நிலை ஆற்றல் நிலை ஆற்றல் நிலை ஆற்றல் விசைகளால் செய்யப்படும் வேலை
செங்குத்தாக மேல்நோக்கி நகர்ந்து, ஒரு உச்சபட்ச உயரத்தை அடைந்த பிறகு தனது ஆரம்ப நிலைக்குத் திரும்பும் ஒரு பொருளைக் கவனியுங்கள். அந்தப் பொருள் செங்குத்தாக மேல்நோக்கி நகரும்போது, அதன் எடை அப்பொருளின் மீது எதிர்மறை வேலையைச் செய்கிறது. பொருள் மேல்நோக்கி நகரும்போது, அதன் உயரம் அதிகரிக்கிறது. எனவே, அப்பொருளின் ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றலும் அதிகரிக்கிறது. எடையால் செய்யப்படும் எதிர்மறை வேலையானது, அப்பொருளின் ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றலில் (PE) ஏற்படும் அதிகரிப்புக்குச் சமம் என்று முடிவு செய்யலாம்.
W = – mgh
W = – mg (h 2 – h 1 ) = – (PE 2 – PE 1 ) = -ΔPE
ஒரு பொருள் செங்குத்தாகக் கீழ்நோக்கி நகரும்போது, ஈர்ப்பு விசை அப்பொருளின் மீது நேர்மறை வேலையைச் செய்கிறது. பொருள் செங்குத்தாகக் கீழ்நோக்கி நகரும்போது, அதன் உயரம் குறைகிறது. எனவே, அப்பொருளின் ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றலும் குறைகிறது. ஈர்ப்பு விசையால் அப்பொருளின் மீது செய்யப்படும் நேர்மறை வேலையானது, அப்பொருளின் ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் குறைவுக்குச் சமம் என்று முடிவு செய்யலாம்.
W = mgh
W = mg (h 1 – h 2 ) = mgh 1 – mgh 2 = – (mgh 2 – mgh 1 ) = – (PE 2 – PE 1 ) = -ΔPE
ஒரு சுருள்வில்லின் முனையுடன் சேர்ந்து இடதுபுறமாக அழுத்தப்படும் ஒரு பொருளைக் கவனியுங்கள் (படம் 3-ஐப் பார்க்கவும்). பொருள் இடதுபுறமாக நகரும்போது, சுருள்வில் விசை அப்பொருளின் மீது எதிர்மறை வேலையைச் செய்கிறது. பொருள் இடதுபுறமாக நகரும்போது, சுருள்வில் விலகல் அதிகரிக்கிறது. எனவே, சுருள்வில்லின் நிலை ஆற்றலும் அதிகரிக்கிறது. சுருள்வில்லால் செய்யப்படும் எதிர்மறை வேலையானது, சுருள்வில்லின் நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் அதிகரிப்புக்குச் சமம் என்று முடிவு செய்யலாம். பொருள் வலதுபுறமாக நகரும்போது, சுருள்வில் விசை அப்பொருளின் மீது நேர்மறை வேலையைச் செய்கிறது. பொருள் வலதுபுறமாக நகரும்போது, சுருள்வில் விலகல் குறைகிறது. எனவே, சுருள்வில்லின் நிலை ஆற்றலும் குறைகிறது. சுருள்வில்லால் அப்பொருளின் மீது செய்யப்படும் நேர்மறை வேலையானது, சுருள்வில்லின் நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் குறைவுக்குச் சமம் என்று முடிவு செய்யலாம்.
மேற்கண்ட விளக்கத்தின்படி, ஒரு நிலைக்காப்பு விசையால் செய்யப்படும் வேலையானது, பொருளின் நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றத்திற்குச் சமம் என்று கூறலாம். ஒரு நிலைக்காப்பு விசை நேர்மறை வேலையைச் செய்யும்போது, நிலை ஆற்றல் குறைகிறது. இதற்கு நேர்மாறாக, ஒரு நிலைக்காப்பு விசை எதிர்மறை வேலையைச் செய்யும்போது, நிலை ஆற்றல் அதிகரிக்கிறது. எனவே, ஒரு நிலைக்காப்பு விசையால் செய்யப்படும் வேலையானது, நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் எதிர்மறை மாற்றத்திற்குச் சமம்.
W c = -ΔPE
எடுத்துக்காட்டுக் கேள்வி 6: நிலைமாறா விசை மற்றும் நிலை ஆற்றலால் செய்யப்படும் வேலை
1 கிலோகிராம் நிறையுள்ள ஒரு பொருள் தரை மட்டத்திலிருந்து 5 மீட்டர் உயரத்தில் உள்ளது. அதன் புவியீர்ப்பு முடுக்கம் 10 மீ/வி² ஆகும் . (அ) அப்பொருளைத் தரை மட்டத்திலிருந்து 10 மீட்டர் உயரத்திற்கு இடமாற்றம் செய்யும்போது அதன் எடையால் செய்யப்படும் வேலை, (ஆ) அப்பொருளை 10 மீட்டர் உயரத்திற்கு இடமாற்றம் செய்யத் தேவைப்படும் வேலை, மற்றும் (இ) அப்பொருளை 10 மீட்டர் உயரத்திற்கு நகர்த்தும்போது அதன் புவியீர்ப்பு நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றம் ஆகியவற்றைக் கண்டறியவும்.
