బలాల రకాలు (Types of Forces)

ఒక పెద్ద కార్డుబోర్డు పెట్టెను కదిలించడానికి ఎన్ని మార్గాలు వాడినా, ప్రతిదానిలో తోపు లేదా లాగు ప్రయోగించాల్సిందే. పాఠం ప్రారంభంలో సైకిల్ ప్రయాణంలో కలిగే అనుభవాలు కూడా వేర్వేరు బలాల ఉదాహరణలే.

• పెట్టెను కదిలించే మార్గాలు (కృత్యం 2.1):
  1. తోయడం (Pushing).
  2. లాగడం (Pulling).
  3. పైకి ఎత్తడం (Lifting) – ఇది పైకి లాగడమే.
  4. మోసుకెళ్లడం (Carrying).
• ఏ మార్గంలో కదిలించినా పెట్టెపై తోపు లేదా లాగు ప్రయోగిస్తున్నాం. వస్తువుపై ప్రయోగించే ఈ తోపు లేదా లాగునే విజ్ఞాన శాస్త్రంలో బలం (Force) అంటారు.
• సైకిల్ ప్రయాణంలో కనిపించే సంఘటనలు, వాటి వెనుక బలాలు:
  1. గాలికి ఎదురుగా వెళ్తే గాలి వెనక్కి నెడుతుంది; వేగంగా వెళ్లాలంటే పెడల్‌ను గట్టిగా తొక్కాలి. గాలి కూడా కదిలే వస్తువుపై ఘర్షణ బలం చూపుతుంది.
  2. రోడ్డు గరుకుగా ఉన్న భాగాల్లో పెడల్ తొక్కడం కష్టం, నున్నగా ఉన్న భాగాల్లో సులభం – ఇది ఉపరితల స్వభావం వల్ల ఘర్షణలో వచ్చే తేడా.
  3. గంట నొక్కడం, హ్యాండిల్ తిప్పి దిశ మార్చడం – బలం కదిలే దిశను మార్చగలదు.
  4. కొండ దిగుతున్నప్పుడు పెడల్ తొక్కకపోయినా సైకిల్ చాలా వేగంగా కిందికి వెళ్తుంది; దీన్ని కిందికి లాగే బలం భూమి గురుత్వాకర్షణ బలం.
• పాఠంలోని ప్రధాన ప్రశ్నలు:
  1. బలం అంటే ఏమిటి
  2. బలం వస్తువుపై ఏం చేయగలదు
  3. బలాలు రెండు వస్తువుల అన్యోన్య చర్యా
  4. స్పర్శా, అస్పర్శా బలాలు ఏవి
  5. గురుత్వాకర్షణ బలం ఇతర అస్పర్శా బలాల కంటే ఎలా భిన్నం.
• వర్గీకరణ లక్ష్యం:
  1. బలాలను స్పర్శా బలాలు (Contact forces), అస్పర్శా బలాలు (Non-contact forces) అని విభజించడం
  2. గురుత్వాకర్షణ బలం ఎల్లప్పుడూ ఆకర్షణే అని గుర్తించడం.

సైకిల్ తొక్కడం, పెట్టెను జరపడం, తలుపు తెరవడం వంటి పనులన్నింటిలో మనం ఏదో ఒక వస్తువును తోస్తాం లేదా లాగుతాం. విజ్ఞాన శాస్త్రంలో ఇలా వస్తువుపై ప్రయోగించే తోపును లేదా లాగును బలం (Force) అంటారు.

• బలం (Force): ఒక వస్తువు మరో వస్తువుతో జరిపే అన్యోన్య చర్య (Interaction) వల్ల ఆ వస్తువుపై కలిగే తోపు లేదా లాగు.
• పెట్టెను కదిలించే విధానాలు:
  1. తోయడం (Pushing).
  2. లాగడం (Pulling).
  3. పైకి ఎత్తడం (Lifting) – ఇది పైకి లాగడమే; మోయడం కూడా దీనిలో భాగం.
• కనీసం రెండు వస్తువులు: బలం ఏర్పడాలంటే కనీసం రెండు వస్తువులు ఏదో ఒక విధంగా పరస్పరం చర్య జరపాలి. ఉదాహరణకు బల్లను తోసినప్పుడు చేయి, బల్ల అనే రెండు వస్తువులు పరస్పరం చర్య జరుపుతాయి.
• బలం ప్రమాణం (SI unit):
  1. న్యూటన్ (newton). దీన్ని చిన్న అక్షరం 'n' తో రాస్తారు
  2. సంకేతం పెద్ద అక్షరం N.
• రెండు వైపులా బలం: రెండు వస్తువులు పరస్పరం చర్య జరిపినప్పుడు ప్రతి వస్తువు రెండో వస్తువు నుండి బలాన్ని అనుభవిస్తుంది. బల్లను తోసినప్పుడు చేతిపై కూడా బల్ల నుండి బలం పడుతుంది.
• చర్య ఆగితే బలం ఆగుతుంది: తోయడం ఆపిన క్షణమే చేతిపై ఉన్న బలం అదృశ్యమవుతుంది. అంటే అన్యోన్య చర్య ముగిసిన వెంటనే రెండు వస్తువులూ బలాన్ని అనుభవించడం మానేస్తాయి.
• రోజువారీ ఉదాహరణలు: సొరుగు తెరవడం, రబ్బరు బ్యాండ్‌ను సాగదీయడం, ఫీల్డర్ బంతిని ఆపడం, ఫుట్‌బాల్‌ను తన్నడం, సైకిల్ బ్రేకు వేయడం, చపాతీ వత్తడం, ఆటోరిక్షా హ్యాండిల్ తిప్పడం.

