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Gravitation (गुरुत्वाकर्षण) – Class 11 Physics | Chapter 7
Class 11 Physics • Chapter 7

Gravitation (गुरुत्वाकर्षण)

Kepler's नियम, सार्वत्रिक गुरुत्वाकर्षण का नियम, गुरुत्वीय त्वरण, पलायन वेग, कक्षीय वेग और उपग्रह — सब कुछ आसान हिंदी में।

CBSE • NCERT • JEE Main • NEET के लिए पूरी तैयारी।

13Major Topics
18+Formulas
8Derivations
50+Q&A
Table of Contents (विषय-सूची) Topic पर क्लिक करें
Chapter Overview (अध्याय परिचय) 15 min read

गुरुत्वाकर्षण (Gravitation) ब्रह्मांड का सबसे बुनियादी बल है। यह वह बल है जिसके कारण सेब पेड़ से गिरता है, चंद्रमा पृथ्वी के चारों ओर घूमता है, और ग्रह सूर्य के चारों ओर परिक्रमा करते हैं। इस अध्याय में हम सर आइज़ैक न्यूटन के सार्वत्रिक गुरुत्वाकर्षण के नियम को समझेंगे।

हम गुरुत्वीय त्वरण के मान में ऊँचाई और गहराई के साथ होने वाले परिवर्तन को समझेंगे। इसके बाद गुरुत्वीय विभव, स्थितिज ऊर्जा, पलायन वेग, कक्षीय वेग और उपग्रहों की गति को विस्तार से पढ़ेंगे।

यह अध्याय CBSE, NCERT, JEE Main और NEET सभी के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।

What You Will Learn
  • केप्लर के तीन नियम (Kepler's Three Laws)
  • सार्वत्रिक गुरुत्वाकर्षण का नियम (Universal Law of Gravitation)
  • गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक $G$ — मान, इकाई, विमा
  • गुरुत्वीय त्वरण $g = \dfrac{GM}{R^2}$ की व्युत्पत्ति
  • ऊँचाई के साथ $g$ में परिवर्तन — $g_h = g\left(1 - \dfrac{2h}{R}\right)$
  • गहराई के साथ $g$ में परिवर्तन — $g_d = g\left(1 - \dfrac{d}{R}\right)$
  • गुरुत्वीय विभव और विभव ऊर्जा
  • पलायन वेग — $v_e = \sqrt{2gR} = 11.2$ km/s
  • कक्षीय वेग — $v_o = \sqrt{\dfrac{GM}{r}}$
  • उपग्रहों के प्रकार — भूस्थैतिक और ध्रुवीय
  • भारहीनता (Weightlessness) का कारण
  • उपग्रह की कुल ऊर्जा — $E = -\dfrac{GMm}{2r}$

1 Introduction (परिचय)

गुरुत्वाकर्षण (Gravitation) ब्रह्मांड में पदार्थ के बीच लगने वाला आकर्षण बल है। यह बल हर उस वस्तु के बीच कार्य करता है जिसमें द्रव्यमान हो। यह बल हमेशा आकर्षक होता है, कभी प्रतिकर्षक नहीं।

इस अध्याय की शुरुआत हम केप्लर के ग्रहीय गति के नियमों से करेंगे, जो यह बताते हैं कि ग्रह सूर्य के चारों ओर कैसे घूमते हैं।

गुरुत्वाकर्षण के कारण ही:

  • सेब पेड़ से नीचे गिरता है।
  • चंद्रमा पृथ्वी के चारों ओर घूमता है।
  • सभी ग्रह सूर्य के चारों ओर परिक्रमा करते हैं।
  • ज्वार-भाटा आते हैं।
  • वायुमंडल पृथ्वी से बंधा रहता है।
महत्वपूर्ण बात: गुरुत्वाकर्षण ब्रह्मांड का सबसे कमज़ोर मूलभूत बल है, लेकिन यह अनंत दूरी तक कार्य करता है और इसका कोई परिरक्षण नहीं किया जा सकता।

