ન્યૂનતમ ગતિના નિયમો : આઇઝેક ન્યૂટન (1642-1727) નામના વૈજ્ઞાનિકે પદાર્થકણની ગતિ, તેનાં કારણો અને તેની અસરોનો અભ્યાસ કરીને તારવેલા ત્રણ સ્વયંસિદ્ધ (empirical) નિયમો. આ નિયમો યંત્રશાસ્ત્રના પાયાના સિદ્ધાંતોનું નિરૂપણ કરે છે. તેમની સૈદ્ધાંતિક સાબિતી સીધી રીતે મળતી નથી, પરંતુ પ્રશિષ્ટ તંત્રમાં પ્રાયોગિક પરિણામો પરથી તેમની યથાર્થતા સાબિત થાય છે.
પહેલો નિયમ – જડતાનો નિયમ : સામાન્ય અનુભવ દર્શાવે છે કે ભૌતિક પદાર્થ આપમેળે પોતાની સ્થિર કે ગતિમાન સ્થિતિમાં ફેરફાર કરી શકતો નથી. પદાર્થના આ ગુણધર્મને જડતા (inertia) કહે છે. પદાર્થની સ્થિર કે ગતિમાન અવસ્થામાં ફેરફાર કરવા માટે બાહ્ય અસરની જરૂર પડે છે, જેને ન્યૂટને બળ તરીકે ઓળખાવી. પદાર્થના જડતાના ગુણધર્મ તથા બળના ખ્યાલનો સમન્વય કરી ન્યૂટને તારવ્યું કે ‘પદાર્થ પર બાહ્ય બળ લગાડવામાં ન આવે ત્યાં સુધી સ્થિર પદાર્થ હમેશાં સ્થિર રહે છે, અને અચળ વેગથી ગતિ કરતો પદાર્થ અચળ વેગથી ગતિ કરે છે.’ આ વિધાન ન્યૂટનના પહેલા નિયમ તરીકે ઓળખાય છે.
હૉકી વડે દડાને ફટકારતાં તે જમીન ઉપર ગબડતો જાય છે. જેમ આગળ વધે છે તેમ તેનો વેગ ઘટતો જાય છે, કારણ કે જમીન અને દડા વચ્ચે લાગતું ઘર્ષણ એના ગતિબળનો વિરોધ કરે છે અને અંતે દડો સ્થિર થઈ જાય છે.
બીજો નિયમ-વેગમાન (momentum) : પદાર્થના દળ અને વેગના ગુણાકારને તેનું વેગમાન કહે છે. તેની સંજ્ઞા p છે; અને તે સદિશ રાશિ છે. માટે .
……………………………………………………… (i)
પ્રાયોગિક રીતે ન્યૂટને દર્શાવ્યું કે ‘પદાર્થના વેગમાનમાં થતા ફેરફારનો સમય-દર તેના પર લાગતા બળ (F) જેટલો હોય છે.’
…………………………………………. (ii)
દળ અચળ હોય ત્યારે,
……………………………………….. (iii)
બીજા નિયમના આધારે બળનો એકમ વ્યાખ્યાયિત કરી શકાય છે. MKS પદ્ધતિમાં બળનો એકમ ‘ન્યૂટન’ છે.
એક કિલોગ્રામ દ્રવ્યમાનવાળા પદાર્થને 1 મીટર/સેકંડ2 પ્રવેગ આપવા માટેના જરૂરી બળને, એક ન્યૂટન કહે છે.
ત્રીજો નિયમ : પરિણામ (ii) પરથી, ……………….. (iv)
બળનો આઘાત (impulse) કહે છે.
ન્યૂટને બળની અસરોનો અભ્યાસ કરી તારવ્યું કે બે પદાર્થ વચ્ચે આંતરક્રિયા (interaction) થાય ત્યારે, પહેલો પદાર્થ બીજા પદાર્થ પર જેટલું ક્રિયાબળ (બળનો આઘાત) લગાડે છે, તેટલું જ પ્રતિક્રિયાબળ (પ્રત્યાઘાત) બીજો પદાર્થ પહેલા પદાર્થ પર લગાડે છે; પરંતુ તેની દિશા વિરુદ્ધ હોય છે; દા. ત., દડો દીવાલ સાથે અફાળતાં, દડો દીવાલ પર ક્રિયાબળ લગાડે છે, જ્યારે દીવાલ દડા પર પ્રતિક્રિયાબળ લગાડે છે, જેથી દડો પાછો ફેંકાય છે. ‘બે પદાર્થ વચ્ચેની આંતરક્રિયામાં બળના આઘાત અને પ્રત્યાઘાત, હંમેશાં સરખા મૂલ્યના અને પરસ્પર વિરુદ્ધ દિશામાં હોય છે’ ન્યૂટનનો આ નિયમ પ્રસ્થાપિત કરે છે કે બળો હંમેશાં યુગ્મમાં લાગે છે અને તે જુદા જુદા પદાર્થો પર લાગે છે. અર્થાત્ ક્રિયાબળ અને પ્રતિક્રિયાબળ ભિન્ન પદાર્થ પર લાગે છે. કોઈ એક જ બળનું અસ્તિત્વ અશક્ય છે.
શશીધર ગોપેશ્વર ત્રિવેદી