వస్తువుపై బలం పడినప్పుడు ఏం జరుగుతుందో రోజువారీ సంఘటనలను విశ్లేషిస్తే తెలుస్తుంది. కదులుతున్న సైకిల్‌ను వెనుక నుండి పట్టుకుంటే అది ఆగుతుంది; బ్యాట్‌తో బంతిని కొడితే దాని దిశ మారుతుంది; గాలి నింపిన బెలూన్‌ను నొక్కితే దాని ఆకారం మారుతుంది.

• బలం కలిగించే ప్రభావాలు – వస్తువుపై బలం ప్రయోగిస్తే అది:
• నిశ్చలంగా ఉన్న స్థితి నుండి కదలడం మొదలుపెట్టవచ్చు.
• కదులుతున్న వస్తువు వేగాన్ని మార్చవచ్చు (పెంచవచ్చు లేదా తగ్గించవచ్చు, ఆపవచ్చు).
• వస్తువు కదిలే దిశను మార్చవచ్చు.
• వస్తువు ఆకారాన్ని మార్చవచ్చు.
• పై ప్రభావాలలో కొన్నింటిని లేదా అన్నింటినీ కలిగించవచ్చు.
• పట్టికలోని ఉదాహరణలు:
  1. కదులుతున్న సైకిల్‌ను వెనుక నుండి లాగి ఆపడం → వేగం తగ్గడం/ఆగిపోవడం.
  2. కదులుతున్న బంతిని బ్యాట్‌తో కొట్టడం (తోపు) → కదిలే దిశ మారడం.
  3. గాలి నింపిన బెలూన్‌ను నొక్కడం (తోపు) → బెలూన్ ఆకారం మారడం.
• వ్యతిరేకంగా కూడా నిజం: వేగంలో మార్పు, దిశలో మార్పు లేదా ఆకారంలో మార్పు ఎక్కడ కనిపించినా అక్కడ బలం పనిచేస్తోందని అర్థం. బలం లేకుండా ఈ మార్పులు జరగవు.
• నిశ్చలంగా ఉంటే బలం లేదా?: వస్తువు నిశ్చలంగా ఉందంటే దానిపై బలాలు లేవని కాదు. దానిపై పనిచేస్తున్న బలాలు ఒకదాన్నొకటి సమతుల్యం (Balance) చేసుకుంటున్నాయని అర్థం. సమతుల్య బలాల గురించి పై తరగతుల్లో నేర్చుకుంటారు.
• ఉదాహరణలు: రబ్బరు సాగడం, స్ప్రింగ్ సాగడం, చపాతీ వత్తినప్పుడు పిండి ఆకారం మారడం – ఆకారంలో మార్పుకు నిదర్శనాలు. ఆటోరిక్షా హ్యాండిల్ తిప్పితే దిశ మారుతుంది.

కొన్ని బలాలు ప్రయోగించాలంటే వస్తువుతో భౌతికంగా తాకాల్సిందే. ఈ తాకడం నేరుగా (చేతులు, శరీర భాగాలతో) లేదా పరోక్షంగా (కర్ర, తాడు సహాయంతో) ఉండవచ్చు. వస్తువులు తాకుతూ ఉన్నప్పుడు మాత్రమే పనిచేసే బలాలను స్పర్శా బలాలు (Contact forces) అంటారు.

• స్పర్శా బలాలు (Contact forces): వస్తువుల మధ్య భౌతిక స్పర్శ ఉన్నప్పుడు మాత్రమే పనిచేసేవి. ఉదాహరణలు: కండర బలం, ఘర్షణ బలం.
• అస్పర్శా బలాలు (Non-contact forces): వస్తువులు తాకకపోయినా దూరం నుండే ప్రభావం చూపేవి. ఉదాహరణలు: అయస్కాంత బలం, స్థిర విద్యుత్ బలం, గురుత్వాకర్షణ బలం.
• కండర బలం (Muscular force): శరీరంలోని కండరాల చర్య వల్ల కలిగే బలం.
• నడవడం, పరుగెత్తడం, ఎత్తడం, తోయడం, దూకడం, సాగదీయడం వంటి శారీరక పనులన్నీ కండర బలంతో జరుగుతాయి.
• కండరాలు సంకోచించి (Contract), పొడవు పెరిగి (Elongate) పనిచేసినప్పుడు ఈ బలం కలుగుతుంది.
• జంతువులు, పక్షులు, చేపలు, కీటకాలు కదలడానికి, జీవించడానికి కండర బలాన్నే వాడతాయి.
• జంతువుల కండర బలం: పనులు చేయడానికి మనుషులు చాలా కాలంగా కొన్ని జంతువుల కండర బలాన్ని ఉపయోగించుకుంటున్నారు.
• శరీరం లోపల కండర బలం:
  1. ఆహారం నమలడానికి, జీర్ణ ప్రక్రియలో ఆహారాన్ని ఆహార నాళం (Alimentary canal) గుండా నెట్టడానికి ఈ బలమే ఉపయోగపడుతుంది.
  2. గుండె కండరాలు సంకోచ వ్యాకోచాలు చెందడం వల్ల రక్తం శరీరమంతా ప్రసరిస్తుంది – ఇది జీవించడానికి అత్యవసరం.

