, जो अंततः इसका मतलब यह होगा कि सभी बल काल्पनिक हैं।

रोटेशन और टॉर्क


विस्तारित वस्तुओं को घूमने वाले बलों को टोरियों से जुड़ा हुआ है।गणितीय रूप से, एक बल का टोक़ $$ \vec{F}$$ क्रॉस-प्रोडक्ट के रूप में एक मनमाना संदर्भ बिंदु के सापेक्ष परिभाषित है:

कहाँ पे $$ \vec{r}$$ संदर्भ बिंदु के सापेक्ष बल अनुप्रयोग बिंदु की स्थिति वेक्टर है।

टोक़ उसी तरह से बल के बराबर रोटेशन है जिस तरह से कोण स्थिति के लिए घूर्णी समकक्ष है, वेग के लिए कोणीय वेग, और गति के लिए कोणीय गति।न्यूटन के गति के पहले कानून के परिणामस्वरूप, घूर्णी जड़ता मौजूद है जो यह सुनिश्चित करती है कि सभी निकायों ने अपनी कोणीय गति को बनाए रखा जब तक कि असंतुलित टोक़ द्वारा कार्य नहीं किया जाता है।इसी तरह, न्यूटन के गति के दूसरे नियम का उपयोग कठोर शरीर के तात्कालिक कोणीय त्वरण के लिए एक अनुरूप समीकरण प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है: $$\vec{\tau} = I\vec{\alpha}$$ कहाँ पे
 * $$I$$ शरीर की जड़ता का क्षण है
 * $$ \vec{\alpha}$$ शरीर का कोणीय त्वरण है।

यह जड़ता के क्षण के लिए एक परिभाषा प्रदान करता है, जो द्रव्यमान के लिए घूर्णी समकक्ष है।यांत्रिकी के अधिक उन्नत उपचारों में, जहां एक समय अंतराल पर रोटेशन का वर्णन किया जाता है, जड़ता के क्षण को टेंसर द्वारा प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए, जब ठीक से विश्लेषण किया जाता है, तो पूरी तरह से पूर्ववर्ती और पोषण सहित घुमाव की विशेषताओं को निर्धारित करता है।

समान रूप से, न्यूटन के दूसरे कानून का विभेदक रूप टोक़ की एक वैकल्पिक परिभाषा प्रदान करता है: $$\vec{\tau} = \frac{\mathrm{d}\vec{L}}{\mathrm{dt}},$$ कहाँ पे $$ \vec{L}$$ कण की कोणीय गति है।

न्यूटन के गति के तीसरे नियम के लिए आवश्यक है कि सभी वस्तुएं टोरस को खुद को समान और विपरीत टोरियों का अनुभव करती हैं, और इसलिए सीधे तौर पर बंद सिस्टम के लिए कोणीय गति के संरक्षण का तात्पर्य है जो आंतरिक टॉर्क की कार्रवाई के माध्यम से घुमाव और क्रांतियों का अनुभव करते हैं।

सेंट्रिपेटल बल
गोलाकार गति में तेजी लाने वाली वस्तु के लिए, ऑब्जेक्ट पर अभिनय करने वाली असंतुलित बल बराबर होता है:

कहाँ पे $$m$$ वस्तु का द्रव्यमान है, $$v$$ वस्तु का वेग है और $$r$$ गोलाकार पथ के केंद्र के लिए दूरी है और $$ \hat{r}$$ केंद्र से बाहर की ओर रेडियल दिशा में इंगित करने वाली इकाई वेक्टर है।इसका मतलब यह है कि किसी भी वस्तु द्वारा महसूस किए गए असंतुलित सेंट्रीपेटल बल को हमेशा घुमावदार पथ के केंद्र की ओर निर्देशित किया जाता है।इस तरह के बल किसी वस्तु की गति से जुड़े वेग वेक्टर के लिए लंबवत कार्य करते हैं, और इसलिए ऑब्जेक्ट की गति (वेग की भयावहता) को नहीं बदलते हैं, लेकिन केवल वेग वेक्टर की दिशा।किसी वस्तु को तेज करने वाली असंतुलित बल को एक घटक में हल किया जा सकता है जो पथ के लंबवत है, और एक जो पथ के लिए स्पर्शरेखा है।यह दोनों स्पर्शरेखा बल प्राप्त करता है, जो वस्तु को या तो धीमा करके या इसे तेज करके तेज करता है, और रेडियल (सेंट्रिपेटल) बल, जो इसकी दिशा बदल देता है।

काइनेमेटिक इंटीग्रल्स
बलों का उपयोग किनेमेटिक चर के संबंध में एकीकृत करके कई भौतिक अवधारणाओं को परिभाषित करने के लिए किया जा सकता है।उदाहरण के लिए, समय के संबंध में एकीकृत करना आवेग की परिभाषा देता है: $$\vec{J}=\int_{t_1}^{t_2}{\vec{F} \, \mathrm{d}t},$$ जो न्यूटन के दूसरे कानून द्वारा गति में परिवर्तन के बराबर होना चाहिए (आवेग गति प्रमेय की उपज)।

