புவியீர்ப்பு, உராய்வு போன்றவை ஒரு விசையின் பெயர் அல்ல நிலைப்பு விசை. நிலைப்பு விசை என்பது ஒரு விசையின் தன்மையை விவரிக்கிறது. ஒரு பொருள் அதன் அசல் நிலையிலிருந்து விலகிச் சென்று மீண்டும் அதன் அசல் நிலைக்குத் திரும்பும் வரையிலான நேரத்தில், ஒரு விசையால் அப்பொருளின் மீது செய்யப்படும் மொத்த வேலை பூஜ்ஜியத்திற்குச் சமமாக இருந்தால், அந்த விசை ஒரு நிலைப்பு விசை ஆகும். ஒரு பொருளின் மீது விசையால் செய்யப்படும் வேலை, அப்பொருள் செல்லும் பாதையைச் சார்ந்து இல்லாமல், அதன் ஆரம்ப மற்றும் இறுதி நிலைகளில் ஏற்படும் மாற்றத்தை மட்டுமே சார்ந்திருந்தால், அந்த விசை நிலைப்பு விசை என்று கூறப்படுகிறது.
இயற்பியலில் வேலை என்ற கருத்தை நீங்கள் ஏற்கனவே புரிந்துகொண்டிருந்தால், நிலைமாறா விசை என்ற கருத்தைப் புரிந்துகொள்வது எளிதாக இருக்கும் . நிலைமாறா விசை என்ற கருத்தைப் புரிந்துகொள்ள, பின்வரும் இரண்டு எடுத்துக்காட்டுக் கணக்குகளைப் படித்துப் பாருங்கள்.
உதாரணம் 1
ஒரு பொருள் செங்குத்தாக மேல்நோக்கி நகர்ந்து, பின்னர் செங்குத்தாகக் கீழ்நோக்கித் தனது அசல் நிலைக்குத் திரும்புவதாகக் கருதுங்கள்.
ஒரு பொருள் மேல்நோக்கி நகரும்போது, அப்பொருளின் இடப்பெயர்ச்சியின் திசை மேல்நோக்கியும், புவியீர்ப்பு விசை அல்லது எடையின் (w) திசை கீழ்நோக்கியும் இருக்கும். பொருளின் இடப்பெயர்ச்சியின் திசையானது புவியீர்ப்பு விசையின் திசைக்கு எதிரானது, எனவே புவியீர்ப்பு விசை எதிர்மறை வேலையைச் செய்கிறது.
W 1 = F s = wh (cos 180) = wh (-1) = – wh = – mgh
ஒரு பொருள் அதன் அசல் நிலையை நோக்கி கீழ்நோக்கி நகரும்போது, அப்பொருளின் இடப்பெயர்ச்சியின் திசையும் கீழ்நோக்கியே இருக்கும், புவியீர்ப்பு விசையின் திசையும் கீழ்நோக்கியே இருக்கும். பொருளின் இடப்பெயர்ச்சியின் திசையும் புவியீர்ப்பு விசையின் திசையும் ஒன்றாக இருப்பதால், புவியீர்ப்பு விசை நேர்மறை வேலையைச் செய்கிறது.
W 2 = F s = wh (cos 0) = wh (1) = wh
ஒரு பொருள் மேலே சென்று பின்னர் கீழே வரும் நேரத்தில், அதன் மீது புவியீர்ப்பு விசையால் செய்யப்படும் மொத்த வேலை பூஜ்ஜியத்திற்குச் சமம்.
W மொத்தம் = W 1 + W 2 = – wh + wh = 0
எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு பொருளின் நிறை (m) = 1 kg, புவியீர்ப்பு முடுக்கம் (g) = 10 m/s² மற்றும் உயரம் (h) = 1 மீட்டர் எனில், W₁ = -10 ஜூல் மற்றும் W₂ = 10 ஜூல். மொத்த வேலை = – 10 ஜூல் + 10 ஜூல் = 0.
உதாரணம் 2
ஒரு பள்ளத்தாக்கிலிருந்து ஒரு சிகரத்திற்கு நகர்ந்து, பின்னர் மீண்டும் பள்ளத்தாக்கிற்குத் திரும்பும் ஒரு பொருளைக் கருத்தில் கொள்ளுங்கள்.
ஒரு பொருள் சாய்வுத்தளத்தில் நகரும் வரை, புவியீர்ப்பு விசையின் கிடைக்கூறு (w sin θ) மட்டுமே அப்பொருளின் மீது வேலை செய்கிறது. ஒரு பொருள் சாய்வுத்தளத்தின் பள்ளத்திலிருந்து உச்சிக்கு நகரும்போது, இடப்பெயர்ச்சியின் திசையானது புவியீர்ப்பு விசையின் கிடைக்கூறின் (w sin θ) திசைக்கு எதிர் திசையில் அமைகிறது. எனவே, புவியீர்ப்பு விசை எதிர்மறை வேலையைச் செய்கிறது.
ஒரு பொருள் பள்ளத்திலிருந்து உச்சிக்கு நகரும்போது, அதன் மீது புவியீர்ப்பு விசையால் செய்யப்படும் வேலை.
W 1 = – F s = – (w sin theta)(s) = – ws sin theta
sin θ = h / s அல்லது h = s sin θ என்பதால், மேலே உள்ள சூத்திரம் இவ்வாறு மாற்றப்படுகிறது:
W 1 = – wh = – mgh
ஒரு பொருள் சிகரத்திலிருந்து பள்ளத்தாக்கிற்கு நகரும்போது, அதன் இடப்பெயர்ச்சியானது புவியீர்ப்பு விசையின் கிடைமட்டக் கூறின் திசையிலேயே அமைகிறது, எனவே புவியீர்ப்பு விசை நேர்மறை வேலையைச் செய்கிறது.
