വർക്ക്-മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജ തത്വം

വർക്ക്-മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജ തത്വം

കൃതി-ഗതികോർജ്ജ സിദ്ധാന്തം പറയുന്നത്, നെറ്റ് വർക്ക് അല്ലെങ്കിൽ നെറ്റ് ഫോഴ്‌സ് ചെയ്യുന്ന ജോലി ഗതികോർജ്ജത്തിലെ മാറ്റത്തിന് തുല്യമാണെന്ന്.

W_വല = TO_t – ടു_o = 1/2 മീ(v)_t² - വി_o²)

W_വല = യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തി, യാഥാസ്ഥിതികമല്ലാത്ത ശക്തി എന്നിങ്ങനെ രണ്ട് തരം ശക്തികളുണ്ട്. അതിനാൽ, ഒരു യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തി ചെയ്യുന്ന ജോലിയും യാഥാസ്ഥിതികമല്ലാത്ത ശക്തി ചെയ്യുന്ന ജോലിയും ചേർന്നതാണ് നെറ്റ് വർക്ക് എന്ന് കണക്കാക്കാം.

W_c + പ_nc = Δകെഇ

ഒരു യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തി ചെയ്യുന്ന പ്രവർത്തനം പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജിയിലെ നെഗറ്റീവ് മാറ്റത്തിന് തുല്യമാണ്:

W_c= -Δപിഇ

– ΔPE + പ_nc = Δകെഇ

W_nc = ΔPE + ΔKE

Wnc = ΔME

മുകളിലുള്ള സമവാക്യം പറയുന്നത് ഒരു യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തി ഒരു വസ്തുവിൽ ചെയ്യുന്ന പ്രവർത്തനം ആ വസ്തുവിന്റെ മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജത്തിലെ മാറ്റത്തിന് തുല്യമാണ് എന്നാണ്. മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജം = പൊട്ടൻഷ്യൽ ഊർജ്ജം + ഗതികോർജ്ജം. പൊട്ടൻഷ്യൽ ഊർജ്ജം ഗുരുത്വാകർഷണ പൊട്ടൻഷ്യൽ ഊർജ്ജത്തിന്റെയോ ഇലാസ്റ്റിക് പൊട്ടൻഷ്യൽ ഊർജ്ജത്തിന്റെയോ രൂപമെടുക്കാം.

ഉദാഹരണ ചോദ്യം: വർക്ക്-മെക്കാനിക്കൽ എനർജി സിദ്ധാന്തം

2 കിലോഗ്രാം ഭാരമുള്ള ഒരു പെട്ടി തുടക്കത്തിൽ 10 മീ/സെക്കൻഡ് വേഗതയിൽ നീങ്ങുന്നു. കുറച്ചു കഴിഞ്ഞപ്പോൾ പെട്ടി നിലച്ചു. പെട്ടിക്കും തറയ്ക്കും ഇടയിലുള്ള ഗതികോർജ്ജ ഘർഷണ ഗുണകം 0.2 ആണ്. ഗുരുത്വാകർഷണ ത്വരണം 10 മീ/സെക്കൻഡ് ആണ്.². പെട്ടിയുടെ സ്ഥാനചലനം എത്രയാണ്?

ചർച്ച:

തിരിച്ചറിഞ്ഞത്: m = 2 kg, v_o = 10 മീ/സെ, vt = 0, k = 0.2, w = mg = (1 കിലോ)(10 മീ/സെ²) = 10 കി.ഗ്രാം മീ/സെ² = 10 ന്യൂട്ടണുകൾ,

ചോദിച്ചു: പെട്ടിയുടെ സ്ഥാനചലനത്തിന്റെ (സ്ഥാനചലനങ്ങളുടെ) അളവ്

പ്രവൃത്തി-മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജ സിദ്ധാന്തം:

W_nc = ΔME

W_nc = ΔPE + ΔKE

ഉയരം (h) സ്ഥിരമായി തുടരുന്നു അല്ലെങ്കിൽ ഉയരത്തിൽ മാറ്റമില്ല, അതിനാൽ ഗുരുത്വാകർഷണ സാധ്യതോർജ്ജത്തിൽ മാറ്റമില്ല.

