ഒരു യാഥാസ്ഥിതിക ബലം എന്നത് ഒരു ബലത്തിന്റെ പേരല്ല, ഉദാഹരണത്തിന് ഗുരുത്വാകർഷണം, ഘർഷണം മുതലായവ. ഒരു ബലത്തിന്റെ സ്വഭാവത്തെയാണ് യാഥാസ്ഥിതിക ബലം വിവരിക്കുന്നത്. ഒരു വസ്തു അതിന്റെ യഥാർത്ഥ സ്ഥാനത്ത് നിന്ന് മാറി യഥാർത്ഥ സ്ഥാനത്തേക്ക് മടങ്ങുന്നതുവരെ ഒരു വസ്തുവിൽ ഒരു ബലം നടത്തുന്ന ആകെ പ്രവൃത്തി പൂജ്യത്തിന് തുല്യമാണെങ്കിൽ, ആ ബലം ഒരു യാഥാസ്ഥിതിക ബലമാണ്. ഒരു വസ്തുവിൽ ബലം നടത്തുന്ന പ്രവർത്തനം വസ്തു സ്വീകരിക്കുന്ന പാതയെ ആശ്രയിക്കുന്നില്ല, മറിച്ച് അതിന്റെ പ്രാരംഭ, അന്തിമ സ്ഥാനങ്ങളിലെ മാറ്റത്തെ മാത്രം ആശ്രയിച്ചാണെങ്കിൽ ഒരു ബലത്തെ യാഥാസ്ഥിതിക ബലം എന്ന് വിളിക്കുന്നു.
ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിലെ ജോലി എന്ന ആശയം നിങ്ങൾക്ക് ഇതിനകം തന്നെ മനസ്സിലായിട്ടുണ്ടെങ്കിൽ, യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തി എന്ന ആശയം മനസ്സിലാക്കാൻ എളുപ്പമാണ് . യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തി എന്ന ആശയം മനസ്സിലാക്കാൻ ഇനിപ്പറയുന്ന രണ്ട് ഉദാഹരണ പ്രശ്നങ്ങൾ പഠിക്കുക.
ഉദാഹരണം 1
ഒരു വസ്തു ലംബമായി മുകളിലേക്ക് നീങ്ങുകയും പിന്നീട് ആ വസ്തു ലംബമായി താഴേക്ക് അതിന്റെ യഥാർത്ഥ സ്ഥാനത്തേക്ക് നീങ്ങുകയും ചെയ്യുന്നത് പരിഗണിക്കുക.
ഒരു വസ്തു മുകളിലേക്ക് നീങ്ങുമ്പോൾ, വസ്തുവിന്റെ സ്ഥാനചലനത്തിന്റെ ദിശ മുകളിലേക്ക് ആയിരിക്കും, അതേസമയം ഗുരുത്വാകർഷണബലത്തിന്റെയോ ഭാരത്തിന്റെയോ (w) ദിശ താഴേക്കാണ്. വസ്തുവിന്റെ സ്ഥാനചലനത്തിന്റെ ദിശ ഗുരുത്വാകർഷണബലത്തിന്റെ ദിശയ്ക്ക് വിപരീതമാണ്, അതിനാൽ ഗുരുത്വാകർഷണബലം നെഗറ്റീവ് പ്രവർത്തനം നടത്തുന്നു.
W 1 = F s = wh (cos 180) = wh (-1) = – wh = – mgh
ഒരു വസ്തു അതിന്റെ യഥാർത്ഥ സ്ഥാനത്തേക്ക് താഴേക്ക് നീങ്ങുമ്പോൾ, വസ്തുവിന്റെ സ്ഥാനചലനത്തിന്റെ ദിശ താഴേക്കും ഗുരുത്വാകർഷണബലത്തിന്റെ ദിശ താഴേക്കും ആയിരിക്കും. വസ്തുവിന്റെ സ്ഥാനചലനത്തിന്റെ ദിശ ഗുരുത്വാകർഷണബലത്തിന്റെ ദിശയ്ക്ക് തുല്യമാണ്, അതിനാൽ ഗുരുത്വാകർഷണബലം പോസിറ്റീവ് പ്രവർത്തനം നടത്തുന്നു.
W 2 = F s = wh (cos 0) = wh (1) = wh
ഒരു വസ്തു മുകളിലേക്കും താഴേക്കും നീങ്ങുന്ന സമയത്ത് ഗുരുത്വാകർഷണബലം നടത്തുന്ന ആകെ പ്രവൃത്തി പൂജ്യത്തിന് തുല്യമാണ്.
