ගතානුගතික බලවේගය සහ ගතානුගතික නොවන බලවේගය
1. ගතානුගතික බලවේගය
1.1 බර (w)
උපරිම උසකට ළඟා වන තෙක් සිරස් අතට ඉහළට චලනය වන වස්තුවක් නිරීක්ෂණය කර එහි ආරම්භක ස්ථානයට පහළට ගමන් කරන්න. h කින් සිරස් අතට ඉහළට ගමන් කරන විට, බර විස්ථාපනයේ සිට දිශාවට ප්රතිවිරුද්ධ වේ. මේ අනුව, බර වස්තුව මත සෘණ කාර්යයක් සිදු කරයි.
W = wh (cos 180 o ) = – wh = – mgh
උපරිම උසකට ළඟා වූ පසු, වස්තුව එහි ආරම්භක ස්ථානය දෙසට h කින් පහළට ගමන් කරයි. පහළට ගමන් කරන විට, බර විස්ථාපනයේ දිශාවටම වේ. එය විස්ථාපනයේ දිශාවටම ඇති බැවින්, බර ධනාත්මක කාර්යයක් කරයි.
W = wh (cos 0 o ) = wh = mgh
වස්තුවේ ස්කන්ධය (m), ගුරුත්වාකර්ෂණ ත්වරණය (g) සහ උස (h) සමාන වේ, එබැවින් වස්තුව සිරස් අතට ඉහළට ගමන් කිරීමට පටන් ගෙන එහි ආරම්භක ස්ථානයට ශුන්ය වන තෙක් නැවත පැමිණෙන බැවින් බර මගින් කාර්යය සිදු කෙරේ.
ඩබ්ලිව් = එම්ජීඑච් – එම්ජීඑච් = 0
1.2 වසන්ත බලකාය
තිරස් ස්ථානයක තබා ඇති දඟරයක් නිරීක්ෂණය කරන්න. දඟරයේ දකුණු කෙළවර වමට තල්ලු කළහොත් හෝ සම්පීඩනය කළහොත්, දඟරය දකුණට තෙරපුම් බලයක් යොදයි. දඟරයක් සම්පීඩනය කිරීමෙන් ඔබට මෙය ඔප්පු කළ හැකිය. උදාහරණයක් ලෙස, වස්තුවක් දකුණු කෙළවරේ තබා, පසුව වස්තුව වමට ඔබන්න. දඟරය Δx කින් අපගමනය වූ පසු, ඔබේ අත වස්තුවෙන් සහ දඟරයෙන් ඉවත් කරන්න. අත තවදුරටත් දඟරය සමඟ ස්පර්ශ නොවන විට, දඟරය වස්තුව දකුණට තල්ලු කරයි.
වස්තුව වමට චලනය වන විට, එහි චලනයේ සහ විස්ථාපනයේ දිශාව දුනු බලයේ දිශාවට ප්රතිවිරුද්ධ වේ. දිශාවන් එකිනෙකට ප්රතිවිරුද්ධ බැවින්, දුනු බලය ඍණාත්මක කාර්යයක් සිදු කරයි.
W = – ½ k (Δx) 2
වස්තුව දකුණට චලනය වන විට, එහි චලනයේ සහ විස්ථාපනයේ දිශාව දඟරයේ බලයට සමාන වේ. දිශාවන් සමාන බැවින්, දඟරයේ බලය ධනාත්මක කාර්යයක් සිදු කරයි.
W = ½ k (Δx) 2
භාවිතා කරන ලද දඟරය එකම වේ, එබැවින් දඟරයේ නියතය (k) එකම වේ. දඟර අපගමනය (Δx) ද එකම වේ.
මේ අනුව, වස්තුව Δx මගින් වමට චලනය වීමට පටන් ගෙන Δx මගින් දකුණට ආපසු ගමන් කරන විට බර අනුව කාර්යය සිදු කෙරේ. එය ශුන්ය වේ.
W = ½ k (Δx) 2 - ½ k (Δx) 2 = 0
වස්තුව එහි ආරම්භක ස්ථානයේ සිට නැවත පැමිණෙන තෙක් චලනය වීමට පටන් ගන්නා බැවින් බර සහ දඟර බලය මගින් කාර්යය සිදු කරනු ලැබේ. කාර්යය සිදු කරනු ලැබුවේ බලයක් මගින් නම්, එය එහි ආරම්භක ස්ථානයේ සිට නැවත පැමිණෙන තෙක් චලනය වන බැවින් ශුන්යයට සමාන වේ නම්, එම බලය කොන්සර්වේටිව් බලය ලෙස හැඳින්වේ. එබැවින්, දඟර බලය සහ බර කොන්සර්වේටිව් බල සඳහා උදාහරණ වේ.