2 Kepler's Laws (केप्लर के नियम)

जोहान्स केप्लर ने ग्रहों की गति का अध्ययन करके तीन नियम प्रस्तुत किए। ये नियम प्रयोगात्मक अवलोकनों पर आधारित हैं।

प्रथम नियम: कक्षा का नियम (Law of Orbits)

प्रत्येक ग्रह सूर्य के चारों ओर एक दीर्घवृत्तीय कक्षा में घूमता है, जिसके एक फोकस पर सूर्य स्थित होता है।

Diagram

Kepler's First Law — Elliptical Orbit

[IMAGE GENERATION PROMPT: Create a clean NCERT-style Physics educational diagram for Class 11. Topic: Kepler's First Law — Elliptical Orbit. Show: An ellipse with the Sun at one focus, a planet moving along the ellipse, and labels for perihelion, aphelion, and the semi-major axis. Use white background, clean vector-like lines, readable English labels, minimal colors (Sun in yellow, orbit in grey, planet in blue), high-resolution, textbook style, no watermark, mobile-friendly composition.]
चित्र 1: केप्लर का प्रथम नियम — ग्रह की दीर्घवृत्तीय कक्षा

द्वितीय नियम: क्षेत्रफल का नियम (Law of Areas)

सूर्य और ग्रह को मिलाने वाली रेखा समान समय अंतरालों में समान क्षेत्रफल बुहारती है।

$$\frac{dA}{dt} = \text{constant}$$
भौतिक अर्थ: यह नियम कोणीय संवेग संरक्षण का परिणाम है।

तृतीय नियम: परिक्रमण काल का नियम (Law of Periods)

किसी ग्रह के परिक्रमण काल का वर्ग उसकी कक्षा की अर्ध-दीर्घ अक्ष के घन के समानुपाती होता है।

$$T^2 \propto a^3 \quad \Rightarrow \quad T^2 = K\,a^3$$
Common Mistake: $T^2 \propto a^3$ का अर्थ $T \propto a^{3/2}$ है, न कि $T \propto a^3$।
Quick Concept Check: यदि किसी ग्रह की कक्षा की त्रिज्या 4 गुना बढ़ा दी जाए, तो उसका परिक्रमण काल कितना होगा?
उत्तर: $T \propto a^{3/2} = (4)^{3/2} = 8$ गुना।

3 Universal Law of Gravitation

⚠️ महत्वपूर्ण: सार्वत्रिक गुरुत्वाकर्षण का नियम एक मूलभूत नियम है। इसे किसी अन्य नियम से व्युत्पन्न नहीं किया जा सकता।

न्यूटन के सार्वत्रिक गुरुत्वाकर्षण के नियम के अनुसार, ब्रह्मांड में किन्हीं भी दो पिंडों के बीच लगने वाला आकर्षण बल उनके द्रव्यमानों के गुणनफल के समानुपाती और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

$$F = G\,\frac{m_1 m_2}{r^2}$$

जहाँ:

  • $F$ = गुरुत्वाकर्षण बल — SI इकाई: न्यूटन
  • $m_1,\, m_2$ = दो पिंडों के द्रव्यमान — किलोग्राम
  • $r$ = दोनों पिंडों के केंद्रों के बीच की दूरी — मीटर
  • $G$ = सार्वत्रिक गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक
बल की दिशा: गुरुत्वाकर्षण बल सदैव दोनों पिंडों को मिलाने वाली रेखा के अनुदिश होता है और यह आकर्षक होता है।

इस नियम की विशेषताएँ

  • यह बल सदैव आकर्षक होता है।
  • यह बल केंद्रीय बल है।
  • यह बल न्यूटन के तृतीय नियम का पालन करता है।
  • यह बल संपर्क रहित बल है।
  • यह बल माध्यम पर निर्भर नहीं करता।
  • यह ब्रह्मांड का सबसे कमज़ोर मूलभूत बल है।
Common Mistake: छात्र सोचते हैं कि गुरुत्वाकर्षण बल केवल पृथ्वी और वस्तुओं के बीच कार्य करता है। यह बल ब्रह्मांड के प्रत्येक द्रव्यमान युग्म के बीच कार्य करता है।

