పని - శక్తి

స్థితుల్లో మార్పులు తెచ్చే సామర్థ్యాలు!

 

సంచిని కిరాణా వస్తువులతో నింపి బిల్లింగ్‌ కౌంటర్‌ దగ్గరకు మోసుకొస్తే  ఒక పని జరిగినట్లు. ఈ క్రమంలో గురుత్వాకర్షణ శక్తికి వ్యతిరేకంగా శరీర కండరాల  నుంచి కొంత శక్తి సంచికి చేరుతుంది. ఇంధనంలోని రసాయనశక్తిని గతిశక్తిగా ఇంజిన్‌ మార్చి డ్రైవింగ్‌లో కారు కదలడానికి సాయపడుతుంది. సెల్‌ఫోన్‌ ఛార్జర్‌ విద్యుత్తు శక్తిని రసాయన శక్తిగా చేసి, అవసరమైనప్పుడు ఉపయోగించుకోవడానికి వీలుగా బ్యాటరీలో నిల్వ ఉంచుతుంది. ఇవన్నీ శక్తిలోని రకరకాల రూపాలు. పని జరగాలంటే శక్తి కావాలి. శక్తిని సృష్టించడం కుదరదు. కానీ ఒక రూపం నుంచి మరో రూపంలోకి మార్చవచ్చు. పనికి, శక్తికి సంబంధించి భౌతికశాస్త్రంలోని ఈ ప్రాథమిక అంశాలను నిత్య జీవిత ఉదాహరణలతో పోటీ పరీక్షార్థులు తెలుసుకోవాలి. వాటిని కొలవడానికి వాడే ప్రమాణాలను కూడా గుర్తుంచుకోవాలి. 

అన్ని జీవరాశులకు ఆహారం అవసరం. జీవులు బతకడానికి అనేక ప్రాథమిక కార్యకలాపాలు (పనులు) నిర్వహించాల్సి ఉంటుంది. అలాంటి కృత్యాలను ‘జీవప్రక్రియలు’ అంటారు. వాటికి కావాల్సిన శక్తి ఆహారం నుంచి లభిస్తుంది. ఉదాహరణకు ఆడటం, పాడటం, పరిగెత్తడం, రాయడం, దూకడం, సైకిల్‌ తొక్కడం లాంటి కృత్యాలకు శక్తి అవసరం. శ్రమతో కూడిన పనులకు మరింత శక్తి కావాలి. 

జంతువులు కూడా కొన్ని కృత్యాల్లో నిమగ్నమై ఉంటాయి. ఉదాహరణకు దూకడం, పరిగెత్తడం, ఆహారం కోసం వెతకడం, ఆవాసం కోసం సురక్షిత ప్రదేశం వెతకడం, పోరాడటం, శత్రువుల నుంచి తప్పించుకోవడం తదితర పనులకు శక్తి కావాలి. అలాగే కొన్ని జంతువులను బరువులు ఎత్తడానికి, మోయడానికి, బండ్లు లాగడానికి, పొలాలు దున్నడానికి ఉపయోగిస్తారు. ఈ పనులన్నింటికీ శక్తి అవసరం. మనుషులకు అవసరమైనట్లు యంత్రాలకు కూడా పనిచేయడానికి శక్తి కావాలి. వాటికి శక్తి ఇంధనాలు (పెట్రోల్, డీజిల్‌), విద్యుత్తు నుంచి లభిస్తుంది.

‣ దైనందిన జీవితంలో ‘పని’ అనే పదాన్ని ఉపయోగించే విధానానికి, విజ్ఞానశాస్త్రపరంగా వాడే తీరుకు తేడా ఉంది.

‣ సాధారణంగా పని అంటే రోజువారీ జీవితంలో ఉపయోగపడే శారీరక, మానసిక కార్యకలాపాలన్నింటినీ పనిగా భావిస్తారు.

