യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തിയും യാഥാസ്ഥിതികമല്ലാത്ത ശക്തിയും

യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തിയും യാഥാസ്ഥിതികമല്ലാത്ത ശക്തിയും

1. യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തി

1.1 ഭാരം (ആഴ്ച)

ഒരു വസ്തു ലംബമായി മുകളിലേക്ക് നീങ്ങുകയും പിന്നീട് പരമാവധി ഉയരത്തിൽ എത്തുകയും തുടർന്ന് അതിന്റെ പ്രാരംഭ സ്ഥാനത്തേക്ക് താഴേക്ക് നീങ്ങുകയും ചെയ്യുന്നത് നിരീക്ഷിക്കുക. h ലംബമായി മുകളിലേക്ക് നീങ്ങുമ്പോൾ, ഭാരം സ്ഥാനചലനത്തിന് വിപരീത ദിശയിലാണ്. അങ്ങനെ, ഭാരം വസ്തുവിൽ നെഗറ്റീവ് പ്രവർത്തനം നടത്തുന്നു. 

W = wh (cos 180 ^o ) = – wh = – mgh

പരമാവധി ഉയരത്തിലെത്തിയ ശേഷം, വസ്തു അതിന്റെ പ്രാരംഭ സ്ഥാനത്തേക്ക് h കൊണ്ട് താഴേക്ക് നീങ്ങുന്നു. താഴേക്ക് നീങ്ങുമ്പോൾ, ഭാരം സ്ഥാനചലനത്തിന്റെ അതേ ദിശയിലായിരിക്കും. സ്ഥാനചലനത്തിന്റെ അതേ ദിശയിലായതിനാൽ, ഭാരം പോസിറ്റീവ് പ്രവർത്തനം നടത്തുന്നു.

W = wh (cos 0 ^o ) = wh = mgh

വസ്തുവിന്റെ പിണ്ഡം (m), ഗുരുത്വാകർഷണ ത്വരണം (g), ഉയരം (h) എന്നിവ ഒന്നുതന്നെയാണ്, അതിനാൽ വസ്തു ലംബമായി മുകളിലേക്ക് നീങ്ങാൻ തുടങ്ങുന്നതിനാൽ ഭാരം കൊണ്ടാണ് ജോലി ചെയ്യുന്നത്, അത് പൂജ്യമാണ്.

പ = എംജിഎച്ച് – എംജിഎച്ച് = 0

1.2 സ്പ്രിംഗ് ഫോഴ്സ്

തിരശ്ചീന സ്ഥാനത്ത് സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു സ്പ്രിംഗ് നിരീക്ഷിക്കുക. സ്പ്രിംഗിന്റെ വലത് അറ്റം ഇടതുവശത്തേക്ക് തള്ളുകയോ കംപ്രസ് ചെയ്യുകയോ ചെയ്താൽ, സ്പ്രിംഗ് വലതുവശത്തേക്ക് ഒരു ത്രസ്റ്റ് ഫോഴ്‌സ് പ്രയോഗിക്കുന്നു. ഒരു സ്പ്രിംഗ് കംപ്രസ് ചെയ്തുകൊണ്ട് നിങ്ങൾക്ക് ഇത് തെളിയിക്കാൻ കഴിയും. ഉദാഹരണത്തിന്, വലത് അറ്റത്ത് ഒരു വസ്തു വയ്ക്കുക, തുടർന്ന് വസ്തുവിനെ ഇടതുവശത്തേക്ക് അമർത്തുക. സ്പ്രിംഗ് Δx വ്യതിചലിച്ച ശേഷം, വസ്തുവിൽ നിന്നും സ്പ്രിംഗിൽ നിന്നും നിങ്ങളുടെ കൈ നീക്കം ചെയ്യുക. കൈ ഇനി സ്പ്രിംഗുമായി സമ്പർക്കത്തിലാകാത്തപ്പോൾ, സ്പ്രിംഗ് വസ്തുവിനെ വലതുവശത്തേക്ക് തിരികെ തള്ളും.

