సంప్రదాయవాద శక్తి మరియు అసంప్రదాయ శక్తి

సంప్రదాయవాద శక్తి మరియు అసంప్రదాయ శక్తి

1. సంరక్షణ శక్తి

1.1 బరువు (w)

ఒక వస్తువు గరిష్ట ఎత్తుకు చేరే వరకు నిలువుగా పైకి కదిలి, ఆ తర్వాత తన ప్రారంభ స్థానం వైపు కిందికి కదులుతుంది. అది 'h' మేర నిలువుగా పైకి కదులుతున్నప్పుడు, బరువు స్థానభ్రంశానికి వ్యతిరేక దిశలో ఉంటుంది. అందువల్ల, ఆ బరువు వస్తువుపై రుణాత్మక పని చేస్తుంది. 

W = wh (cos 180 ^o ) = – wh = – mgh

గరిష్ట ఎత్తుకు చేరుకున్న తర్వాత, వస్తువు దాని ప్రారంభ స్థానం వైపు h దూరం క్రిందికి కదులుతుంది. క్రిందికి కదులుతున్నప్పుడు, బరువు స్థానభ్రంశం యొక్క దిశలోనే ఉంటుంది. అది స్థానభ్రంశం యొక్క దిశలోనే ఉన్నందున, బరువు ధనాత్మక పని చేస్తుంది.

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

వస్తువు యొక్క ద్రవ్యరాశి (m), గురుత్వాకర్షణ త్వరణం (g) మరియు ఎత్తు (h) ఒకే విధంగా ఉంటాయి, కాబట్టి వస్తువు నిలువుగా పైకి కదలడం ప్రారంభించి, దాని ప్రారంభ స్థానానికి తిరిగి వచ్చే వరకు బరువు చేసే పని సున్నా అవుతుంది.

W = mgh – mgh = 0

1.2 స్ప్రింగ్ బలం

క్షితిజ సమాంతరంగా ఉంచిన ఒక స్ప్రింగ్‌ను గమనించండి. స్ప్రింగ్ యొక్క కుడి చివరను ఎడమ వైపుకు నెట్టినప్పుడు లేదా సంపీడనం చేసినప్పుడు, ఆ స్ప్రింగ్ కుడి వైపుకు ఒక నెట్టే బలాన్ని ప్రయోగిస్తుంది. స్ప్రింగ్‌ను సంపీడనం చేయడం ద్వారా మీరు దీనిని నిరూపించవచ్చు. ఉదాహరణకు, ఒక వస్తువును కుడి చివరన ఉంచి, ఆ వస్తువును ఎడమ వైపుకు నొక్కండి. స్ప్రింగ్ Δx మేర పక్కకు జరిగిన తర్వాత, వస్తువు మరియు స్ప్రింగ్ పై నుండి మీ చేతిని తీసివేయండి. చేయి ఇకపై స్ప్రింగ్‌తో స్పర్శలో లేనప్పుడు, స్ప్రింగ్ ఆ వస్తువును తిరిగి కుడి వైపుకు నెడుతుంది.

వస్తువు ఎడమవైపుకు కదిలినప్పుడు, దాని చలనం మరియు స్థానభ్రంశం యొక్క దిశలు స్ప్రింగ్ బలం యొక్క దిశకు వ్యతిరేకంగా ఉంటాయి. ఈ దిశలు ఒకదానికొకటి వ్యతిరేకంగా ఉన్నందున, స్ప్రింగ్ బలం రుణాత్మక పని చేస్తుంది.

W = – ½ k (Δx) ²

వస్తువు కుడివైపుకు కదిలినప్పుడు, దాని చలనం మరియు స్థానభ్రంశం యొక్క దిశ స్ప్రింగ్ బలం యొక్క దిశతో సమానంగా ఉంటుంది. దిశలు సమానంగా ఉన్నందున, స్ప్రింగ్ బలం ధనాత్మక పనిని చేస్తుంది.

W = ½ k (Δx) ²

ఉపయోగించిన స్ప్రింగ్ ఒకటే కాబట్టి, స్ప్రింగ్ స్థిరాంకం (k) కూడా ఒకటే. స్ప్రింగ్ విచలనం (Δx) కూడా ఒకటే.

అందువల్ల, ఒక వస్తువు Δx దూరం ఎడమవైపుకు కదలడం ప్రారంభించి, ఆపై Δx దూరం కుడివైపుకు తిరిగి కదిలినప్పుడు, దాని బరువు వల్ల జరిగే పని సున్నా అవుతుంది.