‣ విజ్ఞానశాస్త్రపరంగా ‘పని’ అంటే ఒక వస్తువుపై బాహ్యబలాన్ని ప్రయోగిస్తే అది అదే దిశలో స్థానభ్రంశం చెందుతుంది. బలం, స్థానభ్రంశాల లబ్ధాన్ని పనిగా పేర్కొంటారు.

.^.. W = F × S ‣ S.I. ప్రమాణం-జౌల్‌ ‣ C.G.S. ప్రమాణం-ఎర్గ్‌ 

కొన్ని సందర్బాల్లో ఎంతకష్టపడి పనిచేసినప్పటికీ పని జరగలేదని చెప్పొచ్చు. ఉదాహరణకు స్వాతి అనే బాలిక పరీక్షలకు సిద్ధమవుతోంది. పుస్తకాలు చదువుతోంది. బొమ్మలు గీస్తోంది. తరగతులకు హాజరవుతోంది. ప్రయోగాలు చేస్తోంది. స్నేహితులతో పలు సమస్యల గురించి చర్చిస్తోంది. సాధారణ పరిభాషలో స్వాతి కష్టపడి పనిచేస్తున్నట్లు భావిస్తారు.. మరో ఉదాహరణలో రాము అనే బాలుడు ఒక పెద్ద బండరాయిని నెట్టడానికి కష్టపడుతున్నాడు. ఎంత కృషి చేసినా బండరాయిని కదిలించలేకపోయి శక్తిని కోల్పోయి అలసిపోతాడు. విజ్ఞానశాస్త్ర పరంగా అతడు పనిచేయలేదు అని చెప్పొచ్చు. ఎందుకంటే అతడు బండరాయిపై బలాన్ని ప్రయోగించినప్పటికీ అది స్థానభ్రంశం చెందలేదు. కాబట్టి అతడు చేసిన పని శూన్యం అవుతుంది. పని అనేది నిర్వహించే విధానంపై  ఆధారపడి ఉంటుంది. 

శక్తి: నిత్యజీవితంలో శక్తి అనే పదాన్ని తరచూ వాడుతుంటారు. కానీ విజ్ఞానశాస్త్రపరంగా శక్తికి స్థిరమైన, కచ్చితమైన అర్థం ఉంటుంది. ఉదాహరణకు వేగంగా కదిలే క్రికెట్‌ బంతి వికెట్లను తాకి వాటిని పడగొడుతుంది. చెక్కపై మేకు ఉంచి సుత్తితో కొట్టినప్పుడు మేకు చెక్కలోకి దిగుతుంది. పిల్లలు బొమ్మ కారుకు ‘కీ’ ఇచ్చి నేలపై ఉంచితే అది కదలడాన్ని గమనించవచ్చు. బెలూన్‌ను నొక్కినప్పుడు దాని ఆకారంలో మార్పు వస్తుంది. ఈ విధంగా పనిచేయడానికి కావాల్సిన సామర్థ్యాన్ని శక్తి అని చెప్పొచ్చు. పనిచేయగలిగిన సామర్థ్యం ఉన్న వస్తువు శక్తిని కలిగి ఉంటుంది. పనిచేసే వస్తువు శక్తిని కోల్పోతుంది. అదేవిధంగా ఏ వస్తువు మీద పని జరిగిందో ఆ వస్తువు శక్తిని పొందుతుంది. శక్తిని కలిగి ఉన్న వస్తువు మరొక వస్తువుపై బలాన్ని ప్రయోగించగలుగుతుంది. ఆ విధంగా జరిగినప్పుడు మొదటి వస్తువు నుంచి తర్వాత వస్తువుకు శక్తి బదిలీ అవుతుంది. ఒక వస్తువు కలిగి ఉన్న శక్తిని ఆ వస్తువు పనిచేయగలిగిన సామర్థ్యం ఆధారంగా కొలుస్తారు. అందువల్ల శక్తికి కూడా S.I. ప్రమాణం జౌల్‌గా, C.G.S. ప్రమాణం ఎర్గ్‌గా నిర్ణయించారు. కొన్ని సందర్భాల్లో శక్తికి కిలోజౌల్‌ అనే పెద్ద ప్రమాణాన్ని కూడా ఉపయోగిస్తారు.

