Laws Of Motions (SAQs)

Physics-1 | 5. Laws of Motion – SAQs:
Welcome to SAQs in Chapter 5: Laws of Motion. This page features the key FAQs for Short Answer Questions. Answers are given in simple English, with a Telugu explanation, and formatted according to the exam style. This will aid in understanding and achieving top marks in your final exams.


SAQ-1 : State Newton’s second law of motion. Hence, derive the equation of motion F=ma.

For Backbenchers 😎

Newton’s Second Law of Motion is a really important concept in physics. It tells us about the relationship between the force applied to an object, its mass, and how quickly its speed changes, which we call acceleration. In simple terms, this law says that if you push something, how much it speeds up depends on how heavy it is.

To use this law, we start by considering the force – the push we apply to the object. Imagine pushing a toy car; the force is how hard you push it. Then, we look at the object’s velocity, which is just how fast it’s moving. In our case, we’re considering an object that wasn’t moving at first but starts moving after being pushed for 20 seconds.

The key part is figuring out the acceleration. This is all about how the object’s speed changes from not moving to moving. Since the object was still and then started moving, it has accelerated. We calculate the acceleration by seeing how much the speed changed during those 20 seconds.

Now comes the application of Newton’s Law. The law formula is: force equals mass times acceleration. But what we’re really interested in is the mass, or how heavy the object is. So, we rearrange the formula to solve for mass. The formula becomes: mass equals force divided by acceleration.

By using the amount of force and how quickly the object speeds up, we can figure out its mass. In other words, we’re using the push (force) and how much the object speeds up (acceleration) to find out how heavy it is (mass).

In conclusion, Newton’s Second Law gives us a clever way to determine an object’s weight. By looking at how a push (force) makes something speed up (acceleration), we can calculate its weight (mass). This method shows us a practical application of physics in understanding everyday phenomena.

మన తెలుగులో

న్యూటన్ యొక్క రెండవ చలన నియమం భౌతిక శాస్త్రంలో నిజంగా ముఖ్యమైన అంశం. ఇది ఒక వస్తువుకు వర్తించే శక్తి, దాని ద్రవ్యరాశి మరియు దాని వేగం ఎంత త్వరగా మారుతుందనే దాని గురించి చెబుతుంది, దీనిని మనం త్వరణం అని పిలుస్తాము. సరళంగా చెప్పాలంటే, మీరు దేనినైనా నెట్టివేస్తే, అది ఎంత బరువుగా ఉంటుందో దానిపై ఆధారపడి ఉంటుంది అని ఈ చట్టం చెబుతుంది.

ఈ చట్టాన్ని ఉపయోగించడానికి, మేము శక్తిని పరిగణనలోకి తీసుకోవడం ద్వారా ప్రారంభిస్తాము – మేము వస్తువుకు వర్తించే పుష్. ఒక బొమ్మ కారు నెట్టడం ఇమాజిన్; మీరు దానిని ఎంత గట్టిగా నెట్టారు అనేది శక్తి. అప్పుడు, మనం వస్తువు యొక్క వేగాన్ని చూస్తాము, అది ఎంత వేగంగా కదులుతుందో. మా విషయంలో, మేము మొదట కదలని వస్తువును పరిశీలిస్తున్నాము, కానీ 20 సెకన్ల పాటు నెట్టబడిన తర్వాత కదలడం ప్రారంభమవుతుంది.

ప్రధాన భాగం త్వరణాన్ని గుర్తించడం. వస్తువు యొక్క వేగం కదలకుండా కదలకుండా ఎలా మారుతుంది అనే దాని గురించి ఇదంతా. వస్తువు నిశ్చలంగా ఉండి, కదలడం ప్రారంభించినందున, అది వేగవంతమైంది. ఆ 20 సెకన్లలో వేగం ఎంత మారిందో చూడటం ద్వారా మేము త్వరణాన్ని లెక్కిస్తాము.

ఇప్పుడు న్యూటన్ యొక్క చట్టం యొక్క అప్లికేషన్ వస్తుంది. చట్టం సూత్రం: బలం సమానం ద్రవ్యరాశి సమయాల త్వరణం. కానీ మనకు నిజంగా ఆసక్తి ఉన్నది ద్రవ్యరాశి లేదా వస్తువు ఎంత బరువుగా ఉంటుంది. కాబట్టి, ద్రవ్యరాశి కోసం పరిష్కరించడానికి మేము సూత్రాన్ని పునర్వ్యవస్థీకరిస్తాము. సూత్రం అవుతుంది: ద్రవ్యరాశి త్వరణం ద్వారా విభజించబడిన బలానికి సమానం.

శక్తి మొత్తాన్ని ఉపయోగించడం ద్వారా మరియు వస్తువు ఎంత త్వరగా వేగాన్ని పెంచుతుందో, మనం దాని ద్రవ్యరాశిని గుర్తించవచ్చు. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, మనం పుష్ (ఫోర్స్) మరియు ఆబ్జెక్ట్ ఎంత బరువుగా ఉందో (ద్రవ్యరాశి) తెలుసుకోవడానికి ఎంత వేగం (యాక్సిలరేషన్) ఉపయోగిస్తాము.

ముగింపులో, న్యూటన్ యొక్క రెండవ నియమం వస్తువు యొక్క బరువును నిర్ణయించడానికి ఒక తెలివైన మార్గాన్ని అందిస్తుంది. పుష్ (ఫోర్స్) ఏదో వేగాన్ని (త్వరణం) ఎలా చేస్తుందో చూడటం ద్వారా, మనం దాని బరువు (ద్రవ్యరాశి)ని లెక్కించవచ్చు. ఈ పద్ధతి రోజువారీ దృగ్విషయాలను అర్థం చేసుకోవడంలో భౌతిక శాస్త్రం యొక్క ఆచరణాత్మక అనువర్తనాన్ని చూపుతుంది.

Introduction

Newton’s Second Law of Motion is a fundamental principle in physics that relates force, mass, and acceleration. This law states that the force applied to an object is directly proportional to the rate of change of its momentum. We will use this law to derive the equation of motion F=ma and then apply it to find the mass of a body acted upon by a specific force, leading to a certain velocity over time.

