वैज्ञानिक अध्ययन ( Scientific Study )
कक्षा १० विज्ञान: वैज्ञानिक अध्ययन ( Scientific Study )
बहुविकल्पीय प्रश्नहरू
कारण दिनुहोस्
कार्य (Work) को सूत्र बल (Force) × दुरी (distance) हो । यहाँ बल र दुरी दुवैका आफ्नै आधारभूत एकाइहरू छन् । कार्यको एकाइ (\(kgm^2s^{-2}\)) आधारभूत एकाइहरू (किलोग्राम, मिटर, सेकेन्ड) को संयोजनबाट बनेको हुनाले यो आधारभूत एकाइमा निर्भर रहन्छ । यसरी आधारभूत एकाइहरूबाट बनेको एकाइलाई तत्जन्य एकाइ भनिने भएकोले कार्यको एकाइ जुल एक तत्जन्य एकाइ हो ।
वैज्ञानिक प्रयोगमा स्वतन्त्र चरले आश्रित चरमा पारेको प्रभावको मात्र अध्ययन गरिन्छ । यदि अन्य चरहरूलाई नियन्त्रण गरिएन भने तिनीहरूले पनि नतिजामा असर पार्न सक्छन्, जसले गर्दा कुन चरको कारणले नतिजामा परिवर्तन आयो भनी किटान गर्न सकिँदैन । यस्तो अवस्थामा प्रयोगबाट प्राप्त निष्कर्ष गलत वा अविश्वसनीय हुन सक्छ । त्यसैले, सही, शुद्ध र विश्वसनीय निष्कर्ष निकाल्नका लागि स्वतन्त्र र आश्रित चर बाहेक अन्य सबै चरहरूलाई स्थिर राख्नुपर्छ अर्थात् नियन्त्रण गर्नुपर्छ ।
कुनै पनि भौतिक समीकरण सही हुनका लागि समीकरणको बायाँ पक्ष (LHS) र दायाँ पक्ष (RHS) मा रहेका पदहरूको एकाइमा एकरूपता हुनुपर्छ । दिइएको समीकरणमा:
- बायाँ पक्ष (LHS) मा \(v^2\) को एकाइ \((ms^{-1})^2 = m^2s^{-2}\) हुन्छ ।
- दायाँ पक्ष (RHS) मा \(ut\) को एकाइ \(ms^{-1} \times s = m\) हुन्छ ।
यहाँ, बायाँ पक्षको एकाइ (\(m^2s^{-2}\)) र दायाँ पक्षको एकाइ (\(m\)) फरक-फरक छन् । एकाइमा एकरूपता नभएकाले यो समीकरण मान्य हुँदैन ।
भिन्नता लेख्नुहोस्
| स्वतन्त्र चर (Independent Variable) | आश्रित चर (Dependent Variable) |
|---|---|
| १. प्रयोगकर्ताले आफ्नो इच्छाअनुसार जानाजानी परिवर्तन गर्ने चरलाई स्वतन्त्र चर भनिन्छ । | १. स्वतन्त्र चरमा भएको परिवर्तनका कारण आफैँ परिवर्तन हुने र नापिने चरलाई आश्रित चर भनिन्छ । |
| २. यो कुनै पनि घटनाको ‘कारण’ (cause) हो । | २. यो कुनै पनि घटनाको ‘असर’ (effect) हो । |
| ३. ग्राफमा प्रस्तुत गर्दा यसलाई तेर्सो अक्ष (x-axis) मा राखिन्छ । | ३. ग्राफमा प्रस्तुत गर्दा यसलाई ठाडो अक्ष (y-axis) मा राखिन्छ । |
| आधारभूत एकाइ (Fundamental Unit) | तत्जन्य एकाइ (Derived Unit) |
|---|---|
| १. यी एकाइहरू अरू कुनै एकाइमा निर्भर रहँदैनन्, अर्थात् यिनीहरूको आफ्नै स्वतन्त्र अस्तित्व हुन्छ । | १. यी एकाइहरू दुई वा दुईभन्दा बढी आधारभूत एकाइहरूबाट बनेका हुन्छन् र यिनीहरू आधारभूत एकाइमा निर्भर रहन्छन् । |
| २. यिनलाई अरू एकाइमा टुक्र्याउन वा विश्लेषण गर्न सकिँदैन । | २. यिनलाई आधारभूत एकाइहरूमा टुक्र्याउन वा विश्लेषण गर्न सकिन्छ । |