4 Gravitational Constant $G$

इसका मान हेनरी कैवेंडिश ने 1798 में ऐंठन संतुलन की सहायता से ज्ञात किया था।

$$G = 6.67 \times 10^{-11}\ \text{Nm}^2/\text{kg}^2$$

$G$ की विमाएँ

Step 1: $G = \dfrac{F\,r^2}{m_1 m_2}$
Step 2: $[G] = \dfrac{[\text{MLT}^{-2}]\,[\text{L}^2]}{[\text{M}]\,[\text{M}]} = [\text{M}^{-1}\text{L}^{3}\text{T}^{-2}]$

$G$ के बारे में महत्वपूर्ण तथ्य

  • $G$ का मान सार्वत्रिक है — हर जगह समान।
  • $G$ एक अदिश राशि है।
  • $G$ तापमान, दाब, माध्यम पर निर्भर नहीं करता।
  • $G$ का मान पृथ्वी और चंद्रमा पर समान होता है।
Common Mistake: छात्र $G$ और $g$ में भ्रमित हो जाते हैं। $G$ सार्वत्रिक स्थिरांक है, जबकि $g$ गुरुत्वीय त्वरण है जो स्थान के साथ बदलता है।

5 Acceleration due to Gravity $g$

गुरुत्वीय त्वरण वह त्वरण है जो पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण बल के कारण किसी स्वतंत्र रूप से गिरती वस्तु में उत्पन्न होता है।

$$g = \frac{GM}{R^2}$$

जहाँ:

  • $G$ = $6.67 \times 10^{-11}\ \text{Nm}^2/\text{kg}^2$
  • $M$ = पृथ्वी का द्रव्यमान = $5.98 \times 10^{24}\ \text{kg}$
  • $R$ = पृथ्वी की त्रिज्या = $6.37 \times 10^{6}\ \text{m}$
$$g = \frac{6.67 \times 10^{-11} \times 5.98 \times 10^{24}}{(6.37 \times 10^{6})^{2}} \approx 9.8\ \text{m/s}^2$$
महत्वपूर्ण बात: $g$ का मान वस्तु के द्रव्यमान पर निर्भर नहीं करता।

6 Variation of $g$ with Height

जब हम पृथ्वी की सतह से ऊँचाई $h$ पर जाते हैं, तो गुरुत्वीय त्वरण का मान घटता है।

$$g_h = g\left(1 - \frac{2h}{R}\right) \qquad (h \ll R)$$

सटीक सूत्र:

$$g_h = \frac{GM}{(R+h)^2}$$
Diagram

Variation of $g$ with Height

[IMAGE GENERATION PROMPT: Create a clean NCERT-style Physics educational diagram for Class 11. Topic: Variation of g with Height above Earth's surface. Show: A large circle representing Earth with radius R and mass M, a point on the surface with acceleration g, a point at height h above the surface with acceleration gh, and arrows indicating distance R and R+h from Earth's centre. Label g, gh, R, h, and M clearly. Use white background, clean vector-like lines, readable English labels, minimal colors, high-resolution, textbook style, no watermark, mobile-friendly composition.]
चित्र 3: ऊँचाई $h$ के साथ गुरुत्वीय त्वरण में परिवर्तन
Common Mistake: सूत्र $g_h = g\left(1 - \dfrac{2h}{R}\right)$ केवल तभी मान्य है जब $h \ll R$।

7 Variation of $g$ with Depth

जब हम पृथ्वी की सतह से गहराई $d$ पर जाते हैं, तो गुरुत्वीय त्वरण का मान भी घटता है।

$$g_d = g\left(1 - \frac{d}{R}\right)$$
महत्वपूर्ण परिणाम: पृथ्वी के केंद्र पर ($d = R$), $g_d = 0$। अर्थात पृथ्वी के केंद्र पर गुरुत्वीय त्वरण शून्य होता है।
Common Mistake: ऊँचाई पर $g\left(1 - \dfrac{2h}{R}\right)$ और गहराई पर $g\left(1 - \dfrac{d}{R}\right)$ — दोनों को मिलाएँ नहीं।

