GSEB Std 8 Science Chapter 8 Bal ane Daban Swadhyay Solution: અહીં ધોરણ 8 વિજ્ઞાન વિષયના પ્રકરણ 8 "બળ અને દબાણ" (Force and Pressure) ના સંપૂર્ણ અગત્યના મુદ્દાઓ (Key IMP Notes), બળના પ્રકારો (સંપર્ક અને અસંપર્ક બળો), દબાણની સંકલ્પના, પ્રવાહી અને વાયુઓ દ્વારા લાગતું દબાણ, વાતાવરણનું દબાણ તેમજ સ્વાધ્યાયના તમામ પ્રશ્નો-જવાબો અને પ્રવૃત્તિઓનું સરળ ગુજરાતી ભાષામાં સોલ્યુશન આપેલ છે.
✦ અગત્યના મુદ્દાઓ (Std 8 Science Ch 8 IMP Notes) ✦
- બળ (Force) : વિજ્ઞાનમાં પદાર્થને ધકેલવો (Push) કે ખેંચવો (Pull) તેને બળ કહે છે. ઉદાહરણ તરીકે, દરવાજો ખોલવા માટે તેને ખેંચવો કે બંધ કરવા માટે ધક્કો મારવો, કૂવામાંથી પાણીની ડોલ ખેંચવી. બળ ઉદ્ભવવા માટે ઓછામાં ઓછા બે પદાર્થો વચ્ચે આંતરક્રિયા (Interaction) થવી અનિવાર્ય છે.
- બળનું મૂલ્ય અને દિશા (Magnitude and Direction) : બળને મૂલ્ય (માન) અને ચોક્કસ દિશા બંને હોય છે.
• જો બે બળો પદાર્થ પર એક જ દિશામાં લાગતાં હોય, તો પરિણામી બળ બંને બળોના સરવાળા જેટલું થાય છે ($F = F_1 + F_2$).
• જો બે બળો પરસ્પર વિરુદ્ધ દિશામાં લાગતાં હોય, તો પરિણામી બળ બંને બળોના તફાવત જેટલું હોય છે ($F = F_1 - F_2$) અને તે મોટા બળની દિશામાં કાર્ય કરે છે.
• દોરડાખેંચ (Tug of war) ની રમતમાં બંને ટીમો સમાન બળ વિરુદ્ધ દિશામાં લગાવે ત્યારે પરિણામી બળ શૂન્ય બને છે અને દોરડું ખસતું નથી. - પદાર્થની ગતિની અવસ્થા પર બળની અસરો :
1. બળ સ્થિર પદાર્થને ગતિમાં લાવી શકે છે (દા.ત., સ્થિર દડાને લાત મારવી).
2. ગતિમાન પદાર્થની ઝડપ વધારી કે ઘટાડી શકે છે અથવા તેને સ્થિર કરી શકે છે (દા.ત., ફૂટબોલ ગોલકીપર દડાને રોકે છે).
3. ગતિમાન પદાર્થની ગતિની દિશા બદલી શકે છે (દા.ત., ક્રિકેટમાં બેટ્સમેન બેટ વડે દડાની દિશા બદલે છે).
4. પદાર્થના આકારમાં ફેરફાર કરી શકે છે (દા.ત., કણક/લોટના પિંડાને વણવો, સ્પ્રિંગને ખેંચવી, રબર બેન્ડ ખેંચવું). - સંપર્ક બળો (Contact Forces) : જે બળ લગાડવા માટે પદાર્થો વચ્ચે ભૌતિક સંપર્ક જરૂરી હોય તેને સંપર્ક બળ કહે છે:
• સ્નાયુ બળ (Muscular Force) : શરીરના સ્નાયુઓ દ્વારા લાગતા બળને સ્નાયુ બળ કહે છે. દા.ત., સ્કૂલ બેગ ઊંચકવી, પ્રાણીઓ (બળદ, ઘોડા, ઊંટ) દ્વારા ભાર વહન કરવો.