கலந்துரையாடல்:
கண்டறியப்பட்டது: m = 1 kg, g = 10 m / s²
(அ) எடையால் செய்யப்படும் வேலை
W = – mg Δh
= – (1 கி.கி)(10 மீ/வி 2 )(5 மீ) = – 50 ஜூல்
பொருளின் இடப்பெயர்ச்சியின் திசைக்கு எடையின் திசை எதிர் திசையில் இருப்பதால், அந்த எடை எதிர்மறை வேலையைச் செய்கிறது.
(எடை கீழ்நோக்கிய திசையிலும், பொருளின் இடப்பெயர்வு மேல்நோக்கிய திசையிலும் உள்ளது).
(b) தூக்கு விசையால் வேலை
ஒரு பொருளைத் தூக்குவதற்கு, குறைந்தபட்ச தூக்கு விசை அதன் எடைக்குச் சமமாக இருக்க வேண்டும்.
= (1 கி.கி)(10 மீ/வி 2 )(5 மீ) = 50 ஜூல்
W = wh = mg Δh
விசையின் திசை இடப்பெயர்ச்சியின் திசையைப் போலவே இருப்பதால், தூக்கு விசையால் செய்யப்படும் வேலை நேர்மறையானது.
(தூக்கு விசை மேல்நோக்கிய திசையிலும், இடப்பெயர்ச்சி மேல்நோக்கிய திசையிலும் உள்ளது)
(c) நிலை ஆற்றலில் மாற்றம்
ΔPE = mg Δh
ΔPE = 50 ஜூல்
பொருளின் ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றல் 50 ஜூல் அதிகரிக்கிறது.
நிலை ஆற்றல் மற்றும் காப்பு விசைகளின் பணி குறித்த 20 கருத்தியல் கேள்விகளும் பதில்களும்:
1. கேள்வி: நிலைக்காப்பு விசைகள் என்றால் என்ன? பதில்: நிலைக்காப்பு விசைகள் என்பவை, செய்யப்படும் வேலையானது அவை செல்லும் பாதையைச் சார்ந்து இருக்காத விசைகள் ஆகும்.
2. கேள்வி: ஒரு நிலைமாறா விசையால் செய்யப்படும் வேலைக்கும் நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றத்திற்கும் உள்ள தொடர்பு என்ன? பதில்: ஒரு நிலைமாறா விசையால் செய்யப்படும் வேலை, நிலை ஆற்றலில் ஏற்படும் எதிர்மறை மாற்றத்திற்குச் சமம்.
3. கேள்வி: நிலைக்காப்பு விசைக்கு ஒரு பொதுவான உதாரணத்தைக் குறிப்பிடுக. பதில்: புவியீர்ப்பு விசை நிலைக்காப்பு விசைக்கு ஒரு பொதுவான உதாரணமாகும்.
4. கேள்வி: உராய்வு ஏன் ஒரு நிலைக்காப்பு விசையாகக் கருதப்படுவதில்லை? பதில்: ஏனெனில், உராய்வினால் செய்யப்படும் வேலை, அது பயணிக்கும் பாதையைச் சார்ந்துள்ளது.
5. கேள்வி: புவியின் மேற்பரப்பிற்கு அருகில் உள்ள ஒரு பொருளின் ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றல் எவ்வாறு வெளிப்படுத்தப்படுகிறது? பதில்: ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றல் ℎ என வெளிப்படுத்தப்படுகிறது , இதில் m என்பது நிறை, g என்பது புவியீர்ப்பு முடுக்கம், மற்றும் h என்பது ஒரு குறிப்புப் புள்ளிக்கு மேலுள்ள உயரம் ஆகும்.
6. கேள்வி: நிலை ஆற்றல் எப்போதாவது எதிர்மறையாக இருக்க முடியுமா? பதில்: ஆம், ஒப்பீட்டுப் புள்ளியின் தேர்வைப் பொறுத்து நிலை ஆற்றல் எதிர்மறையாக இருக்க முடியும்.
8. கேள்வி: ஒரு அமைப்பின் நிலை ஆற்றல் அதிகரித்தால், புற வேலை எதுவும் செய்யப்படவில்லை எனில், இயக்க ஆற்றலுக்கு என்னவாகும்? விடை: இயந்திர ஆற்றல் பாதுகாப்பு விதியைப் பின்பற்றி, நிலை ஆற்றல் அதிகரிக்கும் அதே அளவிற்கு இயக்க ஆற்றல் குறைகிறது.
