भौतिकी के मौलिक सिद्धांत

Fundamental Concepts of Physics

• Definition: Science that studies matter, energy, and their interactions.
• Branches:
  • Classical Physics: Mechanics, Thermodynamics, Wave phenomena, Optics.
  • Modern Physics: Quantum Mechanics, Relativity, Nuclear physics.

Key Principles

• Newton's Laws of Motion:

  1. An object at rest stays at rest, and an object in motion stays in motion unless acted upon by a net force (Inertia).
  2. F = ma (Force equals mass times acceleration).
  3. For every action, there is an equal and opposite reaction.

• Conservation Laws:

  • Conservation of Energy: Energy cannot be created or destroyed, only transformed.
  • Conservation of Momentum: Total momentum before an event equals total momentum after.

Mechanics

• Kinematics:

  • Describes motion without considering forces.
  • Key equations of motion for uniformly accelerated systems.

• Dynamics:

  • Study of forces and their effects on motion.

Thermodynamics

• Laws of Thermodynamics:
  1. Energy cannot be created or destroyed.
  2. The entropy of an isolated system always increases.
  3. Absolute zero is unattainable.

Waves and Oscillations

• Types of Waves:

  • Mechanical Waves: Require medium (e.g., sound).
  • Electromagnetic Waves: Do not require medium (e.g., light).

• Wave Properties:

  • Wavelength, Frequency, Amplitude, Speed.

Electricity and Magnetism

• Electrostatics:

  • Coulomb's Law: The force between two charges.

• Electric Circuits:

  • Ohm's Law: V = IR (Voltage equals current times resistance).

• Magnetic Fields:

  • Generated by moving charges (current).

Modern Physics

• Quantum Mechanics:

  • Describes behavior of particles at atomic/molecular levels.
  • Concepts of quantization, wave-particle duality.

• Relativity:

  • Special Theory: Time dilation, length contraction at relativistic speeds.
  • General Theory: Gravity as curvature of spacetime.

Measurement and Units

• SI Units:

  • Length: Meter (m)
  • Mass: Kilogram (kg)
  • Time: Second (s)
  • Force: Newton (N)

• Dimensional Analysis: Ensures equations make sense in terms of units.

Applications of Physics

• Engineering: Design of structures and machines.
• Technology: Development of electronics, telecommunications, etc.
• Astronomy: Understanding celestial phenomena and the universe.

Problem Solving in Physics

• Approach:
  1. Identify knowns and unknowns.
  2. Apply relevant principles/laws.
  3. Perform calculations.
  4. Check units and final results.

भौतिकी की मूल अवधारणाएँ

• परिभाषा: भौतिकी वह विज्ञान है जो पदार्थ, ऊर्जा और उनके पारस्परिक क्रियाओं का अध्ययन करती है।
• शाखाएँ:
  • शास्त्रीय भौतिकी: यांत्रिकी, ऊष्मागतिकी, तरंग घटनाएँ, प्रकाशिकी।
  • आधुनिक भौतिकी: क्वांटम यांत्रिकी, सापेक्षता, परमाणु भौतिकी।

प्रमुख सिद्धांत

• न्यूटन के गति के नियम: -
  • कोई वस्तु विराम में रहेगी या गतिमान रहेगी जब तक उस पर कोई बाहरी बल कार्य न करे (जड़त्व)।
  • F = ma (बल = द्रव्यमान × त्वरण)।
  • प्रत्येक क्रिया के लिए एक समान और विपरीत प्रतिक्रिया होती है।
• संरक्षण नियम:
  • ऊर्जा संरक्षण: ऊर्जा का निर्माण या विनाश नहीं किया जा सकता, केवल रूपांतरण किया जा सकता है।
  • संवेग संरक्षण: किसी घटना से पहले कुल संवेग घटना के बाद के कुल संवेग के बराबर होता है।

यांत्रिकी

• गति विज्ञान:
  • यह बल पर विचार किए बिना गति का वर्णन करता है।
  • समान रूप से त्वरित प्रणालियों के लिए गति के प्रमुख समीकरण।
• गतिकी:
  • यह बलों और गति पर उनके प्रभावों का अध्ययन है।

ऊष्मागतिकी

• ऊष्मागतिकी के नियम:
  • ऊर्जा का निर्माण या विनाश नहीं किया जा सकता।
  • किसी पृथक तंत्र की एन्ट्रापी हमेशा बढ़ती है।
  • परम शून्य अप्राप्य है।

तरंगें और दोलन

• तरंगों के प्रकार:
  • यांत्रिक तरंगें: माध्यम की आवश्यकता होती है (जैसे, ध्वनि)।
  • विद्युत चुम्बकीय तरंगें: माध्यम की आवश्यकता नहीं होती (जैसे, प्रकाश)।
• तरंग गुण:
  • तरंगदैर्ध्य, आवृत्ति, आयाम, गति।

विद्युत और चुंबकत्व

• स्थिर वैद्युतिकी:
  • कूलम्ब का नियम: दो आवेशों के बीच बल।
• विद्युत परिपथ:
  • ओम का नियम: V = IR (वोल्टेज = धारा × प्रतिरोध)।
• चुंबकीय क्षेत्र:
  • गतिमान आवेशों (धारा) द्वारा उत्पन्न होता है।

आधुनिक भौतिकी

• क्वांटम यांत्रिकी:
  • परमाणु/आणविक स्तर पर कणों के व्यवहार का वर्णन करता है।
  • क्वांटिकरण, तरंग-कण द्वैत की अवधारणाएँ।
• सापेक्षता:
  • विशेष सिद्धांत: सापेक्षिक गति पर समय प्रसार, लंबाई संकुचन।
  • सामान्य सिद्धांत: गुरुत्वाकर्षण को स्पेसटाइम की वक्रता के रूप में।

मापन और इकाइयाँ

• SI इकाइयाँ:
  • लंबाई: मीटर (m)
  • द्रव्यमान: किलोग्राम (kg)
  • समय: सेकंड (s)
  • बल: न्यूटन (N)
• विमीय विश्लेषण: यह सुनिश्चित करता है कि समीकरण इकाइयों के संदर्भ में समझ में आते हैं।

भौतिकी के अनुप्रयोग

• इंजीनियरिंग: संरचनाओं और मशीनों का डिज़ाइन।
• प्रौद्योगिकी: इलेक्ट्रॉनिक्स, दूरसंचार आदि का विकास।
• खगोल विज्ञान: खगोलीय घटनाओं और ब्रह्मांड को समझना।

भौतिकी में समस्या समाधान

• अभिगम:
  • ज्ञात और अज्ञात की पहचान करें।
  • प्रासंगिक सिद्धांतों/नियमों को लागू करें।
  • गणना करें।
  • इकाइयों और अंतिम परिणामों की जाँच करें।