Wnc = ΔKE

ഗതികോർജ്ജ ഘർഷണബലം ചെയ്യുന്ന പ്രവൃത്തി:

W_nc = – എഫ്_k s = μ_k N -s = μ_k w -s = μk mg -s

W_nc = – (0.2)(2)(10)(കൾ) = – (4)(കൾ)

ഗതികോർജ്ജ ബലം നെഗറ്റീവ് പ്രവർത്തനം നടത്തുന്നു (വസ്തുവിന്റെ സ്ഥാനചലനത്തിന് വിപരീത ദിശയിലാണ് ഗതികോർജ്ജ ബലം)

ഗതികോർജ്ജത്തിലെ മാറ്റം:

ΔKE = 1/2 മീ (v_t² - വി_o²) = 1/2 (2)(0² - 10²) = (0 – 100) = – 100

വസ്തുവിന്റെ സ്ഥാനചലനം:

W_nc = Δകെഇ

– (4)(കൾ) = – 100

സെ = – 100 / – 4 = 25 മീറ്റർ

ജോലി-മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജ തത്വത്തെക്കുറിച്ചുള്ള 20 ആശയപരമായ ചോദ്യങ്ങളും ഉത്തരങ്ങളും:

1. ചോദ്യം: പ്രവൃത്തി-യാന്ത്രിക ഊർജ്ജ തത്വം എന്താണ്? ഉത്തരം: ഒരു വസ്തുവിൽ ചെയ്യുന്ന ജോലി അതിന്റെ യാന്ത്രികോർജത്തിലെ മാറ്റത്തിന് തുല്യമാണെന്ന് പ്രവൃത്തി-യാന്ത്രികോർജ തത്വം പറയുന്നു.

2. ചോദ്യം: ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിൽ ജോലിയെ എങ്ങനെയാണ് നിർവചിക്കുന്നത്? ഉത്തരം: ഒരു വസ്തുവിൽ പ്രയോഗിക്കുന്ന ബലത്തിന്റെയും ബലത്തിന്റെ ദിശയിൽ അത് സഞ്ചരിക്കുന്ന ദൂരത്തിന്റെയും ഗുണനഫലമായാണ് പ്രവൃത്തിയെ നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നത്.

3. ചോദ്യം: മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജം എന്താണ്? ഉത്തരം: ഒരു വസ്തുവിന്റെ ഗതികോർജ്ജവും സാധ്യതോർജ്ജവും ചേർന്നതാണ് മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജം.

4. ചോദ്യം: യാഥാസ്ഥിതികമല്ലാത്ത ശക്തികളുടെ അഭാവത്തിൽ, ഒരു അടഞ്ഞ സിസ്റ്റത്തിന്റെ മൊത്തം മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജത്തെക്കുറിച്ച് എന്ത് പറയാൻ കഴിയും? ഉത്തരം: മൊത്തം മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജം സ്ഥിരമായി തുടരുന്നു.

5. ചോദ്യം: ഒരു യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തിയുടെ ഒരു ഉദാഹരണം നൽകുക. ഉത്തരം: ഗുരുത്വാകർഷണബലം ഒരു യാഥാസ്ഥിതിക ബലത്തിന്റെ ഉദാഹരണമാണ്.

6. ചോദ്യം: പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജി ഗതികോർജ്ജത്തിൽ നിന്ന് എങ്ങനെ വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു? ഉത്തരം: നിലത്തിന് മുകളിലുള്ള ഉയരം പോലെ സ്ഥാനം മൂലമുണ്ടാകുന്ന ഊർജ്ജമാണ് പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജി, അതേസമയം ചലനം മൂലമുണ്ടാകുന്ന ഗതികോർജ്ജം.

7. ചോദ്യം: ഒരു യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തി ചെയ്യുന്ന ജോലി പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജിയുമായി എങ്ങനെ ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു? ഉത്തരം: ഒരു യാഥാസ്ഥിതിക ശക്തി ചെയ്യുന്ന പ്രവർത്തനം പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജിയിലെ നെഗറ്റീവ് മാറ്റത്തിന് തുല്യമാണ്.

9. ചോദ്യം: സ്വതന്ത്രമായി വീഴുന്ന ഒരു വസ്തുവിൽ പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജിയെ ഗതികോർജ്ജമാക്കി മാറ്റുന്നതിനെ വർക്ക്-മെക്കാനിക്കൽ എനർജി തത്വം എങ്ങനെ വിശദീകരിക്കുന്നു? ഉത്തരം: ഒരു വസ്തു വീഴുമ്പോൾ, അതിന്റെ സ്ഥിതികോർജ്ജം കുറയുകയും അതിന്റെ ഗതികോർജ്ജം തുല്യമായ അളവിൽ വർദ്ധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് മൊത്തം മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജത്തെ സ്ഥിരമായി നിലനിർത്തുന്നു.

10. ചോദ്യം: ഘർഷണം പോലുള്ള യാഥാസ്ഥിതികമല്ലാത്ത ശക്തികൾ ഒരു സിസ്റ്റത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ അതിന്റെ മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജത്തിന് എന്ത് സംഭവിക്കും? ഉത്തരം: യാഥാസ്ഥിതികമല്ലാത്ത ശക്തികൾ ഊർജ്ജത്തെ, പലപ്പോഴും താപത്തിന്റെ രൂപത്തിൽ, വ്യാപിപ്പിക്കുന്നതിനാൽ യാന്ത്രിക ഊർജ്ജം കുറയുന്നു.