Derivation of Newton’s Second Law

  1. Initial Momentum: pi​ = mu, where m is the mass and u is the initial velocity.
  2. Final Momentum: pf​ = mv, where v is the final velocity.
  3. Change in Momentum: $$\Delta p = p_f – p_i = m(v – u)$$.
  4. Time Interval: Δt, given as 20 seconds in the problem.
  5. Rate of Change of Momentum: $$\frac{\Delta p}{\Delta t} = \frac{m(v – u)}{\Delta t}$$.
  6. Applying Newton’s Second Law: $$F = \frac{dp}{dt}$$
    Therefore, $$F = \frac{m(v – u)}{\Delta t}$$

Applying the Law to Determine Mass

  1. Given Force: $$\vec{F} = 2\vec{i} + \vec{j} – \vec{k}$$ newtons.
  2. Final Velocity: $$\vec{v} = 4\vec{i} + 2\vec{j} – 2\vec{k}$$ m/s.
  3. Initial Velocity: $$\vec{u} = 0$$ (as the body is initially at rest).
  4. Time Taken: Δt=20 seconds.

Calculating Mass

  1. Equating force components with the corresponding components of $$\frac{m(v – u)}{\Delta t}​$$
  2. X-direction: $$2 = \frac{m(4 – 0)}{20}$$
  3. Y-direction: $$1 = \frac{m(2 – 0)}{20}$$
  4. Z-direction: $$-1 = \frac{m(-2 – 0)}{20}$$
  5. Solve for m in each equation to find the common value, representing the mass of the body.

Summary

By applying Newton’s Second Law of Motion and the given force, initial and final velocities, we can determine the mass of the body. The calculation involves breaking down the force into its components and equating them with the components of the change in momentum over time. This approach is fundamental in solving problems involving force, mass, and motion in physics.


SAQ-2 : Mention the methods used to decrease friction.

For Backbenchers 😎

Friction is a force that occurs when two surfaces rub against each other. Think of it as a kind of resistance that can slow things down or make them hard to move. Sometimes friction is useful, like when it keeps us from slipping on the floor. But often, we want to reduce friction to make things move more smoothly.

One way to reduce friction is by using lubricants. Lubricants are slippery substances like oil or grease. When you put them between two surfaces, they fill in the tiny rough spots and create a smooth layer. This helps the surfaces glide over each other without sticking. It’s like when you put lotion on your hands, and they become slippery. Lubricants are really helpful in machines, like in car engines, where they help parts move smoothly and last longer.

Another method to reduce friction is by polishing surfaces. Polishing makes surfaces smoother and more even. The smoother the surfaces, the less they stick to each other, and the easier they slide. This is why we polish things like bike axles or skateboard wheels – it helps them rotate freely.

Ball bearings are also used to reduce friction. They are small metal balls placed between moving parts of a machine. Instead of the parts rubbing directly against each other, they roll over these balls. Rolling is smoother than sliding, which makes the movement more efficient. Ball bearings are used in many things, from cars to skateboards, to help parts move smoothly.

Lastly, streamlining is a way to reduce friction. It’s all about shaping objects to move through air or water more easily. When you design a car, airplane, or even a rocket, you make it streamlined. This means giving it a shape that cuts through the air or water smoothly, reducing resistance. It makes the object faster and saves energy.

In summary, reducing friction is about making movement easier and more efficient. We can do this by using lubricants to create a smooth layer between surfaces, polishing surfaces to make them slicker, using ball bearings to change sliding into rolling, and designing objects in a streamlined way to move through air or water smoothly. These methods help everything from vehicles to machinery run better.

మన తెలుగులో

ఘర్షణ అనేది రెండు ఉపరితలాలు ఒకదానికొకటి రుద్దినప్పుడు ఏర్పడే శక్తి. ఇది ఒక రకమైన ప్రతిఘటనగా భావించండి, అది విషయాలను నెమ్మదిస్తుంది లేదా వాటిని తరలించడం కష్టతరం చేస్తుంది. కొన్నిసార్లు ఘర్షణ ఉపయోగపడుతుంది, అది మనం నేలపై జారిపోకుండా చేస్తుంది. కానీ తరచుగా, మేము విషయాలు మరింత సజావుగా తరలించడానికి ఘర్షణను తగ్గించాలనుకుంటున్నాము.

రాపిడిని తగ్గించడానికి ఒక మార్గం కందెనలను ఉపయోగించడం. కందెనలు నూనె లేదా గ్రీజు వంటి జారే పదార్థాలు. మీరు వాటిని రెండు ఉపరితలాల మధ్య ఉంచినప్పుడు, అవి చిన్న చిన్న మచ్చలను నింపి మృదువైన పొరను సృష్టిస్తాయి. ఇది ఉపరితలాలు అంటుకోకుండా ఒకదానికొకటి జారిపోవడానికి సహాయపడుతుంది. ఇది మీరు మీ చేతులకు లోషన్ రాసుకుంటే, అవి జారేలా ఉంటాయి. లూబ్రికెంట్‌లు కార్ ఇంజన్‌ల మాదిరిగా మెషీన్‌లలో నిజంగా సహాయకారిగా ఉంటాయి, ఇక్కడ అవి భాగాలు సజావుగా మరియు ఎక్కువసేపు సాగడానికి సహాయపడతాయి.

ఘర్షణను తగ్గించడానికి మరొక పద్ధతి ఉపరితలాలను పాలిష్ చేయడం. పాలిషింగ్ ఉపరితలాలను సున్నితంగా మరియు మరింత సమానంగా చేస్తుంది. ఉపరితలాలు సున్నితంగా ఉంటాయి, అవి ఒకదానికొకటి తక్కువ అంటుకుని, సులభంగా జారిపోతాయి. అందుకే మేము బైక్ యాక్సిల్స్ లేదా స్కేట్‌బోర్డ్ వీల్స్ వంటి వాటిని పాలిష్ చేస్తాము – ఇది వాటిని స్వేచ్ఛగా తిప్పడంలో సహాయపడుతుంది.