నేలపై దొర్లుతున్న బంతి కొంత సేపటికి దానంతట అదే ఆగిపోతుంది. సైకిల్ తొక్కడం ఆపితే అది నెమ్మదించి ఆగుతుంది; రోడ్డు గరుకుగా ఉంటే త్వరగా ఆగుతుంది. బయటికి ఏ బలం కనిపించకపోయినా వేగం తగ్గడం ఒక బలం వల్లే జరుగుతుంది – అదే ఘర్షణ బలం.

• ఘర్షణ బలం (Friction): ఒక వస్తువు మరో ఉపరితలంపై కదులుతున్నప్పుడు లేదా కదలడానికి ప్రయత్నిస్తున్నప్పుడు ఏర్పడే బలం.
• దిశ: ఘర్షణ ఎల్లప్పుడూ వస్తువు కదిలే లేదా కదలడానికి ప్రయత్నించే దిశకు వ్యతిరేక దిశలో పనిచేస్తుంది. అందుకే అది కదలికను వ్యతిరేకిస్తుంది (Opposes motion).
• స్పర్శా బలం: రెండు ఉపరితలాలు తాకడం వల్లే ఏర్పడుతుంది కాబట్టి ఘర్షణ ఒక స్పర్శా బలం.
• ఘర్షణకు కారణం:
  1. ఉపరితలాలపై ఉండే అతి సూక్ష్మమైన అసమానతలు (Irregularities).
  2. నున్నగా కనిపించే ఉపరితలాల్లో కూడా అనేక సూక్ష్మ అసమానతలు ఉంటాయి.
  3. రెండు ఉపరితలాలు తాకినప్పుడు ఈ అసమానతలు ఒకదానిలో ఒకటి ఇరుక్కుపోయి, ఒక ఉపరితలాన్ని మరోదానిపై జరపడాన్ని అడ్డుకుంటాయి.
• ఉపరితల స్వభావం: ఘర్షణ బలం తాకుతున్న ఉపరితలాల స్వభావంపై ఆధారపడుతుంది. గాజు, గుడ్డ, చెక్క, సిరామిక్ టైల్, ఇసుక – వేర్వేరు ఉపరితలాలపై వస్తువు వేర్వేరు దూరాల్లో ఆగుతుంది. గరుకు ఉపరితలాలపై ఘర్షణ ఎక్కువ.
• ద్రవాలు, వాయువుల ఘర్షణ: ఘన ఉపరితలాలే కాక గాలి, నీరు, ఇతర ద్రవాలు కూడా వాటి గుండా కదిలే వస్తువులపై ఘర్షణ బలాన్ని చూపుతాయి.
• అందుకే విమానాలు, ఓడలు, పడవలు, అధిక వేగ రైళ్లను గాలి లేదా నీటి ఘర్షణ తగ్గేలా ప్రత్యేక ఆకారాల్లో రూపొందిస్తారు.

ఘర్షణ ఉందని ఎలా తెలుస్తుంది? సాధారణ పరిశీలనలు, చిన్న కృత్యాలు ఈ బలం ఉనికిని స్పష్టంగా చూపిస్తాయి. ఈ నోట్స్‌లో కృత్యాల ఫలితాలు, పాఠం చివర వచ్చే ఘర్షణ ప్రశ్నల సమాధానాలు ఉన్నాయి.

• వేగం తగ్గడానికి కారణం: బలం ఉంటేనే వేగం మారుతుంది. నేలపై దొర్లే బంతి, తొక్కడం ఆపిన సైకిల్ వాటంతట అవే ఆగుతున్నాయంటే, కంటికి కనిపించని ఒక బలం వాటిపై పనిచేస్తోందని అర్థం – అదే ఘర్షణ. రోడ్డు గరుకుగా ఉంటే సైకిల్ త్వరగా ఆగుతుంది.
• కృత్యం 2.3:
  1. చదునైన అడుగు భాగం ఉన్న వస్తువును (ఖాళీ లంచ్ బాక్స్, జామెట్రీ బాక్స్, నోట్‌బుక్) బల్లపై లేదా నేలపై మెల్లగా తోస్తే అది కొంత దూరం జారి ఆగుతుంది.
  2. వ్యతిరేక దిశలో తోసినా మళ్లీ కొంత దూరం వెళ్లి ఆగుతుంది.
  3. అంటే వస్తువు ఉపరితలానికి, బల్ల ఉపరితలానికి మధ్య, వస్తువు కదిలే దిశకు వ్యతిరేకంగా ఒక బలం పనిచేసి దాన్ని ఆపుతోంది.
• కృత్యం 2.4:
  1. అదే వస్తువును గాజు, గుడ్డ, చెక్క, సిరామిక్ టైల్, ఇసుక ఉపరితలాలపై జరిపితే అది వేర్వేరు దూరాల్లో ఆగుతుంది. అందువల్ల ఘర్షణ బలం తాకుతున్న ఉపరితలాల స్వభావంపై ఆధారపడుతుంది
  2. గరుకు ఉపరితలాలపై అది ఎక్కువ.
• ఘర్షణ చిత్ర భావన: నున్నగా కనిపించే ఉపరితలాల్లో కూడా ఎన్నో సూక్ష్మ అసమానతలు ఉంటాయి. అవి తాకినప్పుడు ఒకదానిలో ఒకటి లాక్ అయి ఒక ఉపరితలాన్ని మరొకదానిపై కదిలించే ప్రయత్నాన్ని అడ్డుకుంటాయి.
• పాఠ్య ప్రశ్నల సమాధానాలు:
  1. నున్నని ఉపరితలాలైన మంచు, పాలిష్ చేసిన నేలపై జారిపడటానికి కారణం అక్కడ ఘర్షణ తక్కువగా ఉండటం; పాదాన్ని పట్టి ఉంచేంత పట్టు దొరకదు.
  2. ఒకే నెట్టుతో రెండు బంతులను ఇసుక మైదానంలో, నున్నని తరగతి గది నేలపై దొర్లిస్తే ఇసుకపై బంతి ముందే ఆగుతుంది, ఎందుకంటే ఇసుకపై ఘర్షణ ఎక్కువ. ఘర్షణ వల్ల బంతి ద్రవ్యరాశి తగ్గదు, ఇసుక బంతిని ఆకర్షించదు.
  3. వాలుతలంపై P బిందువు నుండి వదిలిన బంతి సమతల ఉపరితలంపై A వద్ద ఆగితే, ఉపరితలాన్ని గరుకుగా చేస్తే (ఇసుక, గుడ్డ పరచడం) A కంటే ముందే ఆగుతుంది; ఉపరితలాన్ని మరింత నున్నగా చేస్తే (నూనె, గాజు పలక) A ను దాటి ముందుకు వెళ్తుంది.
• ఘర్షణ – అవసరమా, సమస్యా?:
  1. పాఠంలో చర్చకు ఇచ్చిన అంశం. నడవడానికి, బ్రేకు వేయడానికి పట్టు కావాలి కాబట్టి ఘర్షణ అవసరం
  2. అయితే విమానాలు, ఓడలు, అధిక వేగ రైళ్లు వేగంగా వెళ్లడానికి గాలి, నీటి ఘర్షణ అడ్డంకి కాబట్టి వాటిని ప్రత్యేక ఆకారాల్లో రూపొందిస్తారు.