11. ചോദ്യം: ഒരു സിസ്റ്റത്തിന്റെ മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജം വർദ്ധിക്കുമോ? ഉത്തരം: അതെ, സിസ്റ്റത്തിൽ ബാഹ്യ ജോലി ചെയ്യുമ്പോൾ.

12. ചോദ്യം: ജോലി എന്ന ആശയം ഊർജ്ജവുമായി എങ്ങനെ ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു? ഉത്തരം: ഒരു സിസ്റ്റത്തിൽ ഊർജ്ജം കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നതിനോ രൂപാന്തരപ്പെടുന്നതിനോ ഉള്ള മാർഗമാണ് ജോലി.

13. ചോദ്യം: ഒരു വസ്തു സ്ഥിരമായ പ്രവേഗത്തിൽ ചലിക്കുകയാണെങ്കിൽ, അതിൽ ചെയ്യുന്ന മൊത്തം പ്രവർത്തനത്തെക്കുറിച്ച് എന്ത് പറയാൻ കഴിയും? ഉത്തരം: ത്വരണം സംഭവിക്കാത്തതിനാൽ അതിൽ ചെയ്യുന്ന മൊത്തം പ്രവർത്തനം പൂജ്യമാണ്.

15. ചോദ്യം: കംപ്രസ് ചെയ്ത സ്പ്രിംഗിന് പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജി ഉള്ളത് എന്തുകൊണ്ട്? ഉത്തരം: ഒരു സ്പ്രിംഗ് കംപ്രസ് ചെയ്യുമ്പോൾ, അതിൽ ജോലി ചെയ്യുന്നു, അത് പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജിയായി സംഭരിക്കപ്പെടുന്നു. സ്പ്രിംഗ് വിടുമ്പോൾ ഈ എനർജി പുറത്തുവരാം.

16. ചോദ്യം: പ്രവൃത്തി-ഊർജ്ജ സിദ്ധാന്തം എന്താണ്? ഉത്തരം: ഒരു വസ്തുവിൽ ചെയ്യുന്ന ജോലി അതിന്റെ ഗതികോർജ്ജത്തിലെ മാറ്റത്തിന് തുല്യമാണെന്ന് പ്രവൃത്തി-ഊർജ്ജ സിദ്ധാന്തം പറയുന്നു.

17. ചോദ്യം: ശക്തി ജോലിയുമായി എങ്ങനെ ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു? ഉത്തരം: ജോലി പൂർത്തിയാകുന്നതോ ഊർജ്ജം കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നതോ ആയ നിരക്കാണ് പവർ. ഇത് കണക്കാക്കുന്നത് $P=W/t$എവിടെ $W$ ജോലിയാണ് കൂടാതെ $t$ സമയമാണ്.

18. ചോദ്യം: ജോലിക്ക് നെഗറ്റീവ് മൂല്യം ഉണ്ടാകുമോ? ഉത്തരം: അതെ, ബലവും ചലന ദിശയും വിപരീതമാകുമ്പോൾ പ്രവൃത്തി നെഗറ്റീവാണ്.

19. ചോദ്യം: ബലത്തിനും ചലന ദിശയ്ക്കും ഇടയിലുള്ള കോൺ 90 ഡിഗ്രി ആണെങ്കിൽ, എന്ത് ജോലിയാണ് ചെയ്യുന്നത്? ഉത്തരം: ചലനത്തിന്റെ ദിശയിൽ ബലത്തിന് ഒരു ഘടകവുമില്ലാത്തതിനാൽ ചെയ്ത പ്രവൃത്തി പൂജ്യമാണ്.

20. ചോദ്യം: ഒരു ലിവർ പോലുള്ള ഒരു ലളിതമായ യന്ത്രം എങ്ങനെയാണ് ജോലി എളുപ്പമാക്കുന്നത്? ഉത്തരം: ഒരു ലിവർ ചെയ്ത മൊത്തം ജോലിയെ മാറ്റില്ല, പക്ഷേ ബലം പ്രയോഗിക്കുന്ന രീതിയെ മാറ്റുന്നു, ഇത് ജോലി കൂടുതൽ കൈകാര്യം ചെയ്യാവുന്നതോ കാര്യക്ഷമമോ ആക്കുന്നു.

ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിൽ ജോലി എന്ന ആശയവും മെക്കാനിക്കൽ ഊർജ്ജ തത്വവും അടിസ്ഥാനപരമാണ്, കൂടാതെ വിവിധ സംവിധാനങ്ങളിൽ ഊർജ്ജം എങ്ങനെ കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നുവെന്നും രൂപാന്തരപ്പെടുന്നുവെന്നും മനസ്സിലാക്കാൻ ഇത് അടിസ്ഥാനപരമായ ഒരു ധാരണ നൽകുന്നു.