రాపిడిని తగ్గించడానికి బాల్ బేరింగ్‌లను కూడా ఉపయోగిస్తారు. అవి యంత్రం యొక్క కదిలే భాగాల మధ్య ఉంచబడిన చిన్న మెటల్ బంతులు. భాగాలు ఒకదానికొకటి నేరుగా రుద్దడానికి బదులుగా, అవి ఈ బంతులను చుట్టేస్తాయి. స్లైడింగ్ కంటే రోలింగ్ మృదువైనది, ఇది కదలికను మరింత సమర్థవంతంగా చేస్తుంది. బాల్ బేరింగ్‌లు కార్ల నుండి స్కేట్‌బోర్డ్‌ల వరకు చాలా వస్తువులలో ఉపయోగించబడతాయి, భాగాలు సజావుగా కదలడానికి సహాయపడతాయి.

చివరగా, స్ట్రీమ్‌లైనింగ్ అనేది ఘర్షణను తగ్గించడానికి ఒక మార్గం. ఇది గాలి లేదా నీటి ద్వారా మరింత సులభంగా తరలించడానికి వస్తువులను ఆకృతి చేయడం గురించి. మీరు కారు, విమానం లేదా రాకెట్‌ని డిజైన్ చేసినప్పుడు, మీరు దానిని క్రమబద్ధీకరించారు. దీని అర్థం గాలి లేదా నీటిని సజావుగా కత్తిరించే ఆకారాన్ని ఇవ్వడం, నిరోధకతను తగ్గించడం. ఇది వస్తువును వేగవంతం చేస్తుంది మరియు శక్తిని ఆదా చేస్తుంది.

సారాంశంలో, ఘర్షణను తగ్గించడం అనేది కదలికను సులభతరం చేయడం మరియు మరింత సమర్థవంతంగా చేయడం. ఉపరితలాల మధ్య మృదువైన పొరను సృష్టించడానికి లూబ్రికెంట్‌లను ఉపయోగించడం, వాటిని స్లికర్‌గా చేయడానికి ఉపరితలాలను పాలిష్ చేయడం, స్లైడింగ్‌ను రోలింగ్‌గా మార్చడానికి బాల్ బేరింగ్‌లను ఉపయోగించడం మరియు గాలి లేదా నీటిలో సజావుగా వెళ్లడానికి వస్తువులను క్రమబద్ధీకరించడం ద్వారా మేము దీన్ని చేయవచ్చు. ఈ పద్ధతులు వాహనాల నుండి యంత్రాల వరకు మెరుగ్గా నడుస్తాయి.

Introduction

Friction is the force that opposes the relative motion or tendency of such motion of two surfaces in contact. It can be advantageous in certain situations, but often, it is desirable to reduce friction. There are several methods to achieve this reduction, making it easier to move objects or improve the efficiency of machines. This discussion explores various ways to reduce friction and its practical applications.

  1. Using Lubricants: Friction increases when surfaces have rough contact points. Lubricants, such as oils or greases, are substances used to reduce friction by filling the gaps and pores between contacting surfaces. The lubricant forms a thin film that separates the surfaces and allows them to slide more smoothly over each other, decreasing friction significantly. Practical Application: Lubricating the engine parts in vehicles reduces friction and wear, enhancing engine efficiency and prolonging the engine’s life.
  2. Polishing Surfaces: Polishing involves making the surfaces smoother and more even. Smoother surfaces have fewer irregularities, resulting in reduced friction when in contact with each other. By removing the roughness, the surfaces can slide or roll more easily, leading to lower friction. Practical Application: Polishing the axles of bicycles or skateboards reduces friction, allowing the wheels to rotate smoothly.
  3. Using Ball Bearings: Ball bearings are rolling elements used to reduce friction in rotating machinery. They consist of small metal balls held within a ring or cage. The rolling motion of the balls between the inner and outer races minimizes contact area and friction, making it more efficient than sliding friction. Practical Application: Ball bearings are commonly used in various machines, such as wheels in vehicles, industrial machinery, and skateboards, to reduce friction and enhance smooth movement.
  4. Streamlining: Streamlining is a design technique used to reduce air resistance or fluid friction experienced by objects moving through air or liquids. By shaping the object to minimize its contact area with the surrounding medium, friction is reduced, allowing for more efficient movement. Practical Application: The design of modern cars, airplanes, and rockets incorporates streamlining to reduce air resistance, improve fuel efficiency, and increase speed.

Summary

Friction reduction techniques play a crucial role in enhancing the efficiency of machines, improving energy consumption, and making various processes more manageable. By using lubricants, polishing surfaces, employing ball bearings, and streamlining designs, we can effectively reduce friction and enjoy smoother, more efficient operations in numerous practical applications.


SAQ-3 : Define the terms momentum and impulse. State and explain the law of conservation of linear momentum. Give example.

For Backbenchers 😎

Momentum is a really important concept in physics. It’s like the “oomph” an object has when it’s moving. Imagine a skateboard rolling down a hill. The momentum of the skateboard depends on two things: how much the skateboard weighs (its mass) and how fast it’s going down the hill (its velocity). The heavier the skateboard or the faster it’s going, the more momentum it has. Momentum is a big deal because it tells us how hard it would be to stop the skateboard.

Impulse is closely related to momentum, but it’s all about changing momentum. Let’s say you kick a soccer ball. When your foot hits the ball, it applies a force for a short amount of time. This force changes the ball’s speed and direction. That’s what impulse does. Technically, impulse is the force you use times how long you apply it. It’s like giving the ball a quick, sharp push to change how it’s moving.

Then there’s the Law of Conservation of Linear Momentum. This law is kind of like a rule of the universe. It tells us that when objects bump into each other, their total momentum before they hit is the same as after they hit. For example, if two cars crash into each other, the total “oomph” of both cars before the crash is the same as after the crash.

To understand this, let’s think about two toy cars crashing into each other. Each car has its own momentum based on its speed and weight. When they crash, they push against each other, changing their speeds and directions. We can figure out how much the momentum of each car changes during the crash. But when we add up the momentum of both cars before and after the crash, we find that the total momentum hasn’t changed. This shows that the total momentum is preserved – it doesn’t get lost or disappear in the crash.