స్పర్శ లేకుండానే బలం పనిచేయగలదా? అయస్కాంతం దీనికి మొదటి ఉదాహరణ. అయస్కాంతం అయస్కాంత పదార్థాలతో చేసిన వస్తువులను ఆకర్షిస్తుందని ముందే తెలుసు; ఆ ఆకర్షణను దూరం నుండే అనుభవించవచ్చు.

• అయస్కాంత ధ్రువాల ప్రవర్తన:
  1. సజాతి ధ్రువాలు (ఉత్తరం–ఉత్తరం, దక్షిణం–దక్షిణం) ఒకదాన్నొకటి వికర్షిస్తాయి (Repel).
  2. విజాతి ధ్రువాలు (ఉత్తరం–దక్షిణం) ఒకదాన్నొకటి ఆకర్షిస్తాయి (Attract).
• విద్యుదయస్కాంతాలు (Electromagnets): అయస్కాంతాల్లాగే ప్రవర్తిస్తాయి.
• ఆకర్షణ, వికర్షణ కూడా బలమే: ఆకర్షణ అంటే లాగడం, వికర్షణ అంటే తోయడం – రెండూ బలాలే.
• రింగు అయస్కాంతాల కృత్యం:
  1. కర్రలో ఒక రింగు అయస్కాంతాన్ని దూర్చి, దానిపై రెండో రింగు అయస్కాంతాన్ని సజాతి ధ్రువాలు ఎదురెదురుగా వచ్చేలా ఉంచితే, రెండోది కింది దాన్ని తాకకుండా గాల్లో తేలుతూ ఉంటుంది.
  2. రెండో అయస్కాంతాన్ని కిందికి నెడితే బలం అనుభూతి కలుగుతుంది.
  3. ధ్రువాలను తిప్పి ఉంచితే రెండోది తేలి ఉండదు – ఎందుకంటే అప్పుడు విజాతి ధ్రువాలు ఆకర్షించుకుంటాయి.
• అయస్కాంత బలం (Magnetic force): ఒక అయస్కాంతం మరో అయస్కాంతంపై లేదా అయస్కాంత పదార్థంపై ప్రయోగించే బలం.
• అస్పర్శా బలం: అయస్కాంతం తాకకుండా దూరం నుండే బలాన్ని చూపుతుంది కాబట్టి ఇది ఒక అస్పర్శా బలం (Non-contact force).

ప్లాస్టిక్ స్కేలును పాలిథీన్‌తో బలంగా రుద్ది చిన్న కాగితం ముక్కల దగ్గరికి తెస్తే, అవి తాకకుండానే స్కేలుకు అతుక్కుంటాయి. దీని వెనుక ఉన్న బలమే స్థిర విద్యుత్ బలం.