8 Gravitational Potential

गुरुत्वीय विभव किसी बिंदु पर इकाई द्रव्यमान को अनंत से उस बिंदु तक लाने में किए गए कार्य के बराबर होता है।

$$V = -\frac{GM}{r}$$

SI इकाई: जूल/किलोग्राम (J/kg)

ऋणात्मक चिह्न का अर्थ: यह दर्शाता है कि गुरुत्वाकर्षण बल आकर्षक है। अनंत पर विभव शून्य माना जाता है।

9 Gravitational Potential Energy

गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा किसी वस्तु को अनंत से गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में किसी बिंदु तक लाने में किए गए कार्य के बराबर होती है।

$$U = -\frac{GMm}{r}$$
सतह के निकट: पृथ्वी की सतह के निकट ($r \approx R$), $U = -mgR$। ऊँचाई $h$ तक उठाने पर $\Delta U = mgh$।
Common Mistake: $U = mgh$ केवल पृथ्वी की सतह के निकट ($h \ll R$) के लिए मान्य है।

10 Escape Velocity (पलायन वेग)

पलायन वेग वह न्यूनतम वेग है जिससे किसी वस्तु को पृथ्वी की सतह से ऊपर की ओर फेंका जाए ताकि वह पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र को पार कर सके।

$$v_e = \sqrt{\frac{2GM}{R}} = \sqrt{2gR}$$

पृथ्वी के लिए: $v_e \approx 11.2\ \text{km/s}$

महत्वपूर्ण बात: पलायन वेग वस्तु के द्रव्यमान और फेंकने की दिशा पर निर्भर नहीं करता।

11 Orbital Velocity (कक्षीय वेग)

कक्षीय वेग वह वेग है जिससे कोई उपग्रह पृथ्वी के चारों ओर एक निश्चित कक्षा में घूमता है।

$$v_o = \sqrt{\frac{GM}{r}} = \sqrt{\frac{GM}{R+h}}$$
$$v_o = \sqrt{gR} \approx 7.9\ \text{km/s} \quad (\text{सतह के निकट})$$
महत्वपूर्ण संबंध: $v_e = \sqrt{2}\,v_o$। पलायन वेग, कक्षीय वेग का $\sqrt{2}$ गुना होता है।

12 Satellites (उपग्रह)

उपग्रह वे पिंड हैं जो किसी ग्रह के चारों ओर निश्चित कक्षा में परिक्रमा करते हैं।

भूस्थैतिक उपग्रह

ये पृथ्वी की भूमध्यरेखीय तल में पश्चिम से पूर्व की ओर घूमते हैं। परिक्रमण काल 24 घंटे।

  • ऊँचाई: लगभग 35,800 km
  • पृथ्वी से स्थिर प्रतीत होते हैं।
  • संचार, मौसम उपग्रह इसी प्रकार के हैं।

ध्रुवीय उपग्रह

ये पृथ्वी के ध्रुवों के ऊपर से गुजरने वाली कक्षाओं में घूमते हैं। ऊँचाई 500–800 km, परिक्रमण काल लगभग 100 मिनट।

उपग्रह की कुल ऊर्जा

$$E = K + U = \frac{GMm}{2r} - \frac{GMm}{r} = -\frac{GMm}{2r}$$

ध्यान दें: $K = -\dfrac{U}{2}$ और $E = \dfrac{U}{2} = -K$।

13 Weightlessness (भारहीनता)

भारहीनता वह अवस्था है जिसमें किसी वस्तु का आभासी भार शून्य हो जाता है।

कक्षा में घूमते उपग्रह में अंतरिक्ष यात्री को भारहीनता का अनुभव होता है क्योंकि:

  • उपग्रह और अंतरिक्ष यात्री दोनों समान त्वरण $g$ से गिरते हैं।
  • अंतरिक्ष यात्री उपग्रह के फर्श पर कोई बल नहीं लगाता।
  • इसलिए आभासी भार शून्य हो जाता है।
महत्वपूर्ण बात: भारहीनता का अर्थ यह नहीं है कि गुरुत्वाकर्षण बल शून्य है। गुरुत्वाकर्षण बल तो कार्य करता है, केवल आभासी भार शून्य हो जाता है।