W 2 = wh = mgh
மொத்த முயற்சி
Wtotal = – mgh + mgh = 0
எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு பொருளின் நிறை (m) = 1 kg, புவியீர்ப்பு முடுக்கம் (g) = 10 m/s² மற்றும் உயரம் (h) = 1 மீட்டர் எனில், W₁ = -10 ஜூல் மற்றும் W₂ = 10 ஜூல். மொத்த வேலை = – 10 ஜூல் + 10 ஜூல் = 0.
எடுத்துக்காட்டு 2-இல் பயன்படுத்தப்பட்ட சூத்திரத்தின் அடிப்படையில், ஒரு பொருள் சாய்வுத்தளத்தில் s தூரம் நகரும்போது அதன் மீது ஈர்ப்பு விசையால் செய்யப்படும் வேலையும், அப்பொருள் செங்குத்தாக h தூரம் நகரும்போது அதன் மீது ஈர்ப்பு விசையால் செய்யப்படும் வேலையும் சமம் என்று முடிவு செய்யலாம்.
எனவே, ஈர்ப்பு விசையால் செய்யப்படும் வேலையானது, பயணித்த பாதையைச் சார்ந்து இருப்பதில்லை, மாறாக உயர மாற்றத்தை மட்டுமே சார்ந்துள்ளது. வேறுவிதமாகக் கூறினால், ஈர்ப்பு விசையால் செய்யப்படும் வேலையானது ஆரம்ப மற்றும் இறுதி நிலைகளை மட்டுமே சார்ந்துள்ளது.
இந்த இரண்டு எடுத்துக்காட்டுகளும் ஈர்ப்பு விசை ஒரு நிலைக்காப்பு விசை என்பதைக் காட்டுகின்றன. ஒரு விசை இரண்டு நிபந்தனைகளைப் பூர்த்தி செய்தால் அது நிலைக்காப்பு விசை எனப்படும். முதலாவதாக, ஒரு பொருள் அதன் ஆரம்ப நிலையிலிருந்து விலகிச் சென்று மீண்டும் அதன் ஆரம்ப நிலைக்குத் திரும்பும் வரையிலான நேரத்தில், அந்தப் பொருளின் மீது விசையால் செய்யப்படும் மொத்த வேலை பூஜ்ஜியத்திற்குச் சமமாக இருக்க வேண்டும் (எடுத்துக்காட்டு 1-ஐ ஒப்பிடுக). இரண்டாவதாக, ஒரு பொருளின் மீது விசையால் செய்யப்படும் மொத்த வேலை, அப்பொருள் பயணித்த பாதையைச் சார்ந்திருக்காமல், அதன் நிலையில் ஏற்படும் மாற்றத்தைச் சார்ந்திருக்க வேண்டும் (எடுத்துக்காட்டு 2-ஐ ஒப்பிடுக).
புவியீர்ப்பு விசை, மின் விசை, காந்த விசை ஆகியவை நிலைப்பு விசைகளில் அடங்கும் சில விசைகள் ஆகும்.
உதாரணம் 3
கூலும் விசை மற்றும் ஈர்ப்பு விசை ஆகியவை நிலைக்காப்பு விசைகள் ஆகும்.
ஏனென்றால்
கூலும் விசையும் ஈர்ப்பு விசையும் தூரத்தின் வர்க்கத்திற்கு நேர்மாறு விகிதத்தில் உள்ளன.
கலந்துரையாடல்
மின் விசையும் ஈர்ப்பு விசையும் நிலைக்காப்பு விசைகள்; அவற்றின் அளவுகள் தொலைவின் வர்க்கத்திற்கு நேர்மாறு விகிதத்தில் இருப்பதனால் அல்ல. இவ்விரண்டும் நிலைக்காப்பு விசைகள், ஏனெனில் இந்த இரண்டு விசைகளின் தாக்கத்தின் கீழ் ஒரு சுமையைத் தாங்குவதற்குச் செய்யப்படும் வேலையானது, அது பயணித்த பாதையைச் சார்ந்து இருக்காமல், சுமையின் ஆரம்ப மற்றும் இறுதி நிலைகளை மட்டுமே சார்ந்துள்ளது.
ஒரு விசை ஒரு பொருளின் மீது செய்யும் வேலை…
(1) ஆரம்ப நிலை மற்றும் இறுதி நிலையை மட்டுமே சார்ந்துள்ளது
(2) என்பது பொருளின் நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றத்திற்கு சமம்.
(3) இயக்கப் பாதையின் வடிவத்தைச் சார்ந்தது அல்ல
(4) நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றங்களைச் சார்ந்தது அல்ல
கலந்துரையாடல்
ஒரு விசை ஒரு பொருளின் மீது செய்யும் வேலையானது, அது ஒரு பொருளின் மீது செய்யும் வேலையை விட அதிகமாக இருந்தால், அந்த விசை ஒரு நிலைக்காப்பு விசை எனப்படும்.
(1) ஆரம்ப நிலை மற்றும் இறுதி நிலையை மட்டுமே சார்ந்துள்ளது
(3) இயக்கப் பாதையின் வடிவத்தைச் சார்ந்தது அல்ல