• ઘર્ષણ બળ (Friction Force) : ગતિ કરતા પદાર્થની ગતિની વિરુદ્ધ દિશામાં સપાટીઓ વચ્ચે ઉદ્ભવતા અવરોધક બળને ઘર્ષણ બળ કહે છે. દા.ત., જમીન પર ગબડતો દડો ધીમે ધીમે અટકી જવો, સાયકલનું પેડલ મારવાનું બંધ કરતાં સાયકલ ઊભી રહી જવી. - અસંપર્ક બળો (Non-contact Forces) : પદાર્થો વચ્ચે ભૌતિક સંપર્ક ન હોય છતાં લાગતા બળને અસંપર્ક બળ કહે છે:
• ચુંબકીય બળ (Magnetic Force) : ચુંબક દ્વારા અન્ય ચુંબક કે લોખંડ જેવા ચુંબકીય પદાર્થ પર સંપર્ક વગર લાગતું બળ. (સમાન ધ્રુવો વચ્ચે અપાકર્ષણ અને અસમાન ધ્રુવો વચ્ચે આકર્ષણ).
• સ્થિત-વિદ્યુત બળ (Electrostatic Force) : એક વિદ્યુતભારિત પદાર્થ દ્વારા બીજા વિદ્યુતભારિત કે વિદ્યુતભાર રહિત પદાર્થ પર લાગતું બળ. દા.ત., કાગળ પર ઘસેલી પ્લાસ્ટિકની સ્ટ્રો કાગળના નાના ટુકડાઓને આકર્ષે છે.
• ગુરુત્વાકર્ષણ બળ (Gravitational Force) : વિશ્વનો પ્રત્યેક પદાર્થ અન્ય પદાર્થને પોતાની તરફ આકર્ષે છે. પૃથ્વી બધા પદાર્થોને પોતાના કેન્દ્ર તરફ ખેંચે છે તેને ગુરુત્વ બળ કહે છે. દા.ત., ઝાડ પરથી ફળનું જમીન પર પડવું, નળ ખોલતાં પાણીનું નીચે વહેવું. - દબાણ (Pressure) : એકમ ક્ષેત્રફળ દીઠ સપાટી પર લંબરૂપે લાગતા બળને દબાણ કહે છે.
• સૂત્ર : દબાણ ($P$) = બળ ($F$) / જે સપાટી પર લાગતું હોય તેનું ક્ષેત્રફળ ($A$).
• દબાણનો SI એકમ પાસ્કલ (Pascal - Pa) અથવા $N/m^2$ છે.
• ક્ષેત્રફળ જેટલું ઓછું હોય, તેટલું જ તેટલા જ બળ વડે લાગતું દબાણ વધુ હોય છે.
• રોજિંદા જીવનના ઉદાહરણો :
1. ખીલીના અણીદાર છેડાનું ક્ષેત્રફળ ઓછું હોવાથી થોડા બળે પણ લાકડામાં સહેલાઈથી ઘૂસી જાય છે.
2. તીક્ષ્ણ ધારવાળી છરી વડે શાકભાજી સરળતાથી કપાય છે, જ્યારે બુઠ્ઠી છરીનું ક્ષેત્રફળ વધુ હોવાથી દબાણ ઘટી જાય છે.
3. સ્કૂલ બેગના પટ્ટા પહોળા રાખવામાં આવે છે જેથી ખભા પર ક્ષેત્રફળ વધતાં દબાણ ઘટે અને વજન ઓછું લાગે.
4. કુલી માથા પર ભારે બોજ ઊંચકતી વખતે કાપડનો ગોળ વીંટો (ફેંટો) રાખે છે જેથી સંપર્ક ક્ષેત્રફળ વધે અને માથા પર દબાણ ઘટે. - પ્રવાહીઓ દ્વારા લાગતું દબાણ (Pressure Exerted by Liquids) :
• પ્રવાહી પાત્રના તળિયે તેમજ પાત્રની દીવાલો પર બધી દિશામાં દબાણ લગાડે છે.
• પ્રવાહી સ્તંભની ઊંચાઈ (ઊંડાઈ) વધતાં દબાણ વધે છે (આથી જ ડેમ/બંધની દીવાલો તળિયેથી ખૂબ પહોળી બનાવવામાં આવે છે).
• સમાન ઊંડાઈએ પ્રવાહી બધી દિશામાં સરખું દબાણ લગાડે છે. - વાયુઓ દ્વારા લાગતું દબાણ : વાયુઓ પણ જે પાત્રમાં ભરવામાં આવે તેની દીવાલો પર દબાણ લગાડે છે. દા.ત., ફુગ્ગામાં હવા ભરતાં તેની દીવાલ ફૂલે છે, સાયકલની ટ્યુબમાં હવા પૂરવાથી તે કડક બને છે.