In summary, momentum is the “oomph” an object has when it moves, and impulse is what happens when a force changes this “oomph.” The Law of Conservation of Linear Momentum tells us that the total momentum of objects stays the same before and after they collide. These concepts help us understand how objects move and interact, from playing sports to studying car crashes.

మన తెలుగులో

భౌతిక శాస్త్రంలో మొమెంటం అనేది చాలా ముఖ్యమైన అంశం. ఇది ఒక వస్తువు కదులుతున్నప్పుడు “ఓంఫ్” లాగా ఉంటుంది. స్కేట్‌బోర్డు కొండపై నుంచి దొర్లుతున్నట్లు ఊహించుకోండి. స్కేట్‌బోర్డ్ యొక్క మొమెంటం రెండు విషయాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది: స్కేట్‌బోర్డ్ ఎంత బరువు ఉంటుంది (దాని ద్రవ్యరాశి) మరియు అది కొండపైకి ఎంత వేగంగా వెళుతోంది (దాని వేగం). స్కేట్‌బోర్డ్ ఎంత బరువైనది లేదా అది ఎంత వేగంగా వెళ్తుందో, అది మరింత ఊపందుకుంటుంది. మొమెంటం అనేది ఒక పెద్ద విషయం ఎందుకంటే స్కేట్‌బోర్డ్‌ను ఆపడం ఎంత కష్టమో అది మాకు తెలియజేస్తుంది.

ప్రేరణ మొమెంటంకు దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటుంది, అయితే ఇది మొమెంటంను మార్చడానికి సంబంధించినది. మీరు సాకర్ బంతిని తన్నారని అనుకుందాం. మీ పాదం బంతిని తాకినప్పుడు, అది తక్కువ సమయం వరకు శక్తిని ప్రయోగిస్తుంది. ఈ శక్తి బంతి వేగం మరియు దిశను మారుస్తుంది. ప్రేరణ అదే చేస్తుంది. సాంకేతికంగా, ప్రేరణ అనేది మీరు ఎంతకాలం వర్తింపజేసే సమయాలను ఉపయోగించే శక్తి. ఇది బంతి ఎలా కదులుతుందో మార్చడానికి త్వరిత, పదునైన పుష్ ఇవ్వడం లాంటిది.

అప్పుడు లీనియర్ మొమెంటం యొక్క పరిరక్షణ చట్టం ఉంది. ఈ చట్టం విశ్వం యొక్క నియమం లాంటిది. వస్తువులు ఒకదానికొకటి ఢీకొన్నప్పుడు, అవి కొట్టడానికి ముందు వాటి మొత్తం మొమెంటం అవి కొట్టిన తర్వాత సమానంగా ఉంటుందని ఇది మాకు చెబుతుంది. ఉదాహరణకు, రెండు కార్లు ఒకదానికొకటి ఢీకొన్నట్లయితే, క్రాష్‌కు ముందు రెండు కార్ల మొత్తం “ఓంఫ్” క్రాష్ తర్వాత సమానంగా ఉంటుంది.

దీన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి, రెండు బొమ్మ కార్లు ఒకదానికొకటి దూసుకెళ్లడం గురించి ఆలోచిద్దాం. ప్రతి కారు దాని వేగం మరియు బరువు ఆధారంగా దాని స్వంత మొమెంటం కలిగి ఉంటుంది. అవి క్రాష్ అయినప్పుడు, అవి ఒకదానికొకటి నెట్టివేస్తాయి, వాటి వేగం మరియు దిశలను మారుస్తాయి. క్రాష్ సమయంలో ప్రతి కారు యొక్క మొమెంటం ఎంత మారుతుందో మనం గుర్తించవచ్చు. కానీ క్రాష్‌కు ముందు మరియు తర్వాత రెండు కార్ల మొమెంటంను మేము జోడించినప్పుడు, మొత్తం మొమెంటం మారలేదని మేము గుర్తించాము. ఇది మొత్తం మొమెంటం భద్రపరచబడిందని చూపిస్తుంది – ఇది క్రాష్‌లో కోల్పోదు లేదా అదృశ్యం కాదు.

సారాంశంలో, మొమెంటం అనేది ఒక వస్తువు కదులుతున్నప్పుడు కలిగి ఉండే “ఊంఫ్”, మరియు ప్రేరణ అనేది ఒక శక్తి ఈ “ఓంఫ్”ని మార్చినప్పుడు ఏమి జరుగుతుంది. వస్తువుల మొత్తం మొమెంటం ఢీకొనడానికి ముందు మరియు తరువాత ఒకే విధంగా ఉంటుందని లీనియర్ మొమెంటం యొక్క పరిరక్షణ చట్టం చెబుతుంది. క్రీడలు ఆడటం నుండి కార్ క్రాష్‌లను అధ్యయనం చేయడం వరకు వస్తువులు ఎలా కదులుతాయి మరియు పరస్పరం పరస్పరం కదులుతాయో అర్థం చేసుకోవడానికి ఈ భావనలు మాకు సహాయపడతాయి.

Introduction

In the study of physics, momentum and impulse play crucial roles in understanding the motion of objects. Momentum, a vector quantity, is the product of an object’s mass and velocity. Impulse is defined as the product of force and time. The law of conservation of linear momentum states that in a closed system, the total momentum remains constant before and after a collision. This principle is foundational in physics, with applications in various scenarios. Here, we explore these concepts in detail.

  1. Momentum (p): Momentum, denoted as p, is a vector quantity representing the product of an object’s mass (m) and velocity (v). Mathematically, it’s expressed as p=mv. The momentum of an object is directly proportional to its mass and velocity, meaning a larger mass or higher velocity results in greater momentum.
  2. Impulse (J): Impulse, denoted as J, is the change in momentum of an object when a significant force (F) acts on it for a short time (t). It’s mathematically expressed as J=F×t. The impulse experienced by an object can lead to changes in its motion, like acceleration or deceleration.
  3. Law of Conservation of Linear Momentum: This law is a fundamental principle in physics, asserting that the total momentum of a closed system is constant before and after a collision. It implies that the combined momentum of all interacting objects in a system remains unchanged, regardless of the number of collisions within the system.