W ആകെ = W 1 + W 2 = – wh + wh = 0
ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു വസ്തുവിന്റെ പിണ്ഡം (m) = 1 kg, ഗുരുത്വാകർഷണ ത്വരണം (g) = 10 m/s 2 ഉം ഉയരം (h) = 1 മീറ്ററും, അപ്പോൾ W 1 = -10 ജൂൾ, W 2 = 10 ജൂൾ. ആകെ ജോലി = – 10 ജൂൾ + 10 ജൂൾ = 0
ഉദാഹരണം 2
ഒരു താഴ്‌വരയിൽ നിന്ന് ഒരു കൊടുമുടിയിലേക്ക് നീങ്ങുകയും പിന്നീട് താഴ്‌വരയിലേക്ക് തിരികെ നീങ്ങുകയും ചെയ്യുന്ന ഒരു വസ്തുവിനെ പരിഗണിക്കുക.
ഒരു വസ്തു ഒരു ചരിവ് തലത്തിൽ ചലിക്കുന്നിടത്തോളം, ഗുരുത്വാകർഷണബലത്തിന്റെ തിരശ്ചീന ഘടകം (w sin theta) മാത്രമേ വസ്തുവിൽ പ്രവർത്തിക്കൂ. ഒരു വസ്തു താഴ്‌വരയിൽ നിന്ന് ചരിവ് തലത്തിന്റെ മുകളിലേക്ക് നീങ്ങുമ്പോൾ, സ്ഥാനചലന ദിശ ഗുരുത്വാകർഷണബലത്തിന്റെ തിരശ്ചീന ഘടകത്തിന്റെ (w sin theta) ദിശയ്ക്ക് വിപരീതമായിരിക്കും, അതിനാൽ ഗുരുത്വാകർഷണബലം നെഗറ്റീവ് പ്രവർത്തനം നടത്തുന്നു.
താഴ്‌വരയിൽ നിന്ന് കൊടുമുടിയിലേക്ക് നീങ്ങുമ്പോൾ ഒരു വസ്തുവിൽ ഗുരുത്വാകർഷണബലം ചെലുത്തുന്ന പ്രവർത്തനം.
W 1 = – F s = – (w sin theta)(s) = – ws sin theta
sin theta = h/s അല്ലെങ്കിൽ h = s sin theta ആയതിനാൽ മുകളിലുള്ള സൂത്രവാക്യം ഇങ്ങനെ മാറുന്നു
W 1 = – wh = – mgh
ഒരു വസ്തു ഒരു കൊടുമുടിയിൽ നിന്ന് ഒരു താഴ്‌വരയിലേക്ക് നീങ്ങുമ്പോൾ, സ്ഥാനചലനം ഗുരുത്വാകർഷണബലത്തിന്റെ തിരശ്ചീന ഘടകത്തിന്റെ അതേ ദിശയിലായിരിക്കും, അതിനാൽ ഗുരുത്വാകർഷണബലം പോസിറ്റീവ് പ്രവർത്തനം നടത്തുന്നു.
W 2 = wh = mgh
ആകെ പരിശ്രമം
ആകെ = – mgh + mgh = 0
ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു വസ്തുവിന്റെ പിണ്ഡം (m) = 1 kg, ഗുരുത്വാകർഷണ ത്വരണം (g) = 10 m/s 2 ഉം ഉയരം (h) = 1 മീറ്ററും, അപ്പോൾ W 1 = -10 ജൂൾ, W 2 = 10 ജൂൾ. ആകെ ജോലി = – 10 ജൂൾ + 10 ജൂൾ = 0
ഉദാഹരണം 2-ൽ ഉപയോഗിച്ചിരിക്കുന്ന സൂത്രവാക്യം അനുസരിച്ച്, ഒരു വസ്തു ഒരു ചെരിഞ്ഞ തലത്തിലൂടെ s ദൂരം നീങ്ങുമ്പോൾ ഗുരുത്വാകർഷണബലം നടത്തുന്ന പ്രവൃത്തിയും, ആ വസ്തു h ദൂരം ലംബമായി നീങ്ങുമ്പോൾ ഗുരുത്വാകർഷണബലം നടത്തുന്ന പ്രവൃത്തിയും തുല്യമാണെന്ന് നിഗമനം ചെയ്യാം.