इसी तरह, स्थिति के संबंध में एकीकृत करना एक बल द्वारा किए गए कार्य के लिए एक परिभाषा देता है:

जो गतिज ऊर्जा (कार्य ऊर्जा प्रमेय की उपज) में परिवर्तन के बराबर है। पावर पी कार्य डब्ल्यू के परिवर्तन की दर है, क्योंकि प्रक्षेपवक्र एक स्थिति परिवर्तन द्वारा बढ़ाया जाता है $$ d\vec{x}$$ एक समय अंतराल में dt: $$ \mathrm{d}W = \frac{\mathrm{d}W}{\mathrm{d}\vec{x}} \cdot \mathrm{d}\vec{x} = \vec{F} \cdot \mathrm{d}\vec{x},$$ इसलिए $$P = \frac{\mathrm{d}W}{\mathrm{d}t} = \frac{\mathrm{d}W}{\mathrm{d}\vec{x}} \cdot \frac{\mathrm{d}\vec{x}}{\mathrm{d}t} = \vec{F} \cdot \vec{v}, $$ साथ वेग।

संभावित ऊर्जा
एक बल के बजाय, अक्सर एक संभावित ऊर्जा क्षेत्र की गणितीय रूप से संबंधित अवधारणा का उपयोग सुविधा के लिए किया जा सकता है।उदाहरण के लिए, किसी वस्तु पर कार्य करने वाले गुरुत्वाकर्षण बल को गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की कार्रवाई के रूप में देखा जा सकता है जो ऑब्जेक्ट के स्थान पर मौजूद है।गणितीय रूप से ऊर्जा की परिभाषा (काम की परिभाषा के माध्यम से), एक संभावित स्केलर क्षेत्र $$U(\vec{r})$$ उस क्षेत्र के रूप में परिभाषित किया गया है जिसका ढाल हर बिंदु पर उत्पादित बल के बराबर और विपरीत है: $$\vec{F}=-\vec{\nabla} U.$$ बलों को रूढ़िवादी या नॉनकॉन्सर्वेटिव के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है।रूढ़िवादी बल एक क्षमता के ढाल के बराबर हैं जबकि गैर -कंसर्वेटिव बल नहीं हैं।

रूढ़िवादी बल
एक रूढ़िवादी बल जो एक बंद प्रणाली पर कार्य करता है, एक संबद्ध यांत्रिक कार्य होता है जो ऊर्जा को केवल गतिज या संभावित रूपों के बीच परिवर्तित करने की अनुमति देता है।इसका मतलब यह है कि एक बंद प्रणाली के लिए, जब भी एक रूढ़िवादी बल सिस्टम पर कार्य करता है, तो शुद्ध यांत्रिक ऊर्जा का संरक्षण किया जाता है।इसलिए, बल अंतरिक्ष में दो अलग -अलग स्थानों के बीच संभावित ऊर्जा में अंतर से सीधे संबंधित है, और उसी तरह से संभावित क्षेत्र की एक कलाकृतियों के रूप में माना जा सकता है, जिससे पानी के प्रवाह की दिशा और मात्रा को एक क्षेत्र की ऊंचाई के समोच्च मानचित्र की विरूपण साक्ष्य माना जा सकता है।

रूढ़िवादी बलों में गुरुत्वाकर्षण, विद्युत चुम्बकीय बल और हुक का नियम शामिल है। स्प्रिंग फोर्स।इनमें से प्रत्येक बल में ऐसे मॉडल होते हैं जो अक्सर रेडियल वेक्टर के रूप में दी जाने वाली स्थिति पर निर्भर होते हैं $$ \vec{r}$$ गोलाकार सममित क्षमता से निकलना। इस अनुसरण के उदाहरण:

गुरुत्वाकर्षण के लिए: $$\vec{F}_g = - \frac{G m_1 m_2}{r^2} \hat{r}$$ कहाँ पे $$G$$ गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक है, और $$m_n$$ वस्तु का द्रव्यमान है n।

इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों के लिए:

कहाँ पे $$\varepsilon_{0}$$ मुक्त स्थान की विद्युत पारगम्यता है, और $$q_n$$ ऑब्जेक्ट का इलेक्ट्रिक चार्ज है। वसंत बल के लिए: $$\vec{F}_s = - k r \hat{r}$$ कहाँ पे $$k$$ वसंत स्थिरांक है।

nonconservative बल
कुछ भौतिक परिदृश्यों के लिए, क्षमताओं के ढाल के कारण मॉडल बलों के लिए यह असंभव है।यह अक्सर मैक्रोफिजिकल विचारों के कारण होता है जो माइक्रोस्टेट के मैक्रोस्कोपिक सांख्यिकीय औसत से उत्पन्न होने वाले बलों को प्राप्त करते हैं।उदाहरण के लिए, घर्षण परमाणुओं के बीच कई इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता के ग्रेडिएंट्स के कारण होता है, लेकिन एक बल मॉडल के रूप में प्रकट होता है जो किसी भी मैक्रोस्केल स्थिति वेक्टर से स्वतंत्र होता है।घर्षण के अलावा अन्य नॉनकॉन्स्वेटिव बलों में अन्य संपर्क बल, तनाव, संपीड़न और ड्रैग शामिल हैं।हालांकि, किसी भी पर्याप्त रूप से विस्तृत विवरण के लिए, ये सभी बल रूढ़िवादी लोगों के परिणाम हैं क्योंकि इनमें से प्रत्येक मैक्रोस्कोपिक बल सूक्ष्म क्षमता के ग्रेडिएंट्स के शुद्ध परिणाम हैं।