- વાતાવરણનું દબાણ (Atmospheric Pressure) : આપણી પૃથ્વીની ચારેબાજુ આવેલા હવાના આવરણને વાતાવરણ કહે છે. આ હવાના સ્તંભના વજનને લીધે એકમ ક્ષેત્રફળ પર લાગતા દબાણને વાતાવરણનું દબાણ કહે છે.
• ઉત્તમ ગુણવત્તાવાળા રબરના ચૂષક (Rubber Sucker) ને લીસી સપાટી પર દબાવતાં તેની અંદરની હવા બહાર નીકળી જાય છે અને બહારનું વાતાવરણનું દબાણ એટલું પ્રબળ હોય છે કે તેને સપાટી પરથી ખેંચીને ઉખેડવો અત્યંત મુશ્કેલ બને છે.
• આપણે વાતાવરણના આટલા મોટા દબાણ હેઠળ કચડાઈ કેમ જતા નથી ? કારણ કે આપણા શરીરની અંદરનું રુધિર અને તરલ દ્રવ્યોનું દબાણ પણ બહારના વાતાવરણના દબાણ જેટલું જ હોય છે, જે પરસ્પર સંતુલિત થઈ જાય છે.
• 17મી સદીમાં જર્મન વૈજ્ઞાનિક ઓટો વોન ગેરીકે (Otto von Guericke) એ હવા ચૂસી લીધેલા બે ધાતુના અર્ધગોળાઓને અલગ કરવા માટે બંને બાજુ 8-8 ઘોડા જોડીને પ્રયોગ કર્યો હતો, છતાં ઘોડાઓ તે અર્ધગોળાઓને અલગ કરી શક્યા ન હતા; જે વાતાવરણના પ્રચંડ દબાણની સાબિતી આપે છે.
✦ સ્વાધ્યાય સોલ્યુશન (Std 8 Science Chapter 8 Swadhyay Solution) ✦
1. એવી બે પરિસ્થિતિઓના ઉદાહરણો આપો કે જેમાં તમે વસ્તુની ગતિની અવસ્થા બદલવા માટે ધક્કો મારો છો કે ખેંચો છો.
જવાબ :
(1) ધક્કો મારવો (Push) :
• જમીન પર સ્થિર પડેલા ફૂટબોલને કિક મારીને ગતિમાં લાવવો.
• બંધ દરવાજાને આગળ ધકેલીને બંધ કરવો કે ખોલવો.
(2) ખેંચવું (Pull) :
• ટેબલના ડ્રોઅરને બહાર ખોલવા માટે હાથ વડે ખેંચવું.
• કૂવામાંથી પાણી ભરેલી ડોલને દોરડા વડે ઉપર ખેંચવી.
2. એવી બે પરિસ્થિતિઓના ઉદાહરણો આપો કે જેમાં લાગુ પાડેલા બળના કારણે વસ્તુનો આકાર બદલાય છે.
જવાબ :
(1) પ્લેટમાં રાખેલા લોટના પિંડા (કણક) ને હાથ વડે દબાવીને રોટલી વણવી.
(2) રબર બેન્ડને બંને હાથ વડે ખેંચવું અથવા ફોમ/સ્પોન્જના ટુકડાને હાથથી દબાવવો.
3. નીચે આપેલાં વિધાનોમાં ખાલી જગ્યા પૂરો :
(a) કૂવામાંથી પાણી ખેંચવા માટે આપણે દોરડા પર ખેંચાણ (બળ) લગાડવું પડે છે.
(b) એક વિદ્યુતભારિત પદાર્થ બીજા વિદ્યુતભાર રહિત પદાર્થને પોતાની તરફ આકર્ષે છે.
(c) સામાન ભરેલી ટ્રોલીને ગતિ કરાવવા માટે આપણે તેને ધકેલવી કે ખેંચવી પડે છે.
(d) એક ચુંબકનો ઉત્તર ધ્રુવ બીજા ચુંબકના ઉત્તર ધ્રુવને અપાકર્ષે છે.