Proof: Consider two bodies, A and B, with masses moving with initial momenta PA​ and PB​ respectively, before a collision. During the collision, they exchange momenta over a short time Δt. Let their final momenta be P1A​ and P1B​. According to Newton’s third law, the forces they exert on each other are equal and opposite. Using Newton’s second law, the change in momentum for A and B during the collision is:

  • Change in momentum of A: $$F_{AB} \Delta t = P_{1A} – P_A​$$
  • Change in momentum of B: $$F_{BA} \Delta t = P_{1B} – P_B​$$

Equating these changes, we get: $$P_A + P_B = P_{1A} + P_{1B}​$$

This equation demonstrates that the total momentum before the collision equals the total momentum after, confirming the law of conservation of linear momentum.

Examples

  1. Explosion of a bomb: The momentum of the system is conserved even as fragments move in various directions.
  2. Firing of a bullet from a gun: The bullet and recoiling gun’s momentum are conserved in opposite directions, resulting in no net momentum change for the system.

Summary

Understanding momentum, impulse, and the law of conservation of linear momentum is vital for analyzing and predicting the motion and behavior of objects during collisions. These concepts are widely applied across various fields, enhancing our understanding of the dynamics in physical systems.


SAQ-4 : Explain the advantages and disadvantages of friction.

For Backbenchers 😎

Friction is a force that comes into play when two surfaces touch and move against each other. It’s a common experience in our everyday lives and has various effects, some helpful and some not so much.

The Helpful Side of Friction involves several everyday activities. For instance, friction is the reason we can walk without slipping. The friction between our shoes and the ground gives us the grip needed to move forward. When we write, the friction between a pen or pencil and the paper allows us to leave marks and create words or drawings. In vehicles, friction plays a critical safety role. The friction that occurs in the brakes helps cars and bikes to stop. Another interesting benefit of friction is in generating heat. Rubbing our hands together on a cold day warms them up due to the friction between our palms. Additionally, friction protects our planet. When asteroids enter the Earth’s atmosphere, friction causes them to heat up and burn, preventing many from reaching the Earth’s surface.

The Not-So-Good Aspects of Friction also impact various areas. In machinery, friction often leads to unwanted heat production. This can cause energy to be wasted, making machines less efficient. Friction also means that more energy is needed to move things. Cars, for example, need more fuel to overcome the resistance caused by friction. Another downside is noise production. The friction between moving parts in machines can lead to unpleasant sounds, requiring regular maintenance to manage. In nature, friction can be a hazard, especially in dry environments. The rubbing of dry branches can create enough heat to start forest fires. Dealing with friction often involves maintenance work, like greasing machine parts, which can incur additional costs.

In summary, friction is a force with both positive and negative impacts on our daily lives. It’s essential for activities like walking and driving but also creates challenges like energy loss, increased fuel consumption, noise, and maintenance needs. Understanding friction helps us to effectively harness its benefits while minimizing its less desirable effects.

మన తెలుగులో

ఘర్షణ అనేది రెండు ఉపరితలాలు ఒకదానికొకటి తాకినప్పుడు మరియు కదిలినప్పుడు అమలులోకి వచ్చే శక్తి. ఇది మన దైనందిన జీవితంలో ఒక సాధారణ అనుభవం మరియు వివిధ ప్రభావాలను కలిగి ఉంటుంది, కొన్ని సహాయకరంగా ఉంటాయి మరియు కొన్ని అంతగా లేవు.

ఘర్షణ యొక్క సహాయక భాగం అనేక రోజువారీ కార్యకలాపాలను కలిగి ఉంటుంది. ఉదాహరణకు, మనం జారిపోకుండా నడవడానికి ఘర్షణ కారణం. మన బూట్లు మరియు నేల మధ్య ఘర్షణ ముందుకు సాగడానికి అవసరమైన పట్టును ఇస్తుంది. మనం వ్రాసేటప్పుడు, పెన్ లేదా పెన్సిల్ మరియు కాగితం మధ్య ఘర్షణ గుర్తులను వదిలి పదాలు లేదా డ్రాయింగ్‌లను రూపొందించడానికి అనుమతిస్తుంది. వాహనాల్లో, ఘర్షణ కీలకమైన భద్రతా పాత్రను పోషిస్తుంది. బ్రేక్‌లలో ఏర్పడే ఘర్షణ కార్లు మరియు బైక్‌లను ఆపడానికి సహాయపడుతుంది. రాపిడి యొక్క మరొక ఆసక్తికరమైన ప్రయోజనం వేడిని ఉత్పత్తి చేయడం. చల్లని రోజున మన చేతులను కలిపి రుద్దడం వల్ల మన అరచేతుల మధ్య రాపిడి వల్ల అవి వేడెక్కుతాయి. అదనంగా, ఘర్షణ మన గ్రహాన్ని రక్షిస్తుంది. గ్రహశకలాలు భూమి యొక్క వాతావరణంలోకి ప్రవేశించినప్పుడు, రాపిడి వలన అవి వేడెక్కుతాయి మరియు మండుతాయి, చాలా మంది భూమి యొక్క ఉపరితలం చేరకుండా నిరోధిస్తుంది.

రాపిడి యొక్క అంత మంచిది కాని అంశాలు కూడా వివిధ ప్రాంతాలను ప్రభావితం చేస్తాయి. యంత్రాలలో, ఘర్షణ తరచుగా అవాంఛిత ఉష్ణ ఉత్పత్తికి దారితీస్తుంది. ఇది శక్తిని వృధా చేస్తుంది, యంత్రాలు తక్కువ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. ఘర్షణ అంటే వస్తువులను తరలించడానికి ఎక్కువ శక్తి అవసరమవుతుంది. ఉదాహరణకు, కార్లకు ఘర్షణ వల్ల కలిగే ప్రతిఘటనను అధిగమించడానికి ఎక్కువ ఇంధనం అవసరం. మరొక ప్రతికూలత శబ్దం ఉత్పత్తి. యంత్రాలలో కదిలే భాగాల మధ్య ఘర్షణ అసహ్యకరమైన శబ్దాలకు దారి తీస్తుంది, నిర్వహించడానికి సాధారణ నిర్వహణ అవసరం. ప్రకృతిలో, రాపిడి ప్రమాదకరంగా ఉంటుంది, ముఖ్యంగా పొడి వాతావరణంలో. ఎండిన కొమ్మలను రుద్దడం వల్ల అడవి మంటలను ప్రారంభించడానికి తగినంత వేడిని సృష్టించవచ్చు. ఘర్షణతో వ్యవహరించడం తరచుగా నిర్వహణ పనిని కలిగి ఉంటుంది, మెషిన్ భాగాలను గ్రీజు చేయడం వంటిది, ఇది అదనపు ఖర్చులను కలిగిస్తుంది.