| ३. SI प्रणालीमा यस्ता एकाइको सङ्ख्या ७ ओटा मात्र छ (जस्तै: मिटर, किलोग्राम, सेकेन्ड) । | ३. ७ ओटा आधारभूत एकाइहरूबाट धेरै तत्जन्य एकाइहरू निर्माण भएका छन् (जस्तै: न्युटन, जुल, पास्कल) । |
दीर्घ उत्तरात्मक प्रश्नहरू
कुनै पनि भौतिक परिमाणको नापलाई विश्वव्यापी रूपमा र सर्वमान्य तरिकाले व्यक्त गर्न प्रयोग गरिने निश्चित र मानक परिमाणलाई एकाइ (unit) भनिन्छ ।
- पिण्ड (mass): किलोग्राम (kg)
- तापक्रम (temperature): केल्भिन (K)
- शक्ति (power): वाट (W)
- घनत्व (density): किलोग्राम प्रति घनमिटर (kg/m³)
समीकरणमा एकाइको एकरूपता जाँच गर्नका लागि समीकरणको दुवैतिर (बायाँ पक्ष र दायाँ पक्ष) रहेका सबै पदहरूको आधारभूत एकाइ निकालिन्छ । यदि दुवैतिरका पदहरूको आधारभूत एकाइहरू समान छन् भने उक्त समीकरण मान्य र सही मानिन्छ, अन्यथा मान्य हुँदैन । साथै, एउटै आधारभूत एकाइ भएका परिमाणहरूलाई मात्र जोड्न वा घटाउन सकिन्छ ।
उदाहरण:
चालसम्बन्धी समीकरण \(s = ut + \frac{1}{2}at^2\) को एकरूपता जाँच गरौँ:
- बायाँ पक्ष (LHS): दुरी (s) को एकाइ मिटर (m) हो ।
- दायाँ पक्ष (RHS):
- पहिलो पद (\(ut\)): \(u\) को एकाइ \(ms^{-1}\) र \(t\) को एकाइ \(s\) हो । त्यसैले, \(ut\) को एकाइ \(ms^{-1} \times s = m\) हुन्छ ।
- दोस्रो पद (\(\frac{1}{2}at^2\)): \(\frac{1}{2}\) को एकाइ हुँदैन । \(a\) को एकाइ \(ms^{-2}\) र \(t^2\) को एकाइ \(s^2\) हो । त्यसैले, \(at^2\) को एकाइ \(ms^{-2} \times s^2 = m\) हुन्छ ।
यहाँ बायाँ पक्षको एकाइ (m) र दायाँ पक्षका दुवै पदको एकाइ (m) समान छ । त्यसैले यो समीकरण एकाइगत रूपमा सही छ ।
चाप (Pressure) = बल (Force) / क्षेत्रफल (Area)
चापको एकाइ पास्कल (Pa) हो, जसलाई आधारभूत एकाइमा विश्लेषण गर्दा:
\(P = \frac{F}{A} = \frac{kgms^{-2}}{m^2} = kgm^{-1}s^{-2}\)
तसर्थ, चापको एकाइमा किलोग्राम (kg), मिटर (m) र सेकेन्ड (s) गरी तीनवटा आधारभूत एकाइहरू रहेका हुन्छन् ।
(अ) न्युटन (N): \(F=ma\implies kg \times ms^{-2} = kgms^{-2}\)
आधारभूत एकाइहरू: किलोग्राम (kg), मिटर (m), सेकेन्ड (s)
(आ) वाट (W): \(P= \frac{W}{t} = \frac{F \times d}{t} = \frac{kgms^{-2} \times m}{s} = kgm^2s^{-3}\)
आधारभूत एकाइहरू: किलोग्राम (kg), मिटर (m), सेकेन्ड (s)
(इ) जुल (J): \(W=F \times d=kgms^{-2} \times m=kgm^2s^{-2}\)
आधारभूत एकाइहरू: किलोग्राम (kg), मिटर (m), सेकेन्ड (s)
(ई) पास्कल (Pa): \(P= \frac{F}{A} = \frac{kgms^{-2}}{m^2} = kgm^{-1}s^{-2}\)
आधारभूत एकाइहरू: किलोग्राम (kg), मिटर (m), सेकेन्ड (s)
१. सामर्थ्यको सूत्र (P = mv²) को जाँच:
बायाँ पक्ष (LHS): सामर्थ्य (P) को एकाइ वाट (W) हो, जसको आधारभूत एकाइ \(kgm^2s^{-3}\) हुन्छ ।
दायाँ पक्ष (RHS): \(mv^2\) को एकाइ \(kg \times (ms^{-1})^2 = kgm^2s^{-2}\) हुन्छ ।
निष्कर्ष: यहाँ बायाँ पक्ष (\(kgm^2s^{-3}\)) र दायाँ पक्ष (\(kgm^2s^{-2}\)) को एकाइ फरक-फरक भएकोले सामर्थ्यको सूत्र P = mv² मान्य छैन ।
२. चापको सूत्र (P = mv/A) को जाँच:
बायाँ पक्ष (LHS): चाप (P) को एकाइ पास्कल (Pa) हो, जसको आधारभूत एकाइ \(kgm^{-1}s^{-2}\) हुन्छ ।
दायाँ पक्ष (RHS): \(mv/A\) को एकाइ \(\frac{kg \times ms^{-1}}{m^2} = kgm^{-1}s^{-1}\) हुन्छ ।
निष्कर्ष: यहाँ बायाँ पक्ष (\(kgm^{-1}s^{-2}\)) र दायाँ पक्ष (\(kgm^{-1}s^{-1}\)) को एकाइ फरक-फरक भएकोले चापको सूत्र P = mv/A मान्य छैन ।
स्वतन्त्र चर (Independent Variable): प्रयोग गर्दा प्रयोगकर्ताले जानाजानी परिवर्तन गर्ने वा हेरफेर गर्ने चरलाई स्वतन्त्र चर भनिन्छ । यसको असर अर्को चरमा कस्तो पर्छ भनी अध्ययन गरिन्छ ।
उदाहरण: एउटा बिरुवाको वृद्धिको लागि सूर्यको प्रकाश कति आवश्यक छ भनी अध्ययन गर्दा, बिरुवालाई दिइने ‘प्रकाशको मात्रा’ वा ‘प्रकाशमा राख्ने समय’ स्वतन्त्र चर हो ।
आश्रित चर (Dependent Variable): स्वतन्त्र चरमा गरिएको परिवर्तनको परिणाम स्वरूप आफैँ परिवर्तन हुने र नापिने चरलाई आश्रित चर भनिन्छ ।
उदाहरण: माथिकै प्रयोगमा, प्रकाशको मात्रा परिवर्तन गर्दा नापिने ‘बिरुवाको उचाइ’ वा ‘पातको सङ्ख्या’ आश्रित चर हो ।
नियन्त्रित चर (Controlled Variable): प्रयोगको निष्कर्षलाई विश्वसनीय बनाउन स्वतन्त्र र आश्रित चर बाहेक नतिजामा असर पार्न सक्ने अन्य चरहरूलाई प्रयोगभरि स्थिर वा एकनास राखिन्छ, यस्ता चरलाई नियन्त्रित चर भनिन्छ ।
उदाहरण: माथिकै प्रयोगमा, ‘माटोको किसिम’, ‘पानीको मात्रा’, ‘गमलाको आकार’, ‘हावा’ आदि नियन्त्रित चर हुन्, जसलाई सबै बिरुवाका लागि समान राखिन्छ ।
कर्माले गर्ने परीक्षणमा:
स्वतन्त्र चर: तारको मोटाइ
आश्रित चर: ड्राइसेलको आयु (कति समयसम्म चल्छ)
नियन्त्रित चर: ड्राइसेलको प्रकार र भोल्टेज, बत्ती (बल्ब) को पावर, तारको लम्बाइ, तारको धातुको किसिम, बत्ती बाल्ने समयावधि ।
(अ) चाँदनीको प्रयोगमा स्वतन्त्र चर, आश्रित चर र नियन्त्रित चर छुट्याउनुहोस् ।
उत्तर:
स्वतन्त्र चर: माटोमा मिसाइएको वस्तुको किसिम (चुन, युरिया मल, खाने नुन र कम्पोस्ट मल)
आश्रित चर: विरुवाको वृद्धि (नापिएको उचाइ)
नियन्त्रित चर: माटोको परिमाण र किसिम, गमलाको आकार, पानीको मात्रा, सूर्यको प्रकाश, विउको किसिम र सङ्ख्या ।
(आ) चाँदनीले किन हरेक मिसावटका लागि तीन तीनओटा गमला प्रयोग गरेकी होलिन् ?