• స్థిర ఆవేశాలు (Static charges): కొన్ని పదార్థాలతో చేసిన రెండు వస్తువులను ఒకదానితో ఒకటి రుద్దినప్పుడు వాటి ఉపరితలాలపై విద్యుత్ ఆవేశాలు పేరుకుంటాయి. ఇవి వాటంతట అవి కదలవు కాబట్టి స్థిర ఆవేశాలు అంటారు.
• ఆవేశిత వస్తువు (Charged object): స్థిర ఆవేశాలను పొందిన వస్తువు. ఇది కాగితం ముక్కల వంటి ఆవేశం లేని వస్తువులను కూడా తాకకుండానే ఆకర్షించగలదు.
• బెలూన్ల కృత్యం:
  1. ఉన్ని గుడ్డతో రుద్దిన రెండు బెలూన్లు ఒకదాన్నొకటి వికర్షించుకుంటాయి.
  2. రుద్దిన ఉన్ని గుడ్డను ఒక బెలూన్ దగ్గరికి తెస్తే అవి ఒకదాన్నొకటి ఆకర్షించుకుంటాయి.
• రెండు రకాల ఆవేశాలు:
  1. ఒకే విధంగా ఆవేశితమైన వస్తువులకు సారూప్య (సజాతి) ఆవేశాలు ఉంటాయి; సజాతి ఆవేశాలు వికర్షించుకుంటాయి.
  2. రుద్దే వస్తువు, రుద్దబడే వస్తువు రెండూ ఆవేశితమవుతాయి కానీ వ్యతిరేక రకాల ఆవేశాలను పొందుతాయి; విజాతి ఆవేశాలు ఆకర్షించుకుంటాయి.
  3. స్థిర ఆవేశాల రెండు రకాలను ధన (Positive), ఋణ (Negative) ఆవేశాలు అంటారు.
• స్థిర విద్యుత్ బలం (Electrostatic force): ఆవేశిత వస్తువు మరో ఆవేశిత వస్తువుపై లేదా ఆవేశం లేని వస్తువుపై ప్రయోగించే బలం. ఇది అస్పర్శా బలం.
• ఆవేశాలు కదిలితే: ఆవేశాలు కదిలినప్పుడు అవి విద్యుత్ వలయంలో విద్యుత్ ప్రవాహంగా మారతాయి. బల్బు వెలగడం, ఉష్ణ ప్రభావం, అయస్కాంత ప్రభావం కలిగించేది ఈ ప్రవాహమే.
• ముందు జాగ్రత్త (కృత్యంలో): రుద్దిన భాగాన్ని చేతితో లేదా లోహంతో తాకకూడదు.

బంతిని పైకి విసిరితే అది ఎంత గట్టిగా విసిరినా తిరిగి కిందికి వస్తుంది. భూమిపై ఏ వస్తువును విడిచిపెట్టినా నేలవైపే పడుతుంది. అంటే భూమి వాటన్నింటినీ తన వైపు లాగుతోందని అర్థం.

• గురుత్వాకర్షణ బలం (Gravitational force): భూమి వస్తువులను తనవైపు ఆకర్షించే బలం. భూమి చూపే ఈ బలాన్ని గురుత్వ బలం (Force of gravity) లేదా గురుత్వం (Gravity) అని కూడా అంటారు.
• అస్పర్శా బలం: భూమి వస్తువును తాకకుండానే ఆకర్షిస్తుంది కాబట్టి ఇది ఒక అస్పర్శా బలం.
• ఎల్లప్పుడూ ఆకర్షణే:
  1. గురుత్వాకర్షణ బలం ఎప్పుడూ ఆకర్షణ రూపంలోనే ఉంటుంది. అయస్కాంత బలం, స్థిర విద్యుత్ బలం ఆకర్షణ లేదా వికర్షణ రెండూ కావచ్చు
  2. గురుత్వానికి అలా కాదు.
• నిలువు చలనం (Vertical motion):
  1. ఎత్తు నుండి వదిలిన వస్తువు నేరుగా నిలువుగా కిందికి పడుతుంది.
  2. పైకి విసిరిన వస్తువు నేరుగా పైకి వెళ్తూ నెమ్మదిస్తుంది, పై బిందువు వద్ద క్షణకాలం ఆగుతుంది, తర్వాత నేరుగా కిందికి వస్తుంది.
  3. పైకి వెళ్తున్నప్పుడు వేగం క్రమంగా తగ్గుతుంది; ఆగిన తర్వాత కదిలే దిశ మారుతుంది; కిందికి వస్తున్నప్పుడు వేగం క్రమంగా పెరుగుతుంది.
  4. గురుత్వ బలం ప్రభావంతో వస్తువు నిలువు దిశలో చలించడాన్ని నిలువు చలనం అంటారు.
• కొండ దిగే సైకిల్: పెడల్ తొక్కకపోయినా కొండ దిగుతున్నప్పుడు సైకిల్ వేగంగా వెళ్లడానికి కారణం భూమి గురుత్వ బలమే.
• పరిశీలనలు:
  1. వస్తువు ఎంత గట్టిగా పైకి విసిరినా తిరిగి నేలకే చేరుతుంది
  2. ఏ దిశలో విసిరినా చివరికి నేలపైకి లేదా నేలమట్టానికి వస్తుంది.

భూమి ఒక వస్తువును తనవైపు లాగే బలాన్నే ఆ వస్తువు బరువు (Weight) అంటారు. అంటే భూమి వస్తువును ఎంత బలంగా లాగుతోందో బరువు చూపిస్తుంది. బరువు కూడా ఒక బలమే కాబట్టి దాని SI ప్రమాణం న్యూటన్ (N).