సారాంశంలో, ఘర్షణ అనేది మన దైనందిన జీవితాలపై సానుకూల మరియు ప్రతికూల ప్రభావాలతో కూడిన శక్తి. నడక మరియు డ్రైవింగ్ వంటి కార్యకలాపాలకు ఇది చాలా అవసరం కానీ శక్తి నష్టం, పెరిగిన ఇంధన వినియోగం, శబ్దం మరియు నిర్వహణ అవసరాలు వంటి సవాళ్లను కూడా సృష్టిస్తుంది. ఘర్షణను అర్థం చేసుకోవడం దాని ప్రయోజనాలను సమర్థవంతంగా ఉపయోగించుకోవడంలో సహాయపడుతుంది, అయితే దాని తక్కువ కావాల్సిన ప్రభావాలను తగ్గిస్తుంది.

Introduction

Friction is a force that opposes the relative motion or the tendency towards motion between two surfaces in contact. It is a fundamental aspect of our daily lives, offering both advantages and disadvantages. Understanding these aspects of friction helps in various applications and situations.

Advantages of Friction

  1. Walking on the Ground: Friction between the soles of our shoes and the ground is crucial for walking without slipping, providing the necessary grip and stability.
  2. Writing: The friction between a pen or pencil and paper enables us to write and draw, offering control over the movement of writing instruments.
  3. Braking in Vehicles: Essential for vehicle safety, friction between brake pads and wheels creates a retarding force that brings vehicles to a halt.
  4. Heat Generation: In certain scenarios, like rubbing hands together, friction is beneficial for generating heat, especially in cold weather.
  5. Asteroid Protection: Friction with the Earth’s atmosphere causes asteroids to burn up, acting as a natural defense and protecting the Earth from potential impacts.

Disadvantages of Friction

  1. Heat Wastage: Friction in machinery and engines often leads to unwanted heat generation, causing energy wastage and reduced efficiency.
  2. Increased Energy Requirement: Due to its opposing nature, friction requires more energy to overcome, leading to higher fuel consumption in machines and vehicles.
  3. Noise Production: Friction between moving parts can produce noise, leading to discomfort and necessitating maintenance to reduce noise levels.
  4. Forest Fires: Under certain conditions, friction between dry branches can generate enough heat to ignite fires, posing a risk in dry environments.
  5. Maintenance and Cost: Overcoming friction requires additional efforts like greasing and oiling, along with regular maintenance to minimize wear and tear, incurring extra costs.

Summary

Friction is a double-edged sword, offering benefits essential for daily activities and safety, but also posing challenges in energy efficiency, maintenance, and environmental hazards. A thorough understanding of friction’s effects enables us to enhance its positive impacts and minimize its negative consequences in various systems and processes.


SAQ-5 : What are the shock absorbers used in motor cycles and cars?

For Backbenchers 😎

Shock absorbers are parts in cars and other vehicles that help make the ride smoother. When a car drives over bumpy roads or suddenly turns, it can get shaky and jumpy. Shock absorbers help to soak up these bumpy movements.

Now, let’s talk about impulse. In physics, impulse is what happens when a force (like a push or a pull) acts on something for a certain amount of time. It changes how much the object is moving. There’s a formula in physics for impulse, but the main idea is that it’s about the force and how long the force lasts.

Shock absorbers are important in cars because they help control these forces when driving on rough roads. They make sure you don’t feel all the bumps and shakes too much.

The cool part is how shock absorbers use a rule about force and time. Basically, if the time of the force (like a bump) is longer, then the force itself feels weaker. Shock absorbers work by making these bumpy forces last a bit longer, so they don’t feel as strong.

By doing this, shock absorbers make the ride in a car less jumpy. They spread out the energy from bumps over a longer time, which makes the car more comfortable to ride in and helps protect it from damage.

In short, shock absorbers in cars use the idea of impulse to make rides smoother. They control the bumpy forces from the road by stretching them out over time. This means a more comfortable ride and less wear and tear on the car. Understanding impulse helps us see why shock absorbers are really useful in vehicles.

మన తెలుగులో

షాక్ అబ్జార్బర్‌లు కార్లు మరియు ఇతర వాహనాలలోని భాగాలు, ఇవి రైడ్‌ను సున్నితంగా చేయడానికి సహాయపడతాయి. ఎగుడుదిగుడుగా ఉన్న రోడ్లపై కారు నడుపుతున్నప్పుడు లేదా అకస్మాత్తుగా మలుపు తిరిగినప్పుడు, అది వణుకుతుంది. ఈ ఎగుడుదిగుడు కదలికలను నానబెట్టడానికి షాక్ అబ్జార్బర్‌లు సహాయపడతాయి.

ఇప్పుడు, ప్రేరణ గురించి మాట్లాడుకుందాం. భౌతిక శాస్త్రంలో, ప్రేరణ అనేది ఒక శక్తి (పుష్ లేదా లాగడం వంటివి) నిర్దిష్ట సమయం వరకు ఏదైనా పనిచేసినప్పుడు జరుగుతుంది. ఇది వస్తువు ఎంత కదులుతుందో మారుస్తుంది. భౌతికశాస్త్రంలో ప్రేరణ కోసం ఒక సూత్రం ఉంది, కానీ ప్రధాన ఆలోచన ఏమిటంటే అది శక్తి గురించి మరియు శక్తి ఎంతకాలం ఉంటుంది.