വസ്തു ഇടതുവശത്തേക്ക് നീങ്ങുമ്പോൾ, അതിന്റെ ചലനത്തിന്റെയും സ്ഥാനചലനത്തിന്റെയും ദിശ സ്പ്രിംഗിന്റെ ബലത്തിന്റെ ദിശയ്ക്ക് വിപരീതമായിരിക്കും. ദിശകൾ പരസ്പരം വിപരീതമായതിനാൽ, സ്പ്രിംഗിന്റെ ബലം നെഗറ്റീവ് പ്രവർത്തനം ചെയ്യുന്നു.

W = – ½ k (Δx) ²

വസ്തു വലതുവശത്തേക്ക് നീങ്ങുമ്പോൾ, അതിന്റെ ചലനത്തിന്റെയും സ്ഥാനചലനത്തിന്റെയും ദിശ സ്പ്രിംഗിന്റെ ബലത്തിന് തുല്യമായിരിക്കും. ദിശകൾ ഒന്നുതന്നെയായതിനാൽ, സ്പ്രിംഗിന്റെ ബലം പോസിറ്റീവ് പ്രവർത്തനം നടത്തുന്നു.

W = ½ k (Δx) ²

ഉപയോഗിച്ച സ്പ്രിംഗ് ഒന്നുതന്നെയാണ്, അതിനാൽ സ്പ്രിംഗിന്റെ സ്ഥിരാങ്കം (k) ഒന്നുതന്നെയാണ്. സ്പ്രിംഗ് വ്യതിയാനവും (Δx) ഒന്നുതന്നെയാണ്.

അങ്ങനെ, വസ്തു Δx കൊണ്ട് ഇടത്തേക്ക് നീങ്ങാൻ തുടങ്ങുകയും പിന്നീട് Δx കൊണ്ട് വലത്തേക്ക് തിരികെ നീങ്ങുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ ഭാരം കൊണ്ടാണ് ജോലി ചെയ്യുന്നത്. പൂജ്യം.

W = ½ k (Δx) ² - ½ k (Δx) ² = 0

ഒരു വസ്തു അതിന്റെ പ്രാരംഭ സ്ഥാനത്ത് നിന്ന് നീങ്ങാൻ തുടങ്ങുന്നതിനാൽ ഭാരം, സ്പ്രിംഗ് ഫോഴ്‌സ് എന്നിവ ഉപയോഗിച്ചാണ് പ്രവൃത്തി ചെയ്യുന്നത്. ഒരു വസ്തു അതിന്റെ പ്രാരംഭ സ്ഥാനത്ത് നിന്ന് നീങ്ങുന്നതിനാൽ പൂജ്യത്തിന് തുല്യമാണ്, തിരികെ മടങ്ങുന്ന സമയത്ത് പൂജ്യത്തിന് തുല്യമാണ് പ്രവൃത്തി എങ്കിൽ, ആ ബലത്തെ യാഥാസ്ഥിതിക ബലം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. അതിനാൽ, സ്പ്രിംഗ് ഫോഴ്‌സും ഭാരവും യാഥാസ്ഥിതിക ബലങ്ങളുടെ ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.

2. യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തിയല്ലാത്തവർ

വലതുവശത്തേക്ക് തള്ളപ്പെടുകയും പിന്നീട് ഇടതുവശത്തേക്ക് തള്ളപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്ന ഒരു വസ്തുവിനെ നിരീക്ഷിക്കുക. വസ്തു വലതുവശത്തേക്ക് നീങ്ങുമ്പോഴോ സ്ഥാനഭ്രംശം സംഭവിക്കുമ്പോഴോ, വസ്തുവിന്റെ സ്ഥാനഭ്രംശത്തിന്റെ ദിശ ത്രസ്റ്റ് ഫോഴ്‌സിന്റെ (F) ദിശയ്ക്ക് തുല്യവും ഗതികോർജ്ജ ഘർഷണ ബലത്തിന്റെ (f _k ) ദിശയ്ക്ക് വിപരീതവുമാണ്. സ്ഥാനഭ്രംശത്തിന്റെ അതേ ദിശയിലായതിനാൽ, ത്രസ്റ്റ് ഫോഴ്‌സ് വസ്തുവിൽ പോസിറ്റീവ് പ്രവർത്തനം നടത്തുന്നു.