‣ 1 కిలో జౌల్‌ = 1000 జౌల్స్‌  

‣ శక్తి అనేది అనేక రూపాల్లో లభిస్తుంది. 

శక్తినిత్యత్వ నియమం: శక్తిని సృష్టించడం సాధ్యం కాదు. అది ఒక రూపం నుంచి మరొక రూపంలోకి మారుతుంది. శక్తి ప్రధానంగా 2 రకాలు 1) గతిశక్తి 2) స్థితిశక్తి  

గతిశక్తి (KE): గమనంలో ఉండే వస్తువు దాని కదలిక ద్వారా పొందే శక్తిని గతిశక్తి అంటారు.

‣ కొంత వేగంతో కదిలే వస్తువుకు ఉండే గతిశక్తి ఆ వేగాన్ని పొందడానికి దానిపై జరిగిన పనికి సమానం. 

ఉదా: ‣ తుపాకీ నుంచి పేలిన తూటా

‣ చెట్టుపై నుంచి పడే కొబ్బరి బొండం

‣ వేగంగా కదిలే కారు

‣ దొర్లుతున్న గోలీ 

‣ వీచే గాలి

‣ ప్రవహించే నీరు

‣ వేగంగా తిరిగే గాలిమర 

‣ పరిగెత్తే క్రీడాకారుడు

‣ కదిలే రోడ్డు రోలరు

‣ విల్లు నుంచి వదిలిన బాణం

‣ దుంగలను కోస్తున్న రంపం  

స్థితిశక్తి (PE): ఒక వస్తువుపై జరిగిన పని కారణంగా శక్తి నిల్వ ఉంటుంది. ఒక వస్తువుకు బదిలీ చేసిన శక్తి దాని వేగం లేదా వడిలో మార్పు కలిగించడానికి ఉపయోగించకపోతే అది స్థితిశక్తిగా నిల్వ అవుతుంది. అంటే ఒక వస్తువు దాని స్థితిలో లేదా ఆకారంలో మార్పు పొందడం వల్ల పొందే శక్తిని స్థితిశక్తి అంటారు.

.^.. PE = mgh    

ఉదా: ‣ సాగదీసిన రబ్బరు బ్యాండు

‣ నొక్కి ఉంచిన స్ప్రింగు    

‣ విల్లుమీద సాగదీసిన తీగ

‣ సిలిండర్‌లో నింపిన వాయువు    

‣ కంకర కొట్టడానికి ఎత్తిన సుత్తి

‣ పర్వత అగ్రంలో ఉన్న రాయి  

‣ చెట్టుపై ఉన్న పక్షి

‣ ఎత్తయిన రిజర్వాయర్‌లో నిల్వ ఉన్న నీరు  

‣ ఒక వస్తువును కొంత ఎత్తుకు ఎత్తినప్పుడు దాని శక్తి పెరుగుతుంది. దీనికి కారణం గురుత్వాకర్షణకు వ్యతిరేకంగా దానిపై పని జరగడమే. అలాంటి వస్తువుల్లో ఉన్న శక్తిని గురుత్వస్థితి శక్తి అంటారు. ఎత్తులో ఉన్న వస్తువు స్థితిశక్తి మీరు ఎంచుకున్న భూస్థాయి లేదా శూన్యస్థాయి మీద ఆధారపడి ఉంటుంది. ఒక వస్తువు ఇచ్చిన స్థానం వద్ద నిర్దిష్టమైన స్థితిశక్తిని కలిగి ఉండి, వేరొక స్థానం వద్ద విభిన్నంగా ఉంటుంది. 

యాంత్రిక శక్తి: గతి శక్తి, స్థితి శక్తుల మొత్తాన్ని యాంత్రిక శక్తి అంటారు.