కార్లలో షాక్ అబ్జార్బర్‌లు ముఖ్యమైనవి ఎందుకంటే అవి కఠినమైన రోడ్లపై డ్రైవింగ్ చేసేటప్పుడు ఈ శక్తులను నియంత్రించడంలో సహాయపడతాయి. వారు మీరు అన్ని గడ్డలు మరియు చాలా వణుకు అనుభూతి చెందకుండా చూసుకుంటారు.

షాక్ అబ్జార్బర్‌లు శక్తి మరియు సమయం గురించి నియమాన్ని ఎలా ఉపయోగిస్తాయి అనేది చల్లని భాగం. ప్రాథమికంగా, శక్తి యొక్క సమయం (బంప్ లాగా) ఎక్కువగా ఉంటే, అప్పుడు శక్తి బలహీనంగా అనిపిస్తుంది. షాక్ అబ్జార్బర్‌లు ఈ ఎగుడుదిగుడు శక్తులను కొంచెం ఎక్కువసేపు ఉండేలా చేయడం ద్వారా పని చేస్తాయి, కాబట్టి అవి అంత బలంగా అనిపించవు.

ఇలా చేయడం ద్వారా, షాక్ అబ్జార్బర్‌లు కారులో ప్రయాణాన్ని తక్కువ జంపీగా చేస్తాయి. అవి ఎక్కువ కాలం గడ్డల నుండి శక్తిని విస్తరింపజేస్తాయి, ఇది కారులో ప్రయాణించడానికి మరింత సౌకర్యవంతంగా ఉంటుంది మరియు నష్టం నుండి రక్షించడంలో సహాయపడుతుంది.

సంక్షిప్తంగా, కార్లలో షాక్ అబ్జార్బర్‌లు రైడ్‌లను సున్నితంగా చేయడానికి ఇంపల్స్ ఆలోచనను ఉపయోగిస్తాయి. వారు రహదారి నుండి ఎగుడుదిగుడుగా ఉన్న శక్తులను కాలక్రమేణా విస్తరించడం ద్వారా నియంత్రిస్తారు. దీనర్థం మరింత సౌకర్యవంతమైన రైడ్ మరియు కారుపై తక్కువ ధరిస్తారు. షాక్ అబ్జార్బర్‌లు వాహనాల్లో నిజంగా ఎందుకు ఉపయోగపడతాయో తెలుసుకోవడానికి ప్రేరణను అర్థం చేసుకోవడం మాకు సహాయపడుతుంది.

The Working of Shock Absorbers and Impulse: Shock absorbers, also known as dampers, are mechanical or hydraulic devices installed in vehicles to absorb and dampen shock impulses. These shocks typically arise from uneven surfaces or sudden movements. The primary function of shock absorbers is to convert the kinetic energy of the shock into another form, usually heat, which is then dissipated.

  1. Impulse and Its Formula: Impulse is a concept in physics defined as the change in linear momentum of an object when a force is applied over a certain time period. The formula for impulse is Δp=FΔt, where Δp represents the change in momentum, F is the applied force, and Δt is the time duration of the impact.
  2. Minimizing Impact with Shock Absorbers: Shock absorbers are essential in vehicles for minimizing the impact of forces encountered on uneven roads or during sudden movements. These devices help in reducing the jerks and impulsive forces that a vehicle experiences.
  3. Inversely Proportional Relationship: Based on the impulse formula Δp=FΔt, there is an inversely proportional relationship between the force of impact and the duration of impact. This means that an increase in one results in a decrease in the other, and vice versa.
  4. Role of Shock Absorbers: Shock absorbers play a crucial role in increasing the time duration of impact (Δt). By doing so, they effectively reduce the impulsive force (F). This increase in the time of the jerk aids in dissipating the kinetic energy more gradually, thus minimizing damage to the vehicle and enhancing the ride comfort for the passengers.

Summary

The functionality of shock absorbers in vehicles is intimately tied to the principle of impulse. By extending the duration of impact, they effectively lessen the force of impact, leading to improved vehicle stability, reduced wear and tear, and enhanced passenger comfort. Understanding the concept of impulse is crucial in grasping how shock absorbers work and their importance in vehicle suspension systems.


SAQ-6 : State the laws of rolling friction.

For Backbenchers 😎

Rolling friction is a type of force that you encounter when something rolls over a surface. It’s quite different from sliding friction, which happens when objects slide against each other. Rolling friction is a lot easier to manage compared to sliding friction. This is because, in rolling, the contact between the rolling object (like a wheel or a ball) and the surface is just a small point, rather than a large area.

One interesting aspect of rolling friction is how it relates to the size of wheels. Larger wheels tend to have less rolling friction. This is because big wheels cover more distance in one spin compared to smaller wheels. Think of a big wheel on a bicycle or car – it rolls over the ground more smoothly and with less effort than a smaller wheel. That’s why vehicles and machinery often have larger wheels, as it helps them move more efficiently.

The surface that something rolls on also affects rolling friction. Rolling on a smooth surface is generally easier and causes less friction than rolling on a rough one. The smoother the surface, the less bumpy the contact is between it and the rolling object, which makes the movement smoother.

The direction of the force applied to the rolling object is another factor. If you push something in the direction it’s rolling, you’ll face less resistance. On the other hand, if you push against its direction of movement, you’ll increase friction due to skidding or slipping.

There’s also a concept called hysteresis loss, which is a bit technical but important. It refers to the energy lost as heat when the rolling object and the surface get slightly squished against each other and then go back to their normal shape. This squishing and reshaping process uses some energy, which contributes to rolling friction.

In summary, rolling friction is the resistance that occurs when an object rolls over a surface. It’s influenced by the size of the rolling object, the smoothness of the surface, the direction of the applied force, and the energy lost in the squishing of the object against the surface. Understanding rolling friction is crucial for designing and operating vehicles and machinery, as it helps in making movement more efficient and less energy-consuming.