പ = എഫ് സെ

നേരെമറിച്ച്, ഗതികോർജ്ജ ഘർഷണബലം വസ്തുവിൽ നെഗറ്റീവ് പ്രവർത്തനം നടത്തുന്നു.

W = – f _കെ എസ്

ഒരു വസ്തു അതിന്റെ പ്രാരംഭ സ്ഥാനത്ത് നിന്ന് നീങ്ങാൻ തുടങ്ങുമ്പോൾ, അത് തിരികെ നീങ്ങുന്നതുവരെ വസ്തുവിലെ അമർത്തൽ ബലവും ഘർഷണ ബലവും ഉപയോഗിച്ചാണ് ജോലി ചെയ്തത്:

പ = 2 എഫ് സെ

W = -2 f _k s

ഒരു വസ്തു അതിന്റെ പ്രാരംഭ സ്ഥാനത്ത് നിന്ന് നീങ്ങാൻ തുടങ്ങുന്നതിനാൽ, അത് തിരികെ വരുന്നതുവരെ പൂജ്യത്തിന് തുല്യമല്ലെങ്കിൽ, ത്രസ്റ്റ് ഫോഴ്‌സും ഗതികോർജ്ജവും ഉപയോഗിച്ചാണ് പ്രവർത്തനം നടത്തുന്നത്. ഒരു വസ്തു അതിന്റെ പ്രാരംഭ സ്ഥാനത്ത് നിന്ന് നീങ്ങാൻ തുടങ്ങിയതിനുശേഷം അത് തിരികെ വരുന്നതുവരെ ഒരു ബലം ചെയ്യുന്ന പ്രവൃത്തി പൂജ്യത്തിന് തുല്യമല്ലെങ്കിൽ, ആ ബലത്തെ നോൺ-കൺസർവേറ്റീവ് ഫോഴ്‌സ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു. അതിനാൽ, ത്രസ്റ്റ് ഫോഴ്‌സും ഗതികോർജ്ജവും നോൺ-കൺസർവേറ്റീവ് ഫോഴ്‌സുകളുടെ ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.

1. യാഥാസ്ഥിതിക ബലം എന്താണ്? ഒരു വസ്തുവിനെ രണ്ട് ബിന്ദുക്കൾക്കിടയിൽ ചലിപ്പിക്കുമ്പോൾ ചെയ്യുന്ന പ്രവൃത്തി, സ്വീകരിച്ച പാതയിൽ നിന്ന് സ്വതന്ത്രമായി നിലനിൽക്കുന്ന ബലമാണ് യാഥാസ്ഥിതിക ബലം. ഗുരുത്വാകർഷണ, ഇലക്ട്രോസ്റ്റാറ്റിക് ബലങ്ങൾ യാഥാസ്ഥിതിക ബലങ്ങളുടെ ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.

2. ഒരു യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തി ചെയ്യുന്ന ജോലി പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജിയുമായി എങ്ങനെ ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു? ഒരു യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തി ചെയ്യുന്ന ജോലി A പോയിന്റിൽ നിന്ന് B പോയിന്റിലേക്ക് നീങ്ങുന്ന ഒരു വസ്തുവിൽ ചെയ്യുന്ന ജോലി ആ രണ്ട് പോയിന്റുകൾക്കിടയിലുള്ള പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജിയിലെ (∆U) നെഗറ്റീവ് മാറ്റത്തിന് തുല്യമാണ്: $W=-∆U$ ഇതിനർത്ഥം ഒരു വസ്തു പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജി നേടിയാൽ, യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തി ചെയ്യുന്ന ജോലി നെഗറ്റീവാണെന്നും തിരിച്ചും.