2. ගතානුගතික නොවන බලවේගය
දකුණට තල්ලු කර නැවත වමට තල්ලු කරන ලද වස්තුවක් නිරීක්ෂණය කරන්න. වස්තුව දකුණට චලනය වන විට හෝ විස්ථාපනය වන විට, වස්තුවේ විස්ථාපනයේ දිශාව තෙරපුම් බලයේ (F) දිශාවට සමාන වන අතර චාලක ඝර්ෂණ බලයේ (f k ) දිශාවට ප්රතිවිරුද්ධ වේ. එය විස්ථාපනයේ දිශාවටම ඇති බැවින්, තෙරපුම් බලය වස්තුව මත ධනාත්මක කාර්යයක් සිදු කරයි.
W = F s
ඊට ප්රතිවිරුද්ධව, චාලක ඝර්ෂණ බලය වස්තුව මත ඍණාත්මක කාර්යයක් සිදු කරයි.
W = – f කේ එස්
වස්තුව එහි ආරම්භක ස්ථානයේ සිට නැවත පැමිණෙන තෙක් චලනය වීමට පටන් ගන්නා විට, වස්තුව මත ඇති තෙරපුම් බලය සහ ඝර්ෂණ බලය මගින් කාර්යය සිදු කරන ලදී:
ඩබ් = 2 එෆ් ත
W = -2 f k s
වස්තුව එහි ආරම්භක ස්ථානයේ සිට චලනය වීමට පටන් ගන්නා බැවින් එය නැවත පැමිණෙන තෙක් තෙරපුම් බලය සහ චාලක ඝර්ෂණ බලය මගින් කාර්යය සිදු කරනු ලැබේ. වස්තුව එහි ආරම්භක ස්ථානයේ සිට චලනය වීමට පටන් ගන්නා සිට එය නැවත පැමිණෙන තෙක් බලයක් මගින් සිදු කරන කාර්යය ශුන්යයට සමාන නොවේ නම්, එම බලය ගතානුගතික නොවන බලය ලෙස හැඳින්වේ. එබැවින්, තෙරපුම් බලය සහ චාලක ඝර්ෂණ බලය ගතානුගතික නොවන බලවේග සඳහා උදාහරණ වේ.
1. ගතානුගතික බලයක් යනු කුමක්ද? ගතානුගතික බලයක් යනු ලක්ෂ්ය දෙකක් අතර වස්තුවක් චලනය කිරීමේදී සිදු කරන කාර්යය ගත් මාර්ගයෙන් ස්වාධීන වන එකකි. ගුරුත්වාකර්ෂණ සහ විද්යුත් ස්ථිතික බල යනු ගතානුගතික බල සඳහා උදාහරණ වේ.
2. ගතානුගතික බලයක් මඟින් සිදු කරන කාර්යය විභව ශක්තියට සම්බන්ධ වන්නේ කෙසේද? A ලක්ෂ්යයේ සිට B ලක්ෂ්යයට ගමන් කරන වස්තුවක් මත ගතානුගතික බලයක් මඟින් සිදු කරන කාර්යය එම ලක්ෂ්ය දෙක අතර විභව ශක්තියේ (∆U) සෘණ වෙනසට සමාන වේ: මෙයින් අදහස් කරන්නේ වස්තුවක් විභව ශක්තිය ලබා ගන්නේ නම්, ගතානුගතික බලය මඟින් සිදු කරන කාර්යය සෘණ වන අතර, අනෙක් අතට.
3. කොන්සර්වේටිව් නොවන බලයක් යනු කුමක්ද? කොන්සර්වේටිව් නොවන බලයක් යනු ලක්ෂ්ය දෙකක් අතර වස්තුවක් චලනය කිරීමේදී සිදු කරන කාර්යය එම ලක්ෂ්ය දෙක අතර ගමන් කරන මාර්ගය මත රඳා පවතින එකකි. ඝර්ෂණය සහ වායු ප්රතිරෝධය යනු කොන්සර්වේටිව් නොවන බලවේග සඳහා සාමාන්ය උදාහරණ වේ.
4. ගතානුගතික නොවන බලයක් පද්ධතියක යාන්ත්රික ශක්තියට බලපාන්නේ කෙසේද? ගතානුගතික නොවන බලයකට පද්ධතියක මුළු යාන්ත්රික ශක්තිය (චාලක සහ විභව ශක්තීන්ගේ එකතුව) වෙනස් කළ හැකිය. මෙයට හේතුව ගතානුගතික නොවන බලයක් මගින් සිදු කරන කාර්යය විභව ශක්තිය ලෙස ගබඩා නොවන නමුත් සාමාන්යයෙන් තාපය වැනි වෙනත් ශක්ති ආකාර බවට පරිවර්තනය වීමයි.