W = ½ k (Δx) ² – ½ k (Δx) ² = 0

వస్తువు దాని ప్రారంభ స్థానం నుండి కదలడం మొదలుపెట్టి, తిరిగి అక్కడికే వచ్చే వరకు జరిగిన పని బరువు మరియు స్ప్రింగ్ బలం వల్ల సున్నా అయితే, ఆ బలాన్ని సంరక్షక బలం అంటారు. అందువల్ల, స్ప్రింగ్ బలం మరియు బరువు సంరక్షక బలాలకు ఉదాహరణలు.

2. సంరక్షణేతర శక్తి

ఒక వస్తువును కుడివైపుకు నెట్టి, ఆపై తిరిగి ఎడమవైపుకు నెట్టడాన్ని గమనించండి. వస్తువు కుడివైపుకు కదులుతున్నప్పుడు లేదా స్థానభ్రంశం చెందినప్పుడు, వస్తువు యొక్క స్థానభ్రంశం యొక్క దిశ, నెట్టే బలం (F) యొక్క దిశతో సమానంగా మరియు గతిజ ఘర్షణ బలం (f _k ) యొక్క దిశకు వ్యతిరేకంగా ఉంటుంది. ఇది స్థానభ్రంశం యొక్క దిశలోనే ఉన్నందున, నెట్టే బలం వస్తువుపై ధనాత్మక పనిని చేస్తుంది.

W = F s

దీనికి విరుద్ధంగా, గతిజ ఘర్షణ బలం వస్తువుపై రుణాత్మక పనిని చేస్తుంది.

W = – f _k s

ఒక వస్తువు దాని ప్రారంభ స్థానం నుండి కదలడం ప్రారంభించి, తిరిగి అక్కడికే వచ్చే వరకు, ఆ వస్తువుపై పనిచేసిన నెట్టే బలం మరియు ఘర్షణ బలం చేసిన పని:

W = 2 F s

W = -2 f _k s

ఒక వస్తువు దాని ప్రారంభ స్థానం నుండి కదలడం మొదలుపెట్టి, తిరిగి అక్కడికే వచ్చే వరకు చేసే పని సున్నాకు సమానం కాదు. ఒక వస్తువు దాని ప్రారంభ స్థానం నుండి కదలడం మొదలుపెట్టి, తిరిగి అక్కడికే వచ్చే వరకు ఒక బలం చేసే పని సున్నాకు సమానం కాకపోతే, ఆ బలాన్ని అసంరక్షక బలం అంటారు. అందువల్ల, నెట్టే బలం మరియు గతిజ ఘర్షణ బలం అసంరక్షక బలాలకు ఉదాహరణలు.

1. సంరక్షక బలం అంటే ఏమిటి? సంరక్షక బలం అంటే, ఒక వస్తువును రెండు బిందువుల మధ్య కదిలించడానికి అయ్యే పని, అది ప్రయాణించిన మార్గంపై ఆధారపడదు. గురుత్వాకర్షణ మరియు స్థిర విద్యుత్ బలాలు సంరక్షక బలాలకు ఉదాహరణలు.

2. సంరక్షక బలం చేసే పనికి, స్థితిశక్తికి మధ్య సంబంధం ఏమిటి? A బిందువు నుండి B బిందువుకు కదులుతున్న ఒక వస్తువుపై సంరక్షక బలం చేసే పని, ఆ రెండు బిందువుల మధ్య ఉన్న స్థితిశక్తిలోని రుణాత్మక మార్పుకు (∆U) సమానం: $W=-∆U.$ దీని అర్థం, ఒక వస్తువు స్థితిశక్తిని పొందితే, సంరక్షక బలం చేసే పని రుణాత్మకంగా ఉంటుంది, మరియు దీనికి విరుద్ధంగా కూడా జరుగుతుంది.

3. అసంరక్షక బలం అంటే ఏమిటి? అసంరక్షక బలం అంటే, ఒక వస్తువును రెండు బిందువుల మధ్య కదిలించడానికి అయ్యే పని, అది ప్రయాణించిన మార్గంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఘర్షణ మరియు గాలి నిరోధం అనేవి అసంరక్షక బలాలకు సాధారణ ఉదాహరణలు.

4. ఒక అసంరక్షక బలం ఒక వ్యవస్థ యొక్క యాంత్రిక శక్తిని ఎలా ప్రభావితం చేస్తుంది? ఒక అసంరక్షక బలం ఒక వ్యవస్థ యొక్క మొత్తం యాంత్రిక శక్తిని (గతిజ మరియు స్థితిజ శక్తుల మొత్తం) మార్చగలదు. ఎందుకంటే అసంరక్షక బలం చేసిన పని స్థితిజ శక్తిగా నిల్వ చేయబడదు, కానీ సాధారణంగా ఉష్ణం వంటి ఇతర శక్తి రూపాలుగా రూపాంతరం చెందుతుంది.