9. கேள்வி: இயந்திர ஆற்றல் பாதுகாப்பிற்கான நிபந்தனைகள் யாவை? பதில்: ஒரு அமைப்பின் மீது காப்பு விசைகள் மட்டுமே செயல்படும்போது இயந்திர ஆற்றல் பாதுகாக்கப்படுகிறது.
10. கேள்வி: நிலைமாறா விசைகள் மட்டுமே செயல்படும் ஒரு மூடிய அமைப்பில், மொத்த இயந்திர ஆற்றலைப் பற்றி என்ன கூறலாம்? பதில்: மொத்த இயந்திர ஆற்றல் மாறாமல் இருக்கும்.
11. கேள்வி: ஒரு மின்புலத்தில் உள்ள மின்னூட்டத்தின் நிலை ஆற்றல் எவ்வாறு நிர்ணயிக்கப்படுகிறது? பதில்: நிலை ஆற்றல் , இதில் q என்பது மின்னூட்டம் மற்றும் V என்பது மின்னழுத்தம்.
12. கேள்வி: ஒரு புவியீர்ப்புப் புலத்தில் ஒரு பொருளை உயர்த்துவது அதன் நிலை ஆற்றலை ஏன் அதிகரிக்கிறது? பதில்: ஏனெனில், பொருளை உயர்த்துவதற்காக புவியீர்ப்பு விசைக்கு எதிராக வேலை செய்யப்படுகிறது, அந்த வேலை நிலை ஆற்றலாகச் சேமிக்கப்படுகிறது.
13. கேள்வி: ஒரு மூடிய சுற்றில் நிலைக்காப்பு விசையால் செய்யப்படும் வேலை எவ்வாறு இருக்கும்? பதில்: ஒரு மூடிய சுற்றில் நிலைக்காப்பு விசையால் செய்யப்படும் நிகர வேலை சுழியாகும்.
14. கேள்வி: நிலை ஆற்றலுக்கும் நிலைத்தன்மைக்கும் என்ன தொடர்பு? பதில்: நிலை ஆற்றல் குறைந்தபட்சமாக இருக்கும் புள்ளிகளில், அமைப்பு நிலையாக இருக்கும்.
15. கேள்வி: வெவ்வேறு உயரங்களில் உள்ள இரண்டு பொருள்கள் ஒரே ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றலைக் கொண்டிருக்க முடியுமா? பதில்: ஆம், நிலை ஆற்றலுக்கான குறிப்பு மட்டத்தின் தேர்வைப் பொறுத்து, அவை ஒரே ஈர்ப்பு நிலை ஆற்றலைக் கொண்டிருக்க முடியும்.
16. கேள்வி: புவியீர்ப்பு நிலை ஆற்றலுக்கான ஒரு குறிப்புப் புள்ளியாக நாம் ஏன் அடிக்கடி தரையைத் தேர்ந்தெடுக்கிறோம்? பதில்: எந்தப் புள்ளியையும் தேர்ந்தெடுக்கலாம் என்றாலும், அது ஒரு வசதியான மற்றும் பொதுவாகப் புரிந்துகொள்ளக்கூடிய குறிப்புப் புள்ளியாக அமைகிறது.
17. கேள்வி: நிலைக்காப்பு விசைகள் மட்டுமே உள்ள ஒரு தனித்த அமைப்பில், நிலை ஆற்றல் 10 J குறைந்தால், இயக்க ஆற்றல் எவ்வளவு மாறும்? விடை: இயக்க ஆற்றல் 10 J அதிகரிக்கும்.
18. கேள்வி: நிலை ஆற்றல் காப்புப் புலங்களில், நிலை ஆற்றலுக்கும் விசைக்கும் உள்ள தொடர்பு என்ன? பதில்: விசை என்பது நிலை ஆற்றலின் எதிர்மறைச் சரிவு ஆகும்.
19. கேள்வி: ஒரு பொருள் நிலைக்காப்பு விசையின் திசையில் நகர்த்தப்பட்டால், அதன் நிலை ஆற்றல் எவ்வாறு மாறும்? பதில்: அதன் நிலை ஆற்றல் குறைகிறது.
20. கேள்வி: ஒரு பொருளுக்கு இயக்க ஆற்றலும், பூஜ்ஜிய நிலை ஆற்றலும் இருப்பது சாத்தியமா? பதில்: ஆம், அது நிலை ஆற்றலுக்கான ஒப்பீட்டுப் புள்ளியின் தேர்வைப் பொறுத்தது.
இந்தக் கேள்வி பதில்களும், செவ்வியல் இயக்கவியலின் ஒருங்கிணைந்த பகுதியாக விளங்கும் நிலைக்காப்பு விசைகள் மற்றும் நிலை ஆற்றல் பற்றிய அடிப்படைக் கருத்துகளை உள்ளடக்கியுள்ளன.