5. සංවෘත-ලූප් මාර්ගයක් භාවිතයෙන් බලයක් ගතානුගතිකද නැතිනම් ගතානුගතික නොවනද යන්න තීරණය කරන්නේ කෙසේද? ගතානුගතික බලයක් සඳහා, සම්පූර්ණ සංවෘත-ලූප් මාර්ගයක් ගමන් කළ පසු වස්තුවක් මත සිදු කරන ශුද්ධ කාර්යය ශුන්ය වේ. සංවෘත ලූපයක් හරහා සිදු කරන ශුද්ධ කාර්යය ශුන්ය නොවේ නම්, බලය ගතානුගතික නොවේ.
6. බලයක් ගතානුගතිකද යන්න තීරණය කිරීමේදී බල ක්ෂේත්රයක වක්රය ඉටු කරන කාර්යභාරය කුමක්ද? බල ක්ෂේත්රයක වක්රය අවකාශයේ සෑම තැනකම ශුන්ය නම්, බලය ගතානුගතික වේ. ගතානුගතිකය ශුන්ය නොවේ නම්, බලය ගතානුගතික නොවේ.
7. ගුරුත්වාකර්ෂණ විභව ශක්තිය ගතානුගතික බලවේග හා සම්බන්ධ වන්නේ කෙසේද? ගුරුත්වාකර්ෂණ බලයේ ගතානුගතික ස්වභාවය නිසා ගුරුත්වාකර්ෂණ විභව ශක්තිය ඇතිවේ. ගුරුත්වාකර්ෂණ ක්ෂේත්රයක උස වැඩිවීම ගුරුත්වාකර්ෂණ විභව ශක්තියේ වැඩිවීමකට හේතු වන අතර, ගුරුත්වාකර්ෂණ බලයෙන් සිදු කරන කාර්යය ඍණාත්මක වන අතර, එයින් අදහස් කරන්නේ වස්තුවක් පෘථිවියට සමීප වන විට විභව ශක්තියේ අඩුවීමක් බවයි.
8. අනෙකුත් ගතානුගතික බලවේග මෙන් ඝර්ෂණයට සම්බන්ධ විභව ශක්තියක් නැත්තේ ඇයි? ඝර්ෂණය යනු ගතානුගතික නොවන බලයකි; එබැවින්, ඝර්ෂණය මගින් සිදු කරන කාර්යය විභව ශක්තිය ලෙස ගබඩා නොවේ. ඒ වෙනුවට, එය බොහෝ විට තාපය වැනි වෙනත් ආකාර බවට පරිවර්තනය වන අතර යාන්ත්රික ශක්තිය ලෙස සම්පූර්ණයෙන්ම ප්රතිසාධනය කළ නොහැක.
9. වස්තුවක් ආනත තලයකින් පහළට ලිස්සා යන අවස්ථාවක, ගතානුගතික සහ ගතානුගතික නොවන බලවේග භූමිකාවක් ඉටු කරන්නේ කෙසේද? වස්තුවක් ආනත තලයකින් පහළට ලිස්සා යන විට, ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය, ගතානුගතික බලයක්, වස්තුව මත ක්රියා කරයි, එහි විභව ශක්තිය චාලක ශක්තිය බවට පරිවර්තනය කරයි. වස්තුව සහ ආනත තලය අතර ඝර්ෂණයක් තිබේ නම් (ගතානුගතික නොවන බලයක්), එය චලිතයට විරුද්ධ වන අතර වස්තුවේ චාලක ශක්තිය අඩු කරයි, එයින් කොටසක් තාපය බවට පරිවර්තනය කරයි.
10. ගතානුගතික නොවන බලවේග ක්රියාත්මක වුවද පද්ධතියක මුළු ශක්තියම සංරක්ෂණය කළ හැකිද? ඔව්, පද්ධතියක මුළු ශක්තිය (යාන්ත්රික, තාප ආදී සියලු ආකාරයේ ශක්ති ඇතුළුව) ශක්ති සංරක්ෂණ නීතියට අනුව සංරක්ෂණය කර ඇත. කෙසේ වෙතත්, ගතානුගතික නොවන බලවේග ක්රියා කරන විට, යාන්ත්රික ශක්තිය (චාලක සහ විභව ශක්ති එකතුව) සංරක්ෂණය නොකළ හැකිය, මන්ද එයින් සමහරක් තාපය හෝ ශබ්දය වැනි වෙනත් ශක්ති ආකාර බවට පරිවර්තනය වේ.