4. એક તીરંદાજ લક્ષ્ય તરફ નિશાન સાધતાં ધનુષ્યની પણછને ખેંચે છે. પછી તે તીરને મુક્ત કરે છે, જે લક્ષ્ય તરફ આગળ વધે છે. આ માહિતીના આધારે નીચેના શબ્દોનો ઉપયોગ કરી ખાલી જગ્યા પૂરો :
(સ્નાયુ, સંપર્ક, અસંપર્ક, ગુરુત્વ, ઘર્ષણ, આકાર, આકર્ષણ)
(a) પણછને ખેંચવા માટે તીરંદાજ બળ લગાડે છે, જેને લીધે તેના આકાર માં ફેરફાર થાય છે.
(b) પણછને ખેંચવા માટે તીરંદાજ વડે લાગુ પાડેલ બળ એ સ્નાયુ બળનું ઉદાહરણ છે.
(c) તીરની ગતિની અવસ્થા બદલવા માટે જવાબદાર બળનો પ્રકાર એ સંપર્ક બળનું ઉદાહરણ છે.
(d) જ્યારે તીર લક્ષ્ય તરફ આગળ વધતું હોય છે, ત્યારે તેના પર લાગતાં બળો ગુરુત્વ અને હવા દ્વારા લાગતા ઘર્ષણ બળને કારણે હોય છે.
5. નીચેની પરિસ્થિતિઓમાં બળ લગાડનાર તથા જે વસ્તુ પર બળ લાગતું હોય તેને ઓળખો. દરેક કિસ્સામાં બળની જે અસર દેખાતી હોય તે જણાવો :
(a) રસ કાઢવા માટે લીંબુના ટુકડાઓને આંગળીઓ વડે દબાવવા.
જવાબ :
• બળ લગાડનાર : હાથની આંગળીઓ (સ્નાયુ બળ).
• જેના પર બળ લાગે છે : લીંબુનો ટુકડો.
• બળની અસર : લીંબુનો આકાર બદલાય છે અને રસ બહાર નીકળે છે.
(b) ટૂથપેસ્ટની ટ્યુબમાંથી પેસ્ટ બહાર કાઢવી.
જવાબ :
• બળ લગાડનાર : હાથની આંગળીઓ.
• જેના પર બળ લાગે છે : ટૂથપેસ્ટની ટ્યુબ.
• બળની અસર : ટ્યુબનો આકાર બદલાય છે અને પેસ્ટ બહાર નીકળે છે.
(c) દીવાલમાં જડેલા હૂક સાથે લટકાવેલી સ્પ્રિંગના બીજા છેડે વજન લટકાવવું.
જવાબ :
• બળ લગાડનાર : લટકાવેલું વજન (ગુરુત્વ બળ).
• જેના પર બળ લાગે છે : સ્પ્રિંગ.
• બળની અસર : સ્પ્રિંગ ખેંચાઈને લંબાય છે એટલે કે તેના આકાર/લંબાઈમાં ફેરફાર થાય છે.
(d) ઊંચો કૂદકો લગાવતી વખતે એક ખેલાડી ચોક્કસ ઊંચાઈના બાર (લાકડી) ને પાર કરે છે.
જવાબ :
• બળ લગાડનાર : ખેલાડીના પગના સ્નાયુઓ.
• જેના પર બળ લાગે છે : ખેલાડીનું પોતાનું શરીર.
• બળની અસર : ખેલાડીના શરીરની ગતિની અવસ્થા અને દિશા બદલાય છે (શરીર ઉપર તરફ ઊંચકાય છે).
6. એક લુહાર ઓજાર બનાવતી વખતે લોખંડના ગરમ ટુકડાને હથોડી વડે ટીપે છે. ટીપવાને કારણે લાગતું બળ લોખંડના ટુકડા પર કઈ રીતે અસર કરે છે ?
જવાબ : હથોડી વડે વારંવાર ટીપવાથી લુહાર દ્વારા લોખંડ પર સ્નાયુ બળ લાગે છે. ગરમ લોખંડ નરમ હોવાથી આ બળને લીધે લોખંડનો ટુકડો સપાટ થઈને પ્રસરે છે અને તેના આકારમાં ફેરફાર થાય છે, જેથી ઇચ્છિત ઓજારનો આકાર આપી શકાય છે.