मैक्रोस्कोपिक nonconservative बलों और सूक्ष्म रूढ़िवादी बलों के बीच संबंध सांख्यिकीय यांत्रिकी के साथ विस्तृत उपचार द्वारा वर्णित है।मैक्रोस्कोपिक बंद प्रणालियों में, नॉनकॉन्स्वेटिव फोर्स सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा को बदलने के लिए कार्य करते हैं, और अक्सर गर्मी के हस्तांतरण से जुड़े होते हैं।थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम के अनुसार, गैर -संवैधानिक बलों के परिणामस्वरूप आवश्यक रूप से बंद प्रणालियों के भीतर ऊर्जा परिवर्तनों का परिणाम होता है, जो कि अधिक यादृच्छिक परिस्थितियों तक आदेश दिया जाता है क्योंकि एन्ट्रापी बढ़ती है।

माप की इकाइयाँ
बल की एसआई इकाई न्यूटन (प्रतीक एन) है, जो कि एक मीटर प्रति सेकंड की दर से एक किलोग्राम द्रव्यमान को तेज करने के लिए आवश्यक बल है, या$F = ma$. इसी CGS इकाई डायने है, एक ग्राम द्रव्यमान को एक सेंटीमीटर प्रति सेकंड स्क्वायर, या या एक ग्राम द्रव्यमान में तेजी लाने के लिए आवश्यक बल$P = mf$।एक न्यूटन इस प्रकार 100,000 & nbsp; dynes के बराबर है।

बल की गुरुत्वाकर्षण फुट-पाउंड-सेकंड अंग्रेजी इकाई पाउंड-फोर्स (एलबीएफ) है, जिसे मानक गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में एक पाउंड-मास पर गुरुत्वाकर्षण द्वारा लगाए गए बल के रूप में परिभाषित किया गया है$V(x, y, z)$. पाउंड-फोर्स द्रव्यमान की एक वैकल्पिक इकाई प्रदान करता है: एक स्लग वह द्रव्यमान है जो एक पाउंड-फोर्स द्वारा अभिनय करते समय एक फुट प्रति सेकंड स्क्वाड से तेज होगा।

एक अलग फुट-पाउंड-सेकंड सिस्टम में बल की एक वैकल्पिक इकाई, निरपेक्ष एफपीएस प्रणाली, पाउंडल है, जिसे प्रति सेकंड एक फुट की दर से एक-पाउंड द्रव्यमान में तेजी लाने के लिए आवश्यक बल के रूप में परिभाषित किया गया है। स्लग और पाउंडल की इकाइयों को न्यूटन के दूसरे कानून में आनुपातिकता की निरंतरता से बचने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

पाउंड-फोर्स में एक मीट्रिक समकक्ष होता है, जो आमतौर पर न्यूटन की तुलना में कम उपयोग किया जाता है: किलोग्राम-फोर्स (KGF) (कभी-कभी किलोपोंड), एक किलोग्राम द्रव्यमान पर मानक गुरुत्वाकर्षण द्वारा बल दिया जाता है। किलोग्राम-फोर्स एक वैकल्पिक की ओर जाता है, लेकिन शायद ही कभी द्रव्यमान की इकाई का उपयोग किया जाता है: मीट्रिक स्लग (कभी-कभी मग या एचवाईएल) वह द्रव्यमान होता है जो उस पर तेज होता है$kg·m·s^{−2}$ जब 1 & nbsp; kgf के बल के अधीन।किलोग्राम-फोर्स आधुनिक एसआई प्रणाली का हिस्सा नहीं है, और आमतौर पर पदावनत किया जाता है;हालांकि यह अभी भी विमान के वजन, जेट थ्रस्ट, साइकिल स्पोक टेंशन, टॉर्क रिंच सेटिंग्स और इंजन आउटपुट टॉर्क को व्यक्त करने के रूप में कुछ उद्देश्यों के लिए उपयोग देखता है।बल की अन्य आर्कन इकाइयों में Sthène शामिल है, जो 1000 & nbsp; n, और KIP के बराबर है, जो 1000 & nbsp; lbf के बराबर है। टन-फोर्स भी देखें।

बल माप
फोर्स गेज, स्प्रिंग स्केल, लोड सेल देखें

बाहरी संबंध

 * Video lecture on Newton's three laws by Walter Lewin from MIT OpenCourseWare
 * A Java simulation on vector addition of forces
 * Force demonstrated as any influence on an object that changes the object's shape or motion (video)

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