3. യാഥാസ്ഥിതികമല്ലാത്ത ശക്തി എന്താണ്? ഒരു വസ്തുവിനെ രണ്ട് ബിന്ദുക്കൾക്കിടയിൽ ചലിപ്പിക്കുമ്പോൾ ചെയ്യുന്ന പ്രവൃത്തി അത് സഞ്ചരിക്കുന്ന പാതയെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്ന ബലമാണ് യാഥാസ്ഥിതികമല്ലാത്ത ശക്തി. ഘർഷണവും വായു പ്രതിരോധവും യാഥാസ്ഥിതികമല്ലാത്ത ശക്തികളുടെ സാധാരണ ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.

4. ഒരു യാഥാസ്ഥിതികമല്ലാത്ത ശക്തി ഒരു സിസ്റ്റത്തിന്റെ മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജത്തെ എങ്ങനെ ബാധിക്കുന്നു? ഒരു യാഥാസ്ഥിതികമല്ലാത്ത ശക്തിക്ക് ഒരു സിസ്റ്റത്തിന്റെ മൊത്തം മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജത്തെ (ഗതികോർജ്ജത്തിന്റെയും സാധ്യതോർജ്ജത്തിന്റെയും ആകെത്തുക) മാറ്റാൻ കഴിയും. കാരണം, ഒരു യാഥാസ്ഥിതികമല്ലാത്ത ശക്തി ചെയ്യുന്ന പ്രവർത്തനം പൊട്ടൻഷ്യൽ ഊർജ്ജമായി സംഭരിക്കപ്പെടുന്നില്ല, മറിച്ച് സാധാരണയായി താപം പോലുള്ള മറ്റ് ഊർജ്ജ രൂപങ്ങളായി പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുന്നു.

5. ഒരു ക്ലോസ്ഡ്-ലൂപ്പ് പാത്ത് ഉപയോഗിച്ച് ഒരു ബലം യാഥാസ്ഥിതികമാണോ അതോ യാഥാസ്ഥിതികമല്ലാത്തതാണോ എന്ന് എങ്ങനെ നിർണ്ണയിക്കും? ഒരു യാഥാസ്ഥിതിക ബലത്തിന്, ഒരു വസ്തു പൂർണ്ണമായ ക്ലോസ്ഡ്-ലൂപ്പ് പാതയിലൂടെ സഞ്ചരിച്ചതിന് ശേഷം അതിൽ ചെയ്യുന്ന നെറ്റ് വർക്ക് പൂജ്യമാണ്. ഒരു ക്ലോസ്ഡ് ലൂപ്പിൽ ചെയ്യുന്ന നെറ്റ് വർക്ക് പൂജ്യമല്ലെങ്കിൽ, ബലം യാഥാസ്ഥിതികമല്ലാത്തതായിരിക്കും.

6. ഒരു ബലം യാഥാസ്ഥിതികമാണോ എന്ന് നിർണ്ണയിക്കുന്നതിൽ ഒരു ബലമണ്ഡലത്തിന്റെ വളവ് എന്ത് പങ്കാണ് വഹിക്കുന്നത്? ഒരു ബലമണ്ഡലത്തിന്റെ വളവ് ബഹിരാകാശത്ത് എല്ലായിടത്തും പൂജ്യമാണെങ്കിൽ, ബലം യാഥാസ്ഥിതികമാണ്. ചുരുൾ പൂജ്യമല്ലെങ്കിൽ, ബലം യാഥാസ്ഥിതികമല്ല.