Important Formulas

1. Universal Law of Gravitation Fundamental Law
$$F = G\,\frac{m_1 m_2}{r^2}$$

प्रतीक: $F$ = बल (N), $m_1, m_2$ = द्रव्यमान (kg), $r$ = दूरी (m)।

2. Acceleration due to Gravity Definition
$$g = \frac{GM}{R^2}$$
3. Variation of $g$ with Height Derived
$$g_h = g\left(1 - \frac{2h}{R}\right)$$
4. Variation of $g$ with Depth Derived
$$g_d = g\left(1 - \frac{d}{R}\right)$$
5. Gravitational Potential Definition
$$V = -\frac{GM}{r}$$

इकाई: J/kg

6. Gravitational Potential Energy Definition
$$U = -\frac{GMm}{r}$$
7. Escape Velocity Derived
$$v_e = \sqrt{\frac{2GM}{R}} = \sqrt{2gR}$$

पृथ्वी के लिए: $11.2\ \text{km/s}$

8. Orbital Velocity Derived
$$v_o = \sqrt{\frac{GM}{r}}$$
9. Total Energy of Satellite Derived
$$E = -\frac{GMm}{2r}$$
10. Relation: $v_e$ & $v_o$ Derived Result
$$v_e = \sqrt{2}\,v_o$$
11. Kepler's Third Law Experimental
$$T^2 = \frac{4\pi^2}{GM}\,a^3$$
12. Time Period of Satellite Derived
$$T = 2\pi \sqrt{\frac{r^3}{GM}}$$

Important Derivations

Derivation of $g = \dfrac{GM}{R^2}$

Step 1: सतह पर वस्तु पर बल: $F = \dfrac{GMm}{R^2}$
Step 2: न्यूटन के द्वितीय नियम से: $F = mg$
Step 3: $mg = \dfrac{GMm}{R^2}$
Step 4: $m$ काटने पर
$$g = \frac{GM}{R^2}$$

Variation of $g$ with Height

Step 1: $g_h = \dfrac{GM}{(R+h)^2} = \dfrac{g}{\left(1+\dfrac{h}{R}\right)^2}$
Step 2: $h \ll R$ के लिए $\left(1+\dfrac{h}{R}\right)^{-2} \approx 1 - \dfrac{2h}{R}$
$$g_h = g\left(1 - \frac{2h}{R}\right)$$

Variation of $g$ with Depth

Step 1: गहराई $d$ पर प्रभावी द्रव्यमान: $M' = \dfrac{4}{3}\pi (R-d)^3 \rho$
Step 2: $\dfrac{g_d}{g} = \dfrac{R-d}{R} = 1 - \dfrac{d}{R}$
$$g_d = g\left(1 - \frac{d}{R}\right)$$

Gravitational Potential Energy

Step 1: $W = \displaystyle\int_{\infty}^{r} \dfrac{GMm}{x^2}\,dx$
Step 2: $W = -GMm\left[\dfrac{1}{x}\right]_{\infty}^{r} = -\dfrac{GMm}{r}$
$$U = -\frac{GMm}{r}$$

Escape Velocity

Step 1: ऊर्जा संरक्षण: $\dfrac{1}{2}mv_e^2 + \left(-\dfrac{GMm}{R}\right) = 0 + 0$
Step 2: $\dfrac{1}{2}v_e^2 = \dfrac{GM}{R}$
$$v_e = \sqrt{\frac{2GM}{R}} = \sqrt{2gR}$$

Orbital Velocity

Step 1: $\dfrac{m v_o^2}{r} = \dfrac{GMm}{r^2}$
Step 2: $v_o^2 = \dfrac{GM}{r}$
$$v_o = \sqrt{\frac{GM}{r}}$$

Total Energy of Satellite

Step 1: $K = \dfrac{1}{2}m v_o^2 = \dfrac{GMm}{2r}$
Step 2: $U = -\dfrac{GMm}{r}$
Step 3: $E = K + U$
$$E = -\frac{GMm}{2r}$$