మన తెలుగులో

రోలింగ్ రాపిడి అనేది ఉపరితలంపై ఏదైనా దొర్లినప్పుడు మీరు ఎదుర్కొనే ఒక రకమైన శక్తి. ఇది స్లైడింగ్ ఘర్షణకు భిన్నంగా ఉంటుంది, ఇది వస్తువులు ఒకదానికొకటి స్లైడ్ చేసినప్పుడు జరుగుతుంది. స్లైడింగ్ ఘర్షణతో పోలిస్తే రోలింగ్ ఘర్షణను నిర్వహించడం చాలా సులభం. ఎందుకంటే, రోలింగ్‌లో, రోలింగ్ వస్తువు (చక్రం లేదా బంతి వంటిది) మరియు ఉపరితలం మధ్య సంపర్కం పెద్ద ప్రాంతం కాకుండా ఒక చిన్న బిందువుగా ఉంటుంది.

రోలింగ్ ఘర్షణ యొక్క ఒక ఆసక్తికరమైన అంశం ఏమిటంటే అది చక్రాల పరిమాణానికి ఎలా సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. పెద్ద చక్రాలు తక్కువ రోలింగ్ ఘర్షణను కలిగి ఉంటాయి. ఎందుకంటే చిన్న చక్రాలతో పోలిస్తే పెద్ద చక్రాలు ఒక స్పిన్‌లో ఎక్కువ దూరాన్ని కవర్ చేస్తాయి. సైకిల్ లేదా కారుపై పెద్ద చక్రం గురించి ఆలోచించండి – ఇది చిన్న చక్రం కంటే మరింత సజావుగా మరియు తక్కువ ప్రయత్నంతో నేలపై తిరుగుతుంది. అందుకే వాహనాలు మరియు యంత్రాలు తరచుగా పెద్ద చక్రాలను కలిగి ఉంటాయి, ఎందుకంటే అవి మరింత సమర్థవంతంగా కదలడానికి సహాయపడతాయి.

ఏదైనా రోల్ చేసే ఉపరితలం కూడా రోలింగ్ రాపిడిని ప్రభావితం చేస్తుంది. మృదువైన ఉపరితలంపై రోలింగ్ చేయడం సాధారణంగా సులభం మరియు కఠినమైన వాటిపై రోలింగ్ చేయడం కంటే తక్కువ ఘర్షణకు కారణమవుతుంది. ఉపరితలం ఎంత సున్నితంగా ఉంటే, దానికి మరియు రోలింగ్ వస్తువుకు మధ్య పరిచయం తక్కువ ఎగుడుదిగుడుగా ఉంటుంది, ఇది కదలికను సున్నితంగా చేస్తుంది.

రోలింగ్ వస్తువుకు వర్తించే శక్తి యొక్క దిశ మరొక అంశం. మీరు ఏదైనా రోలింగ్ దిశలో పుష్ చేస్తే, మీరు తక్కువ ప్రతిఘటనను ఎదుర్కొంటారు. మరోవైపు, మీరు దాని కదలిక దిశకు వ్యతిరేకంగా నెట్టివేస్తే, మీరు స్కిడ్డింగ్ లేదా జారడం వల్ల ఘర్షణను పెంచుతారు.

హిస్టెరిసిస్ నష్టం అనే భావన కూడా ఉంది, ఇది కొంచెం సాంకేతికమైనది కానీ ముఖ్యమైనది. రోలింగ్ ఆబ్జెక్ట్ మరియు ఉపరితలం ఒకదానికొకటి కొద్దిగా మెలితిరిగి, ఆపై వాటి సాధారణ ఆకృతికి వెళ్ళినప్పుడు అది వేడిగా కోల్పోయిన శక్తిని సూచిస్తుంది. ఈ స్క్విషింగ్ మరియు రీషేపింగ్ ప్రక్రియ కొంత శక్తిని ఉపయోగిస్తుంది, ఇది రోలింగ్ ఘర్షణకు దోహదం చేస్తుంది.

సారాంశంలో, రోలింగ్ రాపిడి అనేది ఒక వస్తువు ఉపరితలంపై దొర్లినప్పుడు సంభవించే ప్రతిఘటన. ఇది రోలింగ్ వస్తువు యొక్క పరిమాణం, ఉపరితలం యొక్క సున్నితత్వం, అనువర్తిత శక్తి యొక్క దిశ మరియు ఉపరితలంపై వస్తువును స్క్విష్ చేయడంలో కోల్పోయిన శక్తి ద్వారా ప్రభావితమవుతుంది. వాహనాలు మరియు యంత్రాల రూపకల్పన మరియు నిర్వహణ కోసం రోలింగ్ ఘర్షణను అర్థం చేసుకోవడం చాలా ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే ఇది కదలికను మరింత సమర్థవంతంగా మరియు తక్కువ శక్తిని వినియోగించడంలో సహాయపడుతుంది.

Introduction

Rolling friction is the resistance experienced when a body rolls over a surface. It differs from sliding friction, which occurs when two surfaces slide against each other. Rolling friction involves the interaction between the rolling object and the contact surface. The laws governing rolling friction are crucial for understanding and optimizing various practical applications.

  1. The Nature of Rolling Friction: Rolling friction is generally lower than sliding friction. This is because the interaction in rolling friction occurs mainly at the point of contact, making it more efficient and requiring less energy to overcome compared to sliding friction.
  2. Influence of Wheel Diameter: The rolling friction is inversely related to the diameter of the wheel or rolling object. Larger wheels, which cover more ground per revolution, experience reduced rolling friction. This makes larger wheels more suitable for applications like vehicles and machinery, where low rolling resistance is desirable.
  3. Influence of Surface Properties: The nature of the surface over which the object rolls significantly affects rolling friction. Smoother surfaces lead to lower rolling resistance due to less deformation at the contact points and lower frictional forces.
  4. Direction of Force and Motion: The direction of the applied force in relation to the motion of the rolling object influences rolling friction. A force applied in the direction of motion results in lower rolling friction, while a force opposing the motion can increase resistance through skidding or slipping.
  5. Hysteresis Loss: Hysteresis loss refers to the energy dissipated as heat due to the deformation and recovery of the materials in the rolling object and the surface. This energy loss, which arises from the elastic properties of the materials, contributes to rolling friction.

Summary

Understanding the laws of rolling friction is essential in fields like transportation, industrial machinery, and sports equipment design. By considering factors such as wheel diameter, surface properties, the direction of force and motion, and hysteresis loss, engineers and designers can optimize the design of rolling systems to achieve maximum efficiency, reduce energy consumption, and improve overall performance.