• స్ప్రింగ్ కృత్యం:
  1. ఒక స్ప్రింగ్ చివర వేర్వేరు వస్తువులను వేలాడదీస్తే స్ప్రింగ్ సాగుతుంది
  2. వస్తువును బట్టి సాగే పొడవు వేరుగా ఉంటుంది. అంటే భూమి వేర్వేరు వస్తువులను వేర్వేరు బలాలతో లాగుతుంది – వేర్వేరు వస్తువుల బరువులు వేరు.
• స్ప్రింగ్ త్రాసు (Spring balance):
  1. బరువు (బలం) కొలవడానికి వాడే సులభమైన పరికరం.
  2. ఒక చివర స్థిరంగా బిగించిన స్ప్రింగ్, రెండో చివర కొక్కెం (Hook) ఉంటాయి.
  3. కొక్కెంకు వస్తువును వేలాడదీస్తే స్ప్రింగ్ సాగుతుంది; సాగిన పరిమాణం వస్తువు బరువును చూపుతుంది.
  4. ఒక వైపు స్కేలు న్యూటన్లలో బరువును చూపిస్తుంది; మరో వైపు సరిపోయే ద్రవ్యరాశి విలువలు గ్రాములలో గుర్తించి ఉంటాయి. ఈ విలువలు త్రాసును భూమిపై గురుత్వ బలంలో వాడతారనే భావనతో గుర్తించారు.
• పరిధి (Range): పాఠంలో చూపిన స్ప్రింగ్ త్రాసు గరిష్టంగా 10 N వరకు కొలవగలదు – అంటే పరిధి 0 నుండి 10 N.
• అల్పతమ విలువ (Least count):
  1. రెండు పెద్ద గుర్తుల మధ్య తేడా 1 N.
  2. వాటి మధ్య 5 చిన్న విభాగాలు ఉన్నాయి.
  3. ఒక చిన్న విభాగం విలువ 1 N ÷ 5 = 0.2 N. ఇదే ఆ త్రాసు కొలవగల అతి చిన్న బరువు.
  4. వేర్వేరు ప్రయోగశాలల్లోని త్రాసుల పరిధి, చిన్న విభాగ విలువలు వేరుగా ఉండవచ్చు; వాడే ముందు గమనించాలి.
• జాగ్రత్త: త్రాసు గరిష్ట పరిధి కంటే ఎక్కువ బరువున్న వస్తువును వేలాడదీస్తే అది పాడైపోతుంది.
• బరువు కొలిచే విధానం: వస్తువులను కొక్కెంకు వేలాడదీసి, స్కేలును జాగ్రత్తగా చదివి విలువను నమోదు చేయాలి.

రోజువారీ మాటల్లో 'బరువు' అనే పదాన్ని కిలోగ్రాములలో చెబుతాం. కానీ శాస్త్రీయంగా ద్రవ్యరాశి (Mass), బరువు (Weight) వేర్వేరు భావనలు. పరీక్షల్లో ఈ తేడా తరచుగా అడుగుతారు.

• ద్రవ్యరాశి (Mass): వస్తువులోని పదార్థ పరిమాణం (Amount of matter). ప్రమాణాలు గ్రాము (g), కిలోగ్రాము (kg). ద్రవ్యరాశి ఏ ప్రదేశంలోనైనా ఒకేలా ఉంటుంది.
• బరువు (Weight):
  1. భూమి (లేదా మరో గ్రహం) వస్తువును లాగే గురుత్వ బలం. ప్రమాణం న్యూటన్. భూమిపై ఒక చోటి నుండి మరో చోటికి గురుత్వ బలం చాలా స్వల్పంగా మారవచ్చు కాబట్టి బరువు మారవచ్చు
  2. ద్రవ్యరాశి మారదు.
• గ్రహాలపై బరువు: 1 kg ద్రవ్యరాశి గల వస్తువు బరువు:
• భూమిపై: 10 N.
• చంద్రునిపై: 1.6 N.
• అంగారకునిపై (Mars): 3.8 N.
• శుక్రునిపై (Venus): 9 N.
• గురుని (Jupiter)పై: 25.4 N.
• అన్ని చోట్లా ద్రవ్యరాశి 1 kg గానే ఉంటుంది.
• అంటే:
  1. ప్రతి గ్రహ గురుత్వ బలం వేరు కాబట్టి వస్తువు బరువు వేరు
  2. ద్రవ్యరాశి మాత్రం స్థిరం.
• ద్రవ్యరాశి కొలత: వస్తువు బరువు కొలిచి (స్ప్రింగ్ త్రాసు) లేదా తెలిసిన ద్రవ్యరాశి గల వస్తువు బరువుతో పోల్చి (తుల్యత త్రాసు – Beam balance) పరోక్షంగా ద్రవ్యరాశిని కొలుస్తారు. భూమిపై బరువు దాదాపు ఒకేలా ఉంటుంది కాబట్టి ప్రయోగాత్మకంగా బరువు ద్వారా ద్రవ్యరాశిని తెలుసుకోవచ్చు.
• రోజువారీ వాడుక:
  1. సరకుల విషయంలో మనకు పదార్థ పరిమాణమే (ద్రవ్యరాశి) ముఖ్యం
  2. అయినా 'గోధుమ సంచి బరువు 10 కిలోలు' అని అంటాం. శాస్త్రీయంగా ఇది సరైన వాడుక కాదు – ద్రవ్యరాశి కిలోలలో, బరువు న్యూటన్లలో చెప్పాలి.

నీటిలో కొన్ని వస్తువులు తేలుతాయి, మరికొన్ని అడుగుకు మునుగుతాయి. భూమి గురుత్వ బలం అన్ని వస్తువులపై ఉన్నా అన్నీ ఎందుకు మునగవు అనే ప్రశ్నకు సమాధానం ఉత్ప్లావక బలం.