Relation between Escape & Orbital Velocity

Step 1: $\dfrac{v_e}{v_o} = \dfrac{\sqrt{2GM/R}}{\sqrt{GM/R}} = \sqrt{2}$
$$v_e = \sqrt{2}\,v_o$$

Solved Examples

Example 1

दो पिंडों के द्रव्यमान $5\ \text{kg}$ और $10\ \text{kg}$ हैं और उनके बीच की दूरी $0.5\ \text{m}$ है। गुरुत्वाकर्षण बल ज्ञात करें।

हल:

$$F = G\,\frac{m_1 m_2}{r^2} = \frac{6.67 \times 10^{-11} \times 5 \times 10}{(0.5)^2} = 1.334 \times 10^{-8}\ \text{N}$$

Example 2

पृथ्वी की सतह से $1000\ \text{km}$ की ऊँचाई पर $g$ का मान ज्ञात करें ($R = 6400\ \text{km}$, $g = 9.8\ \text{m/s}^2$)।

$$g_h = 9.8\left(1 - \frac{2 \times 1000}{6400}\right) = 9.8 \times 0.6875 = 6.74\ \text{m/s}^2$$

Example 3

पृथ्वी के केंद्र से $4R$ दूरी पर गुरुत्वीय विभव ज्ञात करें।

$$V = -\frac{GM}{r} = -1.56 \times 10^{7}\ \text{J/kg}$$

Important Questions

Very Short Answer (1 Mark)
  1. $G$ का SI मात्रक और विमीय सूत्र लिखिए।
  2. पलायन वेग का सूत्र लिखिए।
  3. पृथ्वी के केंद्र पर $g$ का मान क्या होता है?
  4. भूस्थैतिक उपग्रह का परिक्रमण काल कितना होता है?
  5. क्या गुरुत्वाकर्षण बल संपर्क बल है या संपर्क रहित?
Short Answer (2–3 Marks)
  1. सार्वत्रिक गुरुत्वाकर्षण का नियम लिखिए।
  2. $g$ और $G$ में अंतर स्पष्ट करें।
  3. केप्लर का द्वितीय नियम क्या बताता है?
  4. उपग्रह की कुल ऊर्जा ऋणात्मक क्यों होती है?
  5. भारहीनता क्या है?
Long Answer (5 Marks)
  1. $g = \dfrac{GM}{R^2}$ का व्यंजक प्राप्त करें।
  2. पलायन वेग की परिभाषा दें और व्यंजक प्राप्त करें।
  3. कक्षीय और पलायन वेग में संबंध स्थापित करें।
  4. भूस्थैतिक और ध्रुवीय उपग्रहों में अंतर स्पष्ट करें।

Solved Numericals

Numerical 1

Q: पृथ्वी की सतह से $800\ \text{km}$ की ऊँचाई पर $g$ ज्ञात करें।

$$g_h = 9.8\left(1 - \frac{2 \times 8 \times 10^{5}}{6.4 \times 10^{6}}\right) = 7.35\ \text{m/s}^2$$

Numerical 2

Q: पृथ्वी के लिए पलायन वेग ज्ञात करें।

$$v_e = \sqrt{\frac{2GM}{R}} = 11.2\ \text{km/s}$$

Numerical 3

Q: $600\ \text{km}$ की ऊँचाई पर कक्षीय वेग ज्ञात करें।

$$v_o = 7.57\ \text{km/s}$$

Practice Questions

  1. यदि पृथ्वी का द्रव्यमान दोगुना और त्रिज्या आधी कर दी जाए, तो $g$ का मान क्या होगा?
  2. गुरुत्वीय विभव और स्थितिज ऊर्जा में क्या अंतर है?
  3. किसी उपग्रह की कक्षा की त्रिज्या 4 गुना बढ़ाने पर परिक्रमण काल कितना होगा?
  4. भूस्थैतिक उपग्रह की ऊँचाई कितनी होती है?
  5. पृथ्वी के केंद्र पर $g$ शून्य क्यों होता है?
  6. पलायन वेग से कम वेग पर क्या होगा?
  7. केप्लर के तृतीय नियम से न्यूटन का नियम कैसे सिद्ध होता है?

