उर्जा, कार्य आणि शक्ती

कार्य (Work)

जेंव्हा एखाद्या वस्तूवर बल प्रयुक्त होते आणि ती वस्तू बलाच्या दिशेने काही अंतर सरकवली जाते, तेंव्हा त्याबलाने कार्य झाले असे आपण म्हणतो. कार्य हि आदिश राशी आहे.

सूत्र : कार्य = (प्रयुक्त केलेले बल) X (वस्तू सरकलेले अंतर)

  • कार्य हे धन, ऋण किंवा शून्य असू शकते.
    1. ज्यावेळी बलाची व विस्थापनाची दिशा एकच असते तेंव्हा कार्य धन असते.
    2. तर ज्यावेळी बलाची व विस्थापनाची दिशा विरुद्ध असते तेंव्हा कार्य ऋण असते.
    3. आणि जर विस्थापन शून्य असेल तर कार्य सुद्धा शून्य असते.

SI पद्धतीत बलाचे एकक न्यूटन (N) व विस्थापनाचे एकक मीटर (m) आहे, म्हणून कार्याचे एकक न्यूटन-मीटर आहे. यालाच ज्यूल असे म्हणतात. 1 ज्यूल म्हणजेच 1 न्यूटन बलाच्या क्रियेमुळे वस्तूचे बलाच्या दिशेने 1 मीटर विस्थापन होत असल्यास घडून आलेले कार्य.

1 ज्यूल = 1 न्यूटन  x 1 मीटर म्हणजेच 1 J = 1 N  x 1m

CGS पद्धतीत बलाचे एकक डाईन व विस्थापनाचे एकक सेंटिमीटर (cm) आहे. म्हणून कार्याचे एकक डाईन-सेंटिमीटर आहे. यालाच अर्ग असे म्हणतात. 1 अर्ग म्हणजेच 1 डाईन बलाच्या क्रियेमुळे वस्तूचे बलाच्या दिशेने 1 सेंटीमीटर विस्थापन होत असल्यास घडून आलेले कार्य.

1 अर्ग = 1 डाईन x 1 सेमी

उर्जा (Energy)

एखाद्या पदार्थाची कार्य करण्याची क्षमता म्हणजेच उर्जा होय.

  • SI पद्धतीचे उर्जेचे एकक ज्युल(Joule) आहे.
  • CGS पद्धतीचे उर्जेचे एकक आर्ग(Erg) आहे.
  • १ ज्युल = 107 आर्ग

उर्जेचे प्रकार(Types of Energy) –

१. गतीज उर्जा (Kinetic Energy)

पदार्थाच्या गतिमान अवस्थेमुळे पदार्थाला प्राप्त झालेल्या उर्जेस गतीज उर्जा म्हणतात. एखाद्या बलाने एक वस्तूने ‘s’ अंतरातून विस्थापित करण्यासाठी केलेले कार्य म्हणजेच त्या वस्तूने मिळवलेली गतिज ऊर्जा होय.

गतीज उर्जा = १/२ m.v2

  • m – पदार्थाचे वस्तुमान
  • v – पदार्थाचा वेग
  • गतीज उर्जा वेगाच्या वर्गाशी समानुपाती आहे. म्हणजेच जर वेग दुप्पट झाला तर गतीज उर्जा चौपट होते. आणि जर वेग तीनपट झाला तर गतीज उर्जा नऊ पाट होते.

२. स्थितीज उर्जा (Potential Energy)

पदार्थाच्या विशिष्ठ स्थितीमुळे किंवा आकारामुळे त्यात जी उर्जा सामावलेली असते तिला स्थितीज उर्जा असे म्हणतात.

स्थितीज उर्जा = mgh

  • m – पदार्थाचे वस्तुमान
  • g – गुरुत्वत्वरण
  • h – पदार्थाची जमिनीपासून उंची
  • जसे गुरुत्व त्वरण ध्रुवावर जास्त आणि विषुववृत्तावर कमी आहे, तसेच स्थितीज उर्जा सुद् धा ध्रुवावर जास्त आणि विषुववृत्तावर कमी आहे. कारण स्थितीज उर्जा गुरुत्व त्वराणाशी समानुपाती आहे. उदा. धरणाचे अडवलेले पाणी, दाबून धरलेली स्प्रिंग, ताणून धरलेला बाण.

उर्जा अक्षय्यतेचा नियम(Law of conservation of Energy)“उर्जा ही निर्माण करता येत नाही आणि ती नष्टही करता येत नाही. परंतु तिचे एका प्रकारातून दुसऱ्या प्रकारात रुपांतर करता येते. तथापि विश्वातील एकूण उर्जा सदैव अक्षय राहते.” उदा. फटाके

शक्ती (Power)

  • कार्य करण्याचा दर म्हणजे शक्ती होय.
  • सूत्र : शक्ती = कार्य / काल = w/t
  • शक्तीचे SI पद्धतीचे एकक वॅट आहे. १ वॅट = १ ज्युल / १ सेकंद
  • औद्योगिक क्षेत्रामध्ये शक्ती मोजण्यासाठी अश्वशक्ती या एककाचा वापर केला जातो. १ अश्वशक्ती = ७४६ वॅट
  • व्यावहारिक उपयोगासाठी शक्ती चे एकक किलो वॅट तास आहे. १ किलो वॅट तास = ३.६ X 10 वॅट, यालाच १ युनिट म्हणतात.