उत्तर:
प्रयोगमा विश्वसनीयता बढाउन र आकस्मिक त्रुटिहरू (जस्तै, कुनै एउटा गमलामा विउ नउम्रनु, कीरा लाग्नु) लाई कम गर्न चाँदनीले हरेक मिसावटका लागि तीन-तीनओटा गमला प्रयोग गरेकी हुन् । यसरी एउटै परीक्षणलाई पटक-पटक दोहोऱ्याउँदा (replication) प्राप्त हुने नतिजाहरूको औसत निकालेर सही र भरपर्दो निष्कर्षमा पुग्न सकिन्छ ।
(अ) सुबोधको यस प्रयोगमा स्वतन्त्र चर र आश्रित चर छुट्याउनुहोस् ।
उत्तर:
स्वतन्त्र चर: कोनिकल फ्लाक्सको बाहिरी सतहको रङ (कालो, सेतो, हरियो, रातो)
आश्रित चर: पानीको तापक्रममा भएको वृद्धि
(आ) साथै सुबोधले कुन कुन चरलाई नियन्त्रण गर्नु पर्ला, लेख्नुहोस् ।
उत्तर:
सुबोधले निम्न चरहरूलाई नियन्त्रण गर्नुपर्छ:
- सबै फ्लाक्सहरूको आकार, प्रकार र मोटाइ
- सबै फ्लाक्समा राखिएको पानीको सुरुको तापक्रम र परिमाण
- सबै फ्लाक्सलाई घाममा राखिने समय र तरिका (कोण)
- तापक्रम नाप्न प्रयोग गरिने थर्मोमिटर
गल्ती: मनिषाको प्रयोगको ढाँचामा मुख्य गल्ती भनेको उनले एउटै प्रयोगमा दुईवटा स्वतन्त्र चरहरू (‘खानाको मात्रा’ र ‘खाना दिने समय’) को असर एकैपटक एउटा आश्रित चर (‘खाना खाने गति’) मा अध्ययन गर्न खोज्नु हो । वैज्ञानिक प्रयोगको नियमअनुसार, एक पटकमा एउटा मात्र स्वतन्त्र चर हुनुपर्छ, नत्र कुन चरको कारणले नतिजामा परिवर्तन आयो भनी छुट्याउन सकिँदैन ।
सुधार: उनले यो गल्तीलाई सुधार्न दुई छुट्टाछुट्टै प्रयोगहरू गर्नुपर्छ:
- पहिलो प्रयोग: ‘खानाको मात्रा’ लाई स्वतन्त्र चर मानेर ‘खाना दिने समय’ लाई नियन्त्रण गर्ने । अर्थात्, उनले हरेक पटक एउटै समयमा फरक-फरक मात्राको खाना दिएर कुकुरको खाने गति नाप्नुपर्छ ।
- दोस्रो प्रयोग: ‘खाना दिने समय’ लाई स्वतन्त्र चर मानेर ‘खानाको मात्रा’ लाई नियन्त्रण गर्ने । अर्थात्, उनले हरेक पटक एउटै मात्राको खाना फरक-फरक समय (बिहान, दिउँसो, साँझ) मा दिएर कुकुरको खाने गति नाप्नुपर्छ ।
ओहमको नियमअनुसार, विद्युत् अवरोध (Resistance, R) = भोल्टेज (V) / करेन्ट (I) हुन्छ ।
\(R= \frac{V}{I}\) — (i)
भोल्टेज (V) भनेको प्रति एकाइ चार्ज (Q) मा हुने कार्य (W) हो ।
\(V= \frac{W}{Q}\) — (ii)
कार्य (W) को आधारभूत एकाइ \(kgm^2s^{-2}\) हुन्छ ।
चार्ज (Q) = करेन्ट (I) × समय (t), जसको एकाइ एम्पियर-सेकेन्ड (As) हुन्छ ।
समीकरण (ii) मा मान राख्दा, भोल्टेज (V) को एकाइ:
\(V= \frac{kgm^2s^{-2}}{As} = kgm^2s^{-3}A^{-1}\)
अब, भोल्टेज (V) को यो एकाइलाई समीकरण (i) मा राख्दा, अवरोध (R) को एकाइ:
\(R= \frac{kgm^2s^{-3}A^{-1}}{A} = kgm^2s^{-3}A^{-2}\)
विद्युत् अवरोधको एकाइ ओहम (Ω) हो । तसर्थ, Ω = kg m² s⁻³ A⁻² प्रमाणित भयो ।
यस वेबसाइटबाट प्रिन्ट गर्न अनुमति छैन।
Printing from this website is not allowed.