Practice Numericals

  1. दो पिंडों के द्रव्यमान $8\ \text{kg}$ और $12\ \text{kg}$ हैं, दूरी $0.4\ \text{m}$। बल ज्ञात करें।
  2. $1600\ \text{km}$ की गहराई पर $g$ ज्ञात करें।
  3. पृथ्वी के केंद्र से $3R$ दूरी पर गुरुत्वीय विभव ज्ञात करें।
  4. $400\ \text{km}$ की ऊँचाई पर कक्षीय वेग और परिक्रमण काल ज्ञात करें।
  5. यदि पलायन वेग $5\ \text{km/s}$ और त्रिज्या $3.2 \times 10^{6}\ \text{m}$ है, तो द्रव्यमान ज्ञात करें।

MCQ Test

Q1. गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक $G$ का मान क्या है?
$6.67 \times 10^{-11}\ \text{N·m}^2/\text{kg}^2$
$9.8\ \text{m/s}^2$
$3 \times 10^{8}\ \text{m/s}$
$6.02 \times 10^{23}$
Q2. पृथ्वी के केंद्र पर $g$ का मान क्या होता है?
$9.8\ \text{m/s}^2$
अनंत
शून्य
$4.9\ \text{m/s}^2$
Q3. पलायन वेग का मान पृथ्वी के लिए कितना है?
$7.9\ \text{km/s}$
$11.2\ \text{km/s}$
$9.8\ \text{km/s}$
$15.0\ \text{km/s}$
Q4. भूस्थैतिक उपग्रह का परिक्रमण काल कितना होता है?
$12$ घंटे
$24$ घंटे
$48$ घंटे
$100$ मिनट
Q5. केप्लर का द्वितीय नियम किस संरक्षण नियम का परिणाम है?
रैखिक संवेग संरक्षण
कोणीय संवेग संरक्षण
ऊर्जा संरक्षण
द्रव्यमान संरक्षण
Q6. कक्षा में घूमते उपग्रह की कुल ऊर्जा होती है:
धनात्मक
ऋणात्मक
शून्य
अनंत
Q7. गुरुत्वीय त्वरण $g$ का मान ऊँचाई के साथ:
घटता है
बढ़ता है
अपरिवर्तित रहता है
पहले बढ़ता फिर घटता है
Q8. पलायन वेग और कक्षीय वेग में संबंध है:
$v_e = v_o$
$v_e = \sqrt{2}\,v_o$
$v_e = 2v_o$
$v_e = v_o/\sqrt{2}$

Assertion-Reason Questions

Q9.

Assertion (A): उपग्रह में अंतरिक्ष यात्री भारहीनता का अनुभव करता है।
Reason (R): उपग्रह में गुरुत्वाकर्षण बल शून्य होता है।

उत्तर: A सत्य है, R असत्य है।

Q10.

Assertion (A): पृथ्वी के केंद्र पर $g$ का मान शून्य होता है।
Reason (R): गहराई के साथ $g$ का मान घटता है।

उत्तर: A और R दोनों सत्य हैं, R, A की सही व्याख्या है।

Case-Based Questions

Case Study 1

एक उपग्रह पृथ्वी की सतह से $35{,}800\ \text{km}$ की ऊँचाई पर भूमध्यरेखीय तल में पश्चिम से पूर्व की ओर घूम रहा है। उसका परिक्रमण काल $24$ घंटे है।

(a) यह किस प्रकार का उपग्रह है?
(b) इसका उपयोग किस लिए किया जाता है?
(c) यह पृथ्वी से स्थिर क्यों दिखाई देता है?