5. ఒక సంవృత-వలయ మార్గాన్ని ఉపయోగించి ఒక బలం సంరక్షక బలమా లేదా అసంరక్షక బలమా అని ఎలా నిర్ధారించవచ్చు? ఒక సంరక్షక బలం విషయంలో, ఒక వస్తువు పూర్తి సంవృత-వలయ మార్గంలో ప్రయాణించిన తర్వాత దానిపై జరిగిన నికర పని సున్నా అవుతుంది. ఒకవేళ సంవృత వలయంపై జరిగిన నికర పని సున్నా కాకపోతే, ఆ బలం అసంరక్షక బలం అవుతుంది.

6. ఒక బలం సంరక్షకమైనదో కాదో నిర్ణయించడంలో బల క్షేత్రం యొక్క కర్ల్ ఏ పాత్ర పోషిస్తుంది? ఒక బల క్షేత్రం యొక్క కర్ల్ అంతరిక్షంలో ప్రతిచోటా సున్నా అయితే, ఆ బలం సంరక్షకమైనది. కర్ల్ సున్నా కాకపోతే, ఆ బలం అసంరక్షకమైనది.

7. గురుత్వాకర్షణ స్థితిశక్తికి, సంరక్షక బలాలకు సంబంధం ఏమిటి? గురుత్వాకర్షణ బలం యొక్క సంరక్షక స్వభావం కారణంగా గురుత్వాకర్షణ స్థితిశక్తి ఉత్పన్నమవుతుంది. గురుత్వాకర్షణ క్షేత్రంలో ఎత్తు పెరగడం వల్ల గురుత్వాకర్షణ స్థితిశక్తి పెరుగుతుంది, అయితే గురుత్వాకర్షణ బలం చేసే పని రుణాత్మకంగా ఉంటుంది, దీని అర్థం ఒక వస్తువు భూమికి దగ్గరగా వచ్చినప్పుడు దాని స్థితిశక్తి తగ్గుతుంది.

8. ఇతర సంరక్షక బలాల వలె ఘర్షణకు స్థితిశక్తి ఎందుకు అనుబంధంగా ఉండదు? ఘర్షణ ఒక అసంరక్షక బలం; అందువల్ల, ఘర్షణ ద్వారా చేయబడిన పని స్థితిశక్తిగా నిల్వ చేయబడదు. దానికి బదులుగా, అది తరచుగా ఉష్ణం వంటి ఇతర రూపాల్లోకి రూపాంతరం చెందుతుంది మరియు యాంత్రిక శక్తిగా పూర్తిగా తిరిగి పొందబడదు.

9. ఒక వస్తువు ఏటవాలు తలంపై జారుతున్నప్పుడు, సంరక్షక మరియు అసంరక్షక బలాలు ఏ పాత్ర పోషిస్తాయి? ఒక వస్తువు ఏటవాలు తలంపై జారుతున్నప్పుడు, సంరక్షక బలమైన గురుత్వాకర్షణ బలం ఆ వస్తువుపై పనిచేసి, దాని స్థితిశక్తిని గతిశక్తిగా మారుస్తుంది. వస్తువుకు మరియు ఏటవాలు తలానికి మధ్య ఘర్షణ (అసంరక్షక బలం) ఉంటే, అది చలనాన్ని వ్యతిరేకించి, వస్తువు యొక్క గతిశక్తిని తగ్గిస్తుంది, దానిలో కొంత భాగాన్ని ఉష్ణంగా మారుస్తుంది.

10. సంరక్షక-రహిత బలాలు పనిచేస్తున్నప్పటికీ ఒక వ్యవస్థ యొక్క మొత్తం శక్తి సంరక్షించబడుతుందా? అవును, శక్తి నిత్యత్వ నియమం ప్రకారం ఒక వ్యవస్థ యొక్క మొత్తం శక్తి (యాంత్రిక, ఉష్ణ మొదలైన అన్ని రకాల శక్తులతో సహా) సంరక్షించబడుతుంది. అయితే, సంరక్షక-రహిత బలాలు పనిచేసినప్పుడు, యాంత్రిక శక్తి (గతిజ మరియు స్థితిజ శక్తుల మొత్తం) సంరక్షించబడకపోవచ్చు, ఎందుకంటే దానిలో కొంత భాగం ఉష్ణం లేదా ధ్వని వంటి ఇతర శక్తి రూపాలుగా మార్చబడుతుంది.