7. ഗുരുത്വാകർഷണ പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജി യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തികളുമായി എങ്ങനെ ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു? ഗുരുത്വാകർഷണ ബലത്തിന്റെ യാഥാസ്ഥിതിക സ്വഭാവം മൂലമാണ് ഗുരുത്വാകർഷണ പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജി ഉണ്ടാകുന്നത്. ഒരു ഗുരുത്വാകർഷണ മണ്ഡലത്തിലെ ഉയരം വർദ്ധിക്കുന്നത് ഗുരുത്വാകർഷണ പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജിയിൽ വർദ്ധനവിന് കാരണമാകുന്നു, അതേസമയം ഗുരുത്വാകർഷണ ബലം ചെയ്യുന്ന പ്രവർത്തനം നെഗറ്റീവ് ആണ്, അതായത് ഒരു വസ്തു ഭൂമിയോട് അടുക്കുമ്പോൾ പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജിയിൽ കുറവുണ്ടാകുന്നു.

8. മറ്റ് യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തികളെപ്പോലെ ഘർഷണത്തിന് ഒരു അനുബന്ധ പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജി ഇല്ലാത്തത് എന്തുകൊണ്ട്? ഘർഷണം ഒരു യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തിയല്ല; അതിനാൽ, ഘർഷണം വഴി ചെയ്യുന്ന പ്രവർത്തനം പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജിയായി സംഭരിക്കപ്പെടുന്നില്ല. പകരം, ഇത് പലപ്പോഴും താപം പോലുള്ള മറ്റ് രൂപങ്ങളിലേക്ക് രൂപാന്തരപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ മെക്കാനിക്കൽ എനർജിയായി പൂർണ്ണമായും വീണ്ടെടുക്കാൻ കഴിയില്ല.

9. ഒരു വസ്തു ഒരു ചരിവ് തലം താഴേക്ക് തെന്നിമാറുന്ന സാഹചര്യത്തിൽ, യാഥാസ്ഥിതിക, യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തികൾ എങ്ങനെ ഒരു പങ്കു വഹിക്കുന്നു? ഒരു വസ്തു ഒരു ചാരിവ് തലം താഴേക്ക് തെന്നിമാറുമ്പോൾ, ഗുരുത്വാകർഷണബലം, ഒരു യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തി, വസ്തുവിൽ പ്രവർത്തിക്കുകയും അതിന്റെ പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജിയെ ഗതികോർജ്ജമാക്കി മാറ്റുകയും ചെയ്യുന്നു. വസ്തുവിനും ചെരിവ് തലത്തിനും ഇടയിൽ ഘർഷണം ഉണ്ടെങ്കിൽ (ഒരു യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തി), അത് ചലനത്തെ എതിർക്കുകയും വസ്തുവിന്റെ ഗതികോർജ്ജം കുറയ്ക്കുകയും അതിൽ ചിലത് താപമാക്കി മാറ്റുകയും ചെയ്യും.

10. യാഥാസ്ഥിതികമല്ലാത്ത ശക്തികൾ പ്രവർത്തിച്ചാലും ഒരു സിസ്റ്റത്തിന്റെ മൊത്തം ഊർജ്ജം സംരക്ഷിക്കാൻ കഴിയുമോ? അതെ, ഒരു സിസ്റ്റത്തിന്റെ മൊത്തം ഊർജ്ജം (മെക്കാനിക്കൽ, താപം തുടങ്ങിയ എല്ലാത്തരം ഊർജ്ജരൂപങ്ങളും ഉൾപ്പെടെ) ഊർജ്ജ സംരക്ഷണ നിയമം അനുസരിച്ച് സംരക്ഷിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, യാഥാസ്ഥിതികമല്ലാത്ത ശക്തികൾ പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ, മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജം (ഗതികോർജ്ജത്തിന്റെയും സാധ്യതയുള്ള ഊർജ്ജത്തിന്റെയും ആകെത്തുക) സംരക്ഷിക്കപ്പെട്ടേക്കില്ല, കാരണം അതിൽ ചിലത് താപം അല്ലെങ്കിൽ ശബ്ദം പോലുള്ള മറ്റ് ഊർജ്ജരൂപങ്ങളിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുന്നു.