അതിനാൽ ഗുരുത്വാകർഷണബലം ചെയ്യുന്ന ജോലി സഞ്ചരിച്ച പാതയെ ആശ്രയിച്ചല്ല, മറിച്ച് ഉയരത്തിലെ മാറ്റത്തെ മാത്രമാണ് ആശ്രയിക്കുന്നത്. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, ഗുരുത്വാകർഷണബലം ചെയ്യുന്ന ജോലി പ്രാരംഭ, അന്തിമ സ്ഥാനങ്ങളെ മാത്രമേ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നുള്ളൂ.
ഈ രണ്ട് ഉദാഹരണങ്ങളും കാണിക്കുന്നത് ഗുരുത്വാകർഷണബലം ഒരു യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തിയാണെന്നാണ്. രണ്ട് വ്യവസ്ഥകൾ പാലിക്കുകയാണെങ്കിൽ ഒരു ബലം ഒരു യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തിയാണ്. ഒന്നാമതായി, ഒരു വസ്തു അതിന്റെ പ്രാരംഭ സ്ഥാനത്ത് നിന്ന് മാറി അതിന്റെ പ്രാരംഭ സ്ഥാനത്തേക്ക് മടങ്ങുന്നതുവരെയുള്ള സമയത്ത് ഒരു വസ്തുവിൽ ബലം ചെയ്യുന്ന ആകെ പ്രവൃത്തി പൂജ്യത്തിന് തുല്യമാണ് (ഉദാഹരണം 1 താരതമ്യം ചെയ്യുക). രണ്ടാമതായി, ഒരു വസ്തുവിൽ ബലം ചെയ്യുന്ന ആകെ പ്രവൃത്തി വസ്തു സഞ്ചരിക്കുന്ന പാതയെ ആശ്രയിക്കുന്നില്ല, മറിച്ച് സ്ഥാനമാറ്റത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു (ഉദാഹരണം 2 താരതമ്യം ചെയ്യുക).
യാഥാസ്ഥിതിക ബലങ്ങളിൽ ഉൾപ്പെടുന്ന ചില ബലങ്ങൾ ഗുരുത്വാകർഷണബലം, വൈദ്യുതബലം, കാന്തികബലം എന്നിവയാണ്.
ഉദാഹരണം 3
കൂലോംബ് ബലവും ഗുരുത്വാകർഷണബലവും യാഥാസ്ഥിതിക ബലങ്ങളാണ്.
സെബാബ്
കൂലോംബ് ബലവും ഗുരുത്വാകർഷണ ബലവും ദൂരത്തിന്റെ വർഗ്ഗത്തിന് വിപരീത അനുപാതത്തിലാണ്.
ചർച്ച
വൈദ്യുതബലവും ഗുരുത്വാകർഷണബലവും യാഥാസ്ഥിതിക ബലങ്ങളാണ്, അവയുടെ കാന്തിമാനം ദൂരത്തിന്റെ വർഗ്ഗത്തിന് വിപരീതാനുപാതത്തിലായതുകൊണ്ടല്ല. രണ്ടും യാഥാസ്ഥിതിക ബലങ്ങളാണ്, കാരണം ഈ രണ്ട് ബലങ്ങളുടെയും സ്വാധീനത്തിൽ ഒരു ഭാരം വഹിക്കാൻ ചെയ്യുന്ന ജോലി സഞ്ചരിച്ച പാതയെയോ പാതയെയോ ആശ്രയിക്കുന്നില്ല, മറിച്ച് ലോഡിന്റെ പ്രാരംഭ, അവസാന സ്ഥാനങ്ങളെ മാത്രം ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.
ഒരു ബലം ഒരു യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തിയാണ്, അത് ഒരു വസ്തുവിൽ ചെയ്യുന്ന പ്രവൃത്തി...
(1) പ്രാരംഭ അവസ്ഥയെയും അന്തിമ അവസ്ഥയെയും മാത്രം ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു
(2) എന്നത് വസ്തുവിന്റെ പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജിയിലെ മാറ്റത്തിന് തുല്യമാണ്
(3) ചലന പാതയുടെ ആകൃതിയെ ആശ്രയിക്കുന്നില്ല
(4) സാധ്യതയുള്ള ഊർജ്ജത്തിലെ മാറ്റങ്ങളെ ആശ്രയിക്കുന്നില്ല
ചർച്ച
ഒരു ബലം ഒരു വസ്തുവിൽ ചെയ്യുന്ന പ്രവൃത്തിയെ യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തി എന്ന് വിളിക്കുന്നു.
(1) പ്രാരംഭ അവസ്ഥയെയും അന്തിമ അവസ്ഥയെയും മാത്രം ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു
(3) ചലന പാതയുടെ ആകൃതിയെ ആശ്രയിക്കുന്നില്ല