उत्तर: (a) भूस्थैतिक उपग्रह
(b) संचार, मौसम पूर्वानुमान
(c) परिक्रमण काल पृथ्वी के घूर्णन काल के बराबर है

Quick Revision Notes

Gravitation — Quick Revision Table
राशि (Quantity) सूत्र (Formula) मान / इकाई
गुरुत्वाकर्षण बल$F = G\,\dfrac{m_1 m_2}{r^2}$न्यूटन (N)
$G$ (स्थिरांक)—$6.67 \times 10^{-11}\ \text{N·m}^2/\text{kg}^2$
$g$ (सतह पर)$g = \dfrac{GM}{R^2}$$9.8\ \text{m/s}^2$
$g_h$ (ऊँचाई $h$ पर)$g\left(1 - \dfrac{2h}{R}\right)$घटता है
$g_d$ (गहराई $d$ पर)$g\left(1 - \dfrac{d}{R}\right)$घटता है
गुरुत्वीय विभव$V = -\dfrac{GM}{r}$J/kg
स्थितिज ऊर्जा$U = -\dfrac{GMm}{r}$जूल (J)
पलायन वेग$v_e = \sqrt{2gR}$$11.2\ \text{km/s}$
कक्षीय वेग$v_o = \sqrt{\dfrac{GM}{r}}$$7.9\ \text{km/s}$
कुल ऊर्जा$E = -\dfrac{GMm}{2r}$ऋणात्मक
$v_e / v_o$$\sqrt{2}$$\approx 1.414$
याद रखें: गुरुत्वाकर्षण बल सदैव आकर्षक, केंद्रीय, संपर्क रहित और अनंत परास वाला बल है।
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Class 11 Physics Chapter 7 (Gravitation) की प्रीमियम हस्तलिखित नोट्स — पूरी तरह से परीक्षा-केंद्रित, आसान भाषा में, और JEE/NEET के लिए उपयुक्त।

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यह अध्याय NCERT Class 11 Physics (Chapter 7 — Gravitation) के आधार पर तैयार किया गया है।

स्रोत: NCERT Physics Textbook Class 11, Part 1, Chapter 7

FAQs

Q1. गुरुत्वाकर्षण और गुरुत्व में क्या अंतर है?

गुरुत्वाकर्षण ब्रह्मांड के सभी द्रव्यमानों के बीच लगने वाला सार्वत्रिक आकर्षण बल है। गुरुत्व विशेष रूप से पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण बल को कहा जाता है।

Q2. $g$ का मान ऊँचाई के साथ क्यों घटता है?

क्योंकि $g = \dfrac{GM}{(R+h)^2}$, ऊँचाई $h$ बढ़ने पर $g$ का मान घटता है।

Q3. पलायन वेग वस्तु के द्रव्यमान पर निर्भर करता है?

नहीं, पलायन वेग $v_e = \sqrt{2gR}$ वस्तु के द्रव्यमान पर निर्भर नहीं करता।

Q4. भूस्थैतिक उपग्रह पृथ्वी से स्थिर क्यों दिखता है?

क्योंकि इसका परिक्रमण काल पृथ्वी के घूर्णन काल (24 घंटे) के बराबर होता है और यह पृथ्वी के घूर्णन की दिशा में घूमता है।

Q5. $G$ और $g$ में क्या अंतर है?

$G$ सार्वत्रिक गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक है — हर जगह समान। $g$ गुरुत्वीय त्वरण है — स्थान के साथ बदलता है।

Q6. उपग्रह की कुल ऊर्जा ऋणात्मक क्यों होती है?

क्योंकि उपग्रह पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में बंधा है। $E = -\dfrac{GMm}{2r}$।

Q7. क्या गुरुत्वाकर्षण बल का परिरक्षण किया जा सकता है?

नहीं, गुरुत्वाकर्षण बल का परिरक्षण नहीं किया जा सकता।

Q8. केप्लर का तृतीय नियम क्या है?

$T^2 \propto a^3$ — परिक्रमण काल का वर्ग, अर्ध-दीर्घ अक्ष के घन के समानुपाती होता है।

Q9. पृथ्वी के केंद्र पर $g$ शून्य क्यों होता है?

पृथ्वी के केंद्र पर सभी द्रव्यमान तत्वों का बल निरस्त हो जाता है, इसलिए $g = 0$।

Q10. कृत्रिम उपग्रह पृथ्वी पर वापस क्यों नहीं गिरता?

क्योंकि उपग्रह को उच्च क्षैतिज वेग दिया जाता है जो पृथ्वी की वक्रता के साथ-साथ गिरने का कारण बनता है।