ఉదా: ‣ ఆకాశంలో ఎగురుతున్న విమానం

‣ ఆకాశంలో తిరుగుతున్న గద్ద

‣ భూమి నుంచి కొంత ఎత్తులో ఎగిరే గాలిపటం 

‣ ఒకవస్తువు స్వేచ్ఛాపతన సమయంలో దాని మార్గంలో ఏ సమయంలోనైనా స్థితిశక్తిలో తగ్గుదలగతిశక్తిలో సమానమైన పెరుగుదలగా కనిపిస్తుంది.
సామర్థ్యం: ఒక బలమైన వ్యక్తి నిర్దిష్ట పనిని సాపేక్షంగా తక్కువ కాలవ్యవధిలో పూర్తిచేయగలడు. అలాగే ఎక్కువ శక్తి ఉన్న వాహనం తక్కువ శక్తి ఉన్న వాహనం కంటే తక్కువ కాలవ్యవధిలో ప్రయాణాన్ని పూర్తిచేస్తుంది. అంటే పని జరిగే రేటును లేదా శక్తి బదిలీ జరిగే రేటును సామర్థ్యం అంటారు. ఒక యంత్రం ‘t’ కాలవ్యవధిలో ‘W’ పనిచేస్తే దాని సామర్థ్యాన్ని ఈ విధంగా సూచిస్తారు. 

‣ సామర్థ్యాన్ని KW (కిలోవాట్‌) అనే పెద్ద ప్రమాణాల్లో కూడా వ్యక్తం చేయొచ్చు. యంత్రాల సామర్థ్యం కాలానుగుణంగా మారొచ్చు. దీని అర్థం యంత్రం పలు కాలవ్యవధుల్లో వేర్వేరు వేగాలతో పనిచేయొచ్చు. అందువల్ల సగటు సామర్థ్యం ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది. 

నమూనా ప్రశ్నలు 

1. పని యొక్క సూత్రాన్ని  గుర్తించండి. 

1) W=F× N     2) W=F× W

3) W=F× S     4) W=P×S

2. పనిచేయగల సామర్థ్యం లేదా దారుఢ్యాన్ని ఏమంటారు? 

1) శక్తి      2) పని 

3) సామర్థ్యం  4) బలం 

3. పని S.I. ప్రమాణాన్నిగుర్తించండి. 

1) ఎర్గ్‌   2) న్యూటన్‌ 

3) డైన్‌   4) జౌల్‌ 

4. ఒక వస్తువుపై అధిక బలాన్ని ప్రయోగించినప్పటికీ, అది స్థానభ్రంశం చెందకపోతే  జరిగిన పని? 

1) గరిష్ఠం    2) కనిష్ఠం 

3) శూన్యం    4) తటస్థం 

5. ఒక కిలోజౌల్‌ అనేది ఎన్ని జౌళ్లకు సమానం? 

1) 100 J   2) 1000 J 

3) 10 J    4) 500 J

6. చెట్టుపై నుంచి పడే కొబ్బరి బోండం, వేగంగా తిరిగే గాలిమరకు ఉండే శక్తి? 

1) గతి శక్తి   2) స్థితి శక్తి 

3) యాంత్రిక శక్తి  4) స్థిర విద్యుదాకర్షణ శక్తి

7. సాగదీసిన రబ్బరు బ్యాండు, పర్వత అగ్రంలోని రాయికి ఉండే శక్తి? 

1) స్థితిశక్తి   2) గతిశక్తి 

3) స్థిర విద్యుదాకర్షణ శక్తి   4) యాంత్రిక శక్తి

8. ఆకాశంలో ప్రయాణిస్తోన్న విమానానికి ఉండే శక్తి? 

1) గతి శక్తి    2) యాంత్రిక శక్తి

3) విద్యుదాకర్షణ శక్తి    4) స్థితి శక్తి 

సమాధానాలు: 1-3, 2-1, 3-4, 4-3, 5-2, 6-1, 7-1, 8-2.

రచయిత: చంటి రాజుపాలెం