7. એક ફુલાવેલા ફુગ્ગાને સિન્થેટિક કાપડના ટુકડા વડે ઘસીને દીવાલ પર દબાવવામાં આવ્યો. એવું જોવા મળ્યું કે ફુગ્ગો દીવાલ સાથે ચોંટી જાય છે. ફુગ્ગા અને દીવાલ વચ્ચે થતા આકર્ષણ માટે કયું બળ જવાબદાર હોઈ શકે ?
જવાબ : આ આકર્ષણ માટે સ્થિત-વિદ્યુત બળ (Electrostatic Force) જવાબદાર છે. સિન્થેટિક કાપડ સાથે ઘસવાથી ફુગ્ગો વિદ્યુતભારિત બને છે, જેથી તે વિદ્યુતભાર રહિત દીવાલ તરફ આકર્ષાઈને ચોંટી જાય છે.
8. તમે તમારા હાથમાં પાણી ભરેલી એક પ્લાસ્ટિકની ડોલ જમીનથી ઉપર પકડી રાખેલી છે. ડોલ પર લાગતાં બળોનાં નામ જણાવો. ડોલ પર લાગતાં બળોને કારણે તેની ગતિની અવસ્થામાં કેમ ફેરફાર થતો નથી, તેની ચર્ચા કરો.
જવાબ :
• લાગતાં બળો :
1. હાથના સ્નાયુઓ વડે ઉપરની દિશામાં લાગતું સ્નાયુ બળ.
2. પૃથ્વી દ્વારા નીચેની દિશામાં લાગતું ગુરુત્વાકર્ષણ બળ (ડોલનું વજન).
• ચર્ચા : આ બંને બળો મૂલ્યમાં સમાન અને પરસ્પર વિરુદ્ધ દિશામાં કાર્ય કરે છે. આથી તેમનું પરિણામી બળ શૂન્ય થાય છે ($F = 0$). બળો સંતુલિત હોવાથી ડોલ સ્થિર રહે છે અને તેની ગતિની અવસ્થામાં કોઈ ફેરફાર થતો નથી.
9. કોઈ ઉપગ્રહને તેની ભ્રમણકક્ષામાં તરતો મૂકવા માટે એક રોકેટને ઉપર તરફ પ્રક્ષેપિત કરવામાં આવ્યું. પ્રક્ષેપણ મંચ (Launch pad) છોડવાના તરત જ બાદ રોકેટ પર લાગતાં બે બળોનાં નામ જણાવો.
જવાબ : રોકેટ લોન્ચ પેડ છોડે તે પછી તરત જ તેના પર મુખ્યત્વે બે બળો લાગે છે :
(1) પૃથ્વીનું નીચેની તરફ ખેંચતું ગુરુત્વાકર્ષણ બળ.
(2) વાતાવરણની હવા દ્વારા રોકેટની ગતિની વિરુદ્ધ દિશામાં (નીચે તરફ) લાગતું હવાનું ઘર્ષણ બળ.
10. જ્યારે ડ્રોપરના છેડાને પાણીમાં રાખીને તેના રબરના બલ્બને દબાવવામાં આવે છે ત્યારે અંદર રહેલી હવા પરપોટા રૂપે બહાર નીકળતી જોવા મળે છે. જ્યારે બલ્બ પરનું દબાણ છોડી દેવામાં આવે છે ત્યારે પાણી ડ્રોપરમાં ભરાય છે. ડ્રોપરમાં પાણી ચઢવાનું કારણ ...... છે.
(a) પાણીનું દબાણ
(b) પૃથ્વીનું ગુરુત્વાકર્ષણ
(c) રબરના બલ્બનો આકાર
(d) વાતાવરણનું દબાણ
જવાબ : (d) વાતાવરણનું દબાણ
સમજૂતી : બલ્બ દબાવવાથી અંદરની હવા નીકળી જતાં ડ્રોપરમાં દબાણ ઘટે છે. જ્યારે બલ્બ છોડવામાં આવે ત્યારે પાત્રમાં પાણીની મુક્ત સપાટી પર લાગતું વાતાવરણનું દબાણ પાણીને ઊંચા દબાણથી નીચા દબાણ તરફ એટલે કે ડ્રોપરની અંદર ધકેલે છે.
