मैं हूँ साइंस ट्रेनर कुवाको केनकिची। हर दिन एक नया प्रयोग।

वाइल्ड मिनी 4WD के साथ विज्ञान का प्रयोग

क्या आप Tamiya की “वाइल्ड मिनी 4WD” के बारे में जानते हैं? सामान्य मिनी 4WD गाड़ियाँ गति के लिए बनाई गई स्मार्ट मशीनें होती हैं, लेकिन वाइल्ड मिनी 4WD के पहिये उनसे 2-3 गुना बड़े होते हैं, इसकी बॉडी मजबूत होती है, और यह आसानी से बाधाओं को पार कर जाती है। यह सचमुच “ऑफ-रोड के राजा” जैसा एहसास देती है।

जब आप इसे बाहर चलाते हैं, तो यह मिनी 4WD से बहुत अलग लगती है। इस वाइल्ड मिनी 4WD को देखते हुए, मैंने एक चीज़ पर ध्यान दिया। इसके बड़े रबर के पहिये अंदर से खोखले (खाली) होते हैं, और वे जमीन पर ग्रिप बनाने के लिए इस तरह से डिज़ाइन किए गए हैं कि वे दबकर विकृत हो जाते हैं, जिससे घर्षण बल (फ़्रिक्शन फ़ोर्स) बढ़ जाता है। इसका मतलब है कि इसकी पकड़ शक्ति (ग्रिप) बहुत मज़बूत होती है।

“शायद इसका इस्तेमाल घर्षण बल पर प्रयोग करने के लिए किया जा सकता है!”

ऐसा सोचकर, मैंने दो गाड़ियाँ खरीदीं और कई तरह के प्रयोग किए। मुझे पता चला कि इससे एक बहुत ही दिलचस्प प्रयोग किया जा सकता है जो भौतिकी के नियमों को हमारी आँखों के सामने दिखाता है। आज, मैं आपको वाइल्ड मिनी 4WD का उपयोग करके “विज्ञान की रेसिपी” के बारे में बता रहा हूँ।

विज्ञान की रेसिपी

उद्देश्य:

दो वाइल्ड मिनी 4WD गाड़ियों को एक-दूसरे की पीठ से सटाकर “रस्साकशी” करवाएँगे। इस दौरान, हम देखेंगे कि घर्षण गुणांक (सतह की खुरदुरापन) या अभिलम्ब बल (वजन) जैसे घर्षण बल के कारकों को बदलने पर कौन सी मिनी 4WD जीतती है।

सामग्री:

वाइल्ड मिनी 4WD (2 गाड़ियाँ), डोरी (जैसे पतंग की डोरी), वजन (संतरे या कोई और वस्तु भी इस्तेमाल कर सकते हैं), पोंछा/कपड़ा (rag), रेगमाल/सैंडपेपर, प्लास्टिक शीट (underlayment)

विधि:

① दो वाइल्ड मिनी 4WD गाड़ियों को असेंबल करें। [ज़रूरी बात] इस समय, बैटरी बॉक्स में एक तार का उपयोग करके इस तरह से बदलाव करें कि गाड़ी केवल एक बैटरी (1.5V) से चल सके। यदि आप मूल दो बैटरियाँ (3V) का उपयोग करते हैं, तो मोटर का टॉर्क (घूमने की शक्ति) इतना अधिक होगा कि रस्साकशी शुरू होते ही गाड़ी उछलकर पलट जाएगी, और प्रयोग ठीक से नहीं हो पाएगा।

② दोनों वाइल्ड मिनी 4WD गाड़ियों के पिछले हिस्से को पतंग की डोरी से बाँध दें।

③ दोनों गाड़ियों का स्विच एक साथ ऑन करें और उन्हें रस्साकशी करने दें। यदि शर्तें समान हैं, तो पहिये एक ही जगह पर खाली घूमते रहेंगे, और दोनों गाड़ियाँ बराबरी पर टिकी रहेंगी। (सच कहूँ तो, बस यह देखकर ही छात्र “वाह!” कहकर खुश हो जाते हैं)।

④ इस स्थिति में, एक मशीन के नीचे की जमीन पर पोंछा, रेगमाल, या प्लास्टिक शीट बिछाकर सतह की स्थिति बदलें, और देखें कि गाड़ी किस दिशा में चलती है।