• కృత్యం:
  1. మూత గట్టిగా పెట్టిన ఖాళీ ప్లాస్టిక్ సీసాను బకెట్ నీటిలోకి నెడితే పైకి నెట్టే బలం అనిపిస్తుంది
  2. వదిలితే సీసా నీటి ఉపరితలం వైపు పైకి వచ్చేస్తుంది. అంటే నీరు సీసాపై పైకి బలాన్ని ప్రయోగిస్తోంది. అన్ని ద్రవాలూ ఇలాగే బలం చూపుతాయి.
• ఉత్ప్లావక బలం / ఊర్ధ్వ బలం (Upthrust or Buoyant force): ద్రవం, అందులో ఉన్న వస్తువుపై పైవైపు దిశలో ప్రయోగించే బలం.
• తేలడం, మునగడం: ద్రవంలో వస్తువుపై భూమి గురుత్వ బలం కిందికి, ఉత్ప్లావక బలం పైకి పనిచేస్తాయి.
• గురుత్వ బలం ఉత్ప్లావక బలం కంటే ఎక్కువైతే వస్తువు మునుగుతుంది.
• రెండూ సమానమైతే వస్తువు తేలుతుంది.
• ఆధారపడే అంశం:
  1. ఉత్ప్లావక బలం ఆధారపడే అంశాల్లో ఒకటి ద్రవం సాంద్రత (Density)
  2. సాంద్రత గురించి ఈ పుస్తకంలో తర్వాతి పాఠంలో నేర్చుకుంటారు.
• ఆర్కిమెడిస్ సూత్రం (Archimedes' Principle):
  1. ఆర్కిమెడిస్ ప్రసిద్ధ గ్రీకు శాస్త్రవేత్త.
  2. వస్తువును ద్రవంలో పూర్తిగా లేదా పాక్షికంగా ముంచినప్పుడు అది పొందే పైవైపు బలం, అది తొలగించే (Displace) ద్రవం బరువుకు సమానం.
  3. వస్తువు తొలగించే ద్రవం బరువు వస్తువు బరువు కంటే తక్కువైతే వస్తువు మునుగుతుంది; సమానమైతే తేలుతుంది.
• నీటిలో తేలే రాయి – ప్యూమిస్ (Pumice):
  1. అగ్నిపర్వత విస్ఫోటనాల్లో ఏర్పడుతుంది. వాయువులు, నీటి ఆవిరి ఎక్కువగా ఉన్న లావా వేగంగా చల్లారినప్పుడు సూక్ష్మ గాలి బుడగలు లోపల చిక్కుకుంటాయి. అందువల్ల గాలి గదులతో కూడిన తేలికైన, రంధ్రాలున్న రాయి ఏర్పడుతుంది
  2. ఇది నీటికంటే తక్కువ సాంద్రతతో నీటిపై తేలుతుంది.
• రోజువారీ అనుభవం: నీటి బకెట్‌లో నుండి మగ్గును బయటకు తీసేటప్పుడు, అది నీటిలో ఉన్నప్పుడు తేలికగా అనిపిస్తుంది – ఉత్ప్లావక బలం వల్లే.

పాఠం చివర ఇచ్చిన కీలక పదాలు, స్నాప్‌షాట్ వాక్యాలు పరీక్షలకు ప్రత్యక్షంగా ఉపయోగపడే నిర్వచనాలు. ఇక్కడ వాటిని ఒకచోట చేర్చాం.

• పాఠంలోని కీలక పదాలు: బలం (Force), స్పర్శా బలం (Contact force), అస్పర్శా బలం (Non-contact force), కండర బలం (Muscular force), ఘర్షణ (Friction), అయస్కాంత బలం (Magnetic force), స్థిర విద్యుత్ బలం (Electrostatic force), గురుత్వాకర్షణ బలం (Gravitational force), ద్రవ్యరాశి (Mass), బరువు (Weight).
• నిర్వచనాలు:
  1. బలం: ఒక వస్తువు మరో వస్తువుతో జరిపే అన్యోన్య చర్య వల్ల దానిపై కలిగే తోపు లేదా లాగు.
  2. బలం ప్రమాణం: న్యూటన్ (చిన్న అక్షరం 'n' తో రాస్తారు), సంకేతం N.
  3. ఘర్షణ: వస్తువు మరో ఉపరితలంపై కదులుతున్నప్పుడు లేదా కదలడానికి ప్రయత్నిస్తున్నప్పుడు ఏర్పడే బలం; అది కదిలే (లేదా కదలడానికి ప్రయత్నించే) దిశకు వ్యతిరేకంగా పనిచేస్తుంది.
  4. అయస్కాంత బలం: అయస్కాంతం మరో అయస్కాంతంపై లేదా అయస్కాంత పదార్థంపై చూపే బలం.
  5. స్థిర విద్యుత్ బలం: ఆవేశిత వస్తువు మరో ఆవేశిత వస్తువుపై లేదా ఆవేశం లేని వస్తువుపై చూపే బలం.
  6. గురుత్వాకర్షణ బలం: భూమి వస్తువులను తనవైపు ఆకర్షించే బలం; ఇది ఎల్లప్పుడూ ఆకర్షణ బలం.
  7. బరువు: భూమి వస్తువును తనవైపు లాగే బలం; SI ప్రమాణం న్యూటన్ (N).
  8. ద్రవ్యరాశి: వస్తువులోని పదార్థ పరిమాణం; ప్రమాణాలు గ్రాము, కిలోగ్రాము.
  9. ఉత్ప్లావక బలం: ద్రవం, అందులో ఉంచిన వస్తువుపై పైవైపు ప్రయోగించే బలం (Upthrust).
• వర్గీకరణ: కండర బలం, ఘర్షణ బలం స్పర్శా బలాలు. అయస్కాంత, గురుత్వాకర్షణ, స్థిర విద్యుత్ బలాలు అస్పర్శా బలాలు.
• బలం ప్రభావాలు:
  1. వేగాన్ని, కదిలే దిశను, లేదా రెండింటినీ మార్చగలదు
  2. వస్తువు ఆకారాన్ని కూడా మార్చగలదు.
• ప్రధాన ప్రశ్న: వస్తువుపై బలం ప్రయోగించే వస్తువు ఎల్లప్పుడూ దాన్ని తాకి ఉండాలా? సమాధానం కాదు – అస్పర్శా బలాలు దూరం నుండే పనిచేస్తాయి.
• ద్రవ్యరాశి, బరువు: ద్రవ్యరాశి ఏ చోటనైనా మారదు, బరువు చోటును బట్టి మారవచ్చు.