✦ વિસ્તૃત અભ્યાસ માટેની પ્રવૃત્તિઓ અને પ્રૉજેક્ટ (Activities & Projects) ✦
1. પ્લાસ્ટિકની ખાલી બોટલની મદદથી મેનોમીટર (પ્રવાહીનું દબાણ માપવાનું સાધન) બનાવો અને ઊંડાઈ સાથે દબાણ કેવી રીતે બદલાય છે તે ચકાસો.
જવાબ :
• સાધન બનાવવું : પ્લાસ્ટિકની બોટલમાં તળિયાથી જુદી-જુદી ઊંચાઈએ (ઉપર, વચ્ચે અને તળિયે) ત્રણ સરખા છિદ્રો પાડો અને તેના પર સેલોટેપ લગાવી દો. હવે બોટલને પાણીથી પૂરી ભરી દો.
• અવલોકન : સેલોટેપ એકસાથે હટાવતાં જણાશે કે સૌથી નીચેના છિદ્રમાંથી પાણીની ધાર સૌથી વધુ દૂર સુધી ફેંકાય છે, જ્યારે સૌથી ઉપરના છિદ્રમાંથી ધાર સૌથી નજીક પડે છે.
• તારણ : પ્રવાહી સ્તંભની ઊંડાઈ વધતાં પ્રવાહીનું દબાણ વધે છે.
2. એક સમાન ક્ષેત્રફળવાળી બે અલગ-અલગ સપાટીઓ (લાકડાનું પાટિયું અને સ્પંજ) પર સમાન વજન મૂકી દબાણની અસર તપાસો.
જવાબ : સ્પંજ પર ઈંટને ઊભી (નાની સપાટી પર) મૂકતાં તે સ્પંજમાં વધુ ઊંડે સુધી ખૂંપી જાય છે, જ્યારે તે જ ઈંટને આડી (મોટી સપાટી પર) મૂકતાં સ્પંજ ઓછો દબાય છે. આ દર્શાવે છે કે સમાન બળ માટે જો ક્ષેત્રફળ ઓછું હોય તો દબાણ વધુ ઉત્પન્ન થાય છે.
3. રબરના ચૂષક (Sucker) ની મદદથી વાતાવરણના દબાણની પ્રબળતા દર્શાવતો પ્રયોગ વર્ણવો.
જવાબ : એક સારી ગુણવત્તાવાળા રબરના સક્કરને કાચ કે લીસી ટાઇલ્સ પર જોરથી દબાવવામાં આવે ત્યારે તેની અને સપાટી વચ્ચે રહેલી મોટાભાગની હવા બહાર નીકળી જાય છે. હવે બહારનું વાતાવરણનું દબાણ તેના પર સતત લાગતું હોવાથી તે સપાટી સાથે મજબૂતીથી ચોંટી જાય છે. તેને હાથથી ખેંચીને ઉખાડવા માટે વાતાવરણના દબાણ કરતાં પણ વધુ મોટું સ્નાયુ બળ લગાડવું પડે છે.
4. ઓટો વોન ગેરીકેના ધાતુના અર્ધગોળાના ઐતિહાસિક પ્રયોગ પર ટૂંકનોંધ લખો.
જવાબ : 17મી સદીમાં જર્મનીના માગ્ડેબર્ગ શહેરના વૈજ્ઞાનિક ઓટો વોન ગેરીકે હવા ખેંચવાનો પંપ બનાવ્યો હતો. તેમણે 51 સેમી વ્યાસ ધરાવતા ધાતુના બે પોલા અર્ધગોળાઓને જોડી અંદરની તમામ હવા ખેંચી લીધી. ત્યારબાદ બંને ગોળાઓને સામસામે ખેંચીને અલગ કરવા માટે પ્રત્યેક બાજુ 8-8 શક્તિશાળી ઘોડા (કુલ 16 ઘોડા) જોડ્યા હતા. પરંતુ વાતાવરણનું બહારનું દબાણ એટલું પ્રચંડ હતું કે 16 ઘોડા પણ તે બંને અર્ધગોળાઓને એકબીજાથી છૂટા પાડી શક્યા ન હતા. આ પ્રયોગ હવામાં રહેલા પ્રચંડ વાતાવરણીય દબાણની ઉત્કૃષ્ટ સાબિતી આપે છે.
Post a Comment