⑤ एक मिनी 4WD के ऊपर वजन (जैसे संतरा) रखकर गाड़ी का वजन बदलें, और देखें कि क्या होता है।

उदाहरण के लिए, एक संतरा रखकर देखें…

परिणाम:

प्रयोग करने पर हमें सहज रूप से दिलचस्प परिणाम मिलते हैं। प्लास्टिक शीट जैसी चिकनी सतह पर, पहिये फिसल जाते हैं और वह हार जाती है, लेकिन पोंछे या रेगमाल जैसी सतह पर गाड़ी पकड़ बनाकर जीत जाती है। साथ ही, यह भी स्पष्ट है कि जिस मशीन पर वजन (संतरा) रखा जाता है, वह रस्साकशी में ज़्यादा मज़बूत होती है।

इस प्रयोग का विज्ञान: “भारी” गाड़ी क्यों जीतती है?

उच्च विद्यालय (हायर सेकेंडरी) भौतिकी के प्रश्नों में अक्सर यह शर्त आती है कि “जब घर्षण बल को नज़रअंदाज़ किया जा सके (घर्षण शून्य माना जाता है)”। इसलिए, कई लोग घर्षण बल को गति में रुकावट डालने वाला “खलनायक” मान सकते हैं। हालाँकि, कार या मिनी 4WD के लिए, घर्षण बल आगे बढ़ने के लिए एक ज़रूरी बल (ड्राइविंग फ़ोर्स) है।

यह ठीक वैसे ही है जैसे बर्फ पर दौड़ने की कोशिश करने पर हम फिसल जाते हैं और आगे नहीं बढ़ पाते। चूँकि टायर जमीन को मज़बूती से पकड़ते हैं (घर्षण होता है), तभी उसकी प्रतिक्रिया के रूप में गाड़ी आगे बढ़ पाती है। जब आप वाइल्ड मिनी 4WD को अपने हाथ पर चलाते हैं, तो आपको महसूस होगा कि पहिये आपकी त्वचा को ज़ोर से धकेल रहे हैं। यही घर्षण बल का असली रूप है।

पहिए के क्रिया और प्रतिक्रिया का संबंध

इस रस्साकशी को जीतने के लिए, अधिक घर्षण बल की आवश्यकता होती है। घर्षण बल की मात्रा को निम्नलिखित सरल सूत्र से व्यक्त किया जाता है:

F ＝ μN

(अधिकतम घर्षण बल ＝ स्थैतिक घर्षण गुणांक × अभिलम्ब बल)

आइए इस सूत्र को इस प्रयोग पर लागू करें:

• μ (म्यू): स्थैतिक घर्षण गुणांक यह “सतह का फिसलन रहित होना” दर्शाता है। जब हम पोंछा या रेगमाल बिछाते हैं, तो यह मान बढ़ जाता है, घर्षण बल बढ़ जाता है और गाड़ी जीत जाती है।
• N (एन): अभिलम्ब बल यह वह बल है जिससे ज़मीन वस्तु को सहारा देती है, और समतल सतह पर यह “वजन” के अनुपात में होता है। जब हम वजन या संतरा रखते हैं, तो टायर ज़मीन पर ज़्यादा ज़ोर से दबते हैं, जिससे घर्षण बल बढ़ जाता है और गाड़ी जीत जाती है।

भारी और हल्की स्थिति

छात्रों से अंदाज़ा लगवाने पर, कुछ बच्चे सोचते हैं कि “भारी होने के कारण गति करना मुश्किल होगा, इसलिए वह हार जाएगी।” हालाँकि, कुश्ती की तरह ही, धक्का-मुक्की (या रस्साकशी) के मुकाबले में, भारी वजन वाला व्यक्ति ज़मीन पर ज़्यादा मज़बूत पकड़ बना पाता है, इसलिए उसे फायदा होता है। यह एक अनुशंसित प्रयोग है जहाँ छात्र न केवल सिद्धांत से, बल्कि अपनी आँखों के सामने मिनी 4WD को प्रतिस्पर्धा करते हुए देखकर, घर्षण के सूत्र को आसानी से समझ पाते हैं।

पूछताछ और अनुरोध के बारे में

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