పాఠం చివర వచ్చే ప్రశ్నల్లోని అంశాలు తరచుగా పరీక్షల్లో మళ్లీ వస్తాయి. వాటి సమాధానాలు, పాఠంలో సూచించిన ప్రాజెక్టు కృత్యాలు ఇక్కడ ఉన్నాయి.

• అస్పర్శా బలం ఏది?: గురుత్వాకర్షణ బలం. కండర బలం, ఘర్షణ బలం, చేతితో తోయడం స్పర్శా బలాలు.
• నాణెం మునగడం, చెక్క దిమ్మె తేలడం: నాణెంపై గురుత్వ బలం ఉత్ప్లావక బలం కంటే ఎక్కువ కాబట్టి అది మునుగుతుంది. పెద్ద చెక్క దిమ్మె తన బరువుకు సమానమైన ద్రవాన్ని తొలగించి అంతే ఉత్ప్లావక బలం పొందడం వల్ల తేలుతుంది (ఆర్కిమెడిస్ సూత్రం).
• పైకి విసిరిన బంతిపై బలం: పైకి వెళ్తున్నప్పుడు, పై బిందువు వద్ద, కిందికి వస్తున్నప్పుడు – మూడు స్థితుల్లోనూ భూమి గురుత్వాకర్షణ బలం కిందివైపు (భూమి కేంద్రం వైపు) పనిచేస్తుంది. పైకి వెళ్తున్నప్పుడు అది వేగాన్ని తగ్గిస్తుంది, కిందికి వచ్చేటప్పుడు పెంచుతుంది. చేతిని వదిలిన తర్వాత పైకి పనిచేసే ప్రత్యేక బలమేమీ లేదు.
• నిశ్చలం కాని (అసమాన) చలనంలో బలం?: అవును. వేగం లేదా దిశ మారుతున్న వస్తువుపై బలం పనిచేస్తోంది.
• చంద్రునిపై బరువు: చంద్రునిపై వస్తువు బరువు భూమిపై బరువులో సుమారు ఆరో వంతు (1 kg కి 1.6 N, భూమిపై 10 N). కారణం చంద్రుని గురుత్వ బలం తక్కువ. వస్తువు ద్రవ్యరాశి మాత్రం ఆరో వంతు కాదు, అది మారదు.
• అయస్కాంతం – ఇనుప ముక్క:
  1. అయస్కాంతం మరో అయస్కాంతంపై చూపే బలం అస్పర్శా బలం
  2. ఇనుప ముక్కపై చూపే బలం కూడా అస్పర్శా బలమే. కాబట్టి 'ఇనుప ముక్కపై చూపేది స్పర్శా బలం' అనే వాక్యం తప్పు.
• ఆకారం మారే సందర్భం: రబ్బరు బ్యాండ్‌ను సాగదీయడం. సొరుగు తెరవడం, కదులుతున్న బంతిని ఆపడం, సైకిల్‌కు బ్రేకు వేయడం ఆకారం మార్చవు.
• రుద్దిన రెండు బెలూన్లను దగ్గరకు తెస్తే: అవి వికర్షించుకుంటాయి.
• సరైన/తప్పు ప్రకటనలు:
  1. వస్తువు వేగాన్ని మార్చడానికి ఎల్లప్పుడూ బలం అవసరం – సరైనది.
  2. ఘర్షణ వల్ల చదునైన నేలపై దొర్లే బంతి వేగం పెరుగుతుంది – తప్పు (తగ్గుతుంది).
  3. దగ్గరగా ఉంచిన రెండు ఆవేశిత వస్తువుల మధ్య బలం ఉండదు – తప్పు (ఉంటుంది).
• ప్రాజెక్టు కృత్యాలు: ప్లాస్టిక్, ఉన్ని, పట్టు, రబ్బరు, పాలిథీన్, కాగితం, లోహాలను ఒకదానితో ఒకటి రుద్ది, కాగితం ముక్కలను ఆకర్షిస్తున్నాయో లేదో చూసి ఏవి ఆవేశితమవుతాయో గుర్తించడం. గురుత్వం లేకపోతే ఏం జరుగుతుందో కథగా ఊహించడం. సొంత స్ప్రింగ్ త్రాసును తయారుచేసి, ప్రామాణిక బరువులతో అమరిక చేసి బరువు, ద్రవ్యరాశుల నిష్పత్తిని చూడటం (భూమిపై 1 kg కి సుమారు 10 N).
• ఎలక్ట్రోస్కోప్ (Electroscope): ఒక వస్తువు విద్యుత్ ఆవేశం కలిగి ఉందో లేదో తెలుసుకునే పరికరం. కూజా, మూత, రాగి తీగ, స్ట్రా, అల్యూమినియం రేకుతో సులభంగా తయారుచేయవచ్చు.