পদার্থবিজ্ঞান অধ্যয়ন নির্দেশিকা/শক্তি

শক্তি

গতিশীল অবস্থায় কোনো বস্তু কাজ করতে পারে — এই সক্ষমতাকেই বলা হয় গতি শক্তি।

সরলরৈখিক গতি শক্তি (Translational kinetic energy) সমান হয় বস্তুটির ভরের অর্ধাংশ গুণিত তার বেগের বর্গের সাথে।

$\mathrm {KE} _{T}={\frac {1}{2}}m\|{\vec {v}}\|^{2}$

ঘূর্ণনগত গতি শক্তি (Rotational kinetic energy) সমান হয় জড়তার অর্ধাংশ গুণিত কোণীয় বেগের বর্গ।

$\mathrm {KE} _{R}={\frac {1}{2}}I\omega ^{2}$

মোট গতি শক্তি হলো সরলরৈখিক ও ঘূর্ণনগত গতি শক্তির যোগফল, যদিও অধিকাংশ ক্ষেত্রে এই দুই শক্তিকে আলাদাভাবে বিশ্লেষণ করা হয়।

ঘূর্ণনগত গতি শক্তিকে সহজে মনে রাখার জন্য জড়তাকে ‘ঘূর্ণনজনিত ভর’ হিসেবে ভাবা যেতে পারে; তবে এটি শুধুমাত্র একটি সাধারণ নিয়ম এবং সব সময় প্রযোজ্য নয়।

বস্তু অবস্থানের কারণে যে কাজ করতে সক্ষম হয়, তাকে বলা হয় স্থিতি শক্তি। এটি নির্ভর করে সেই অবস্থানটি কোনো একটি "শূন্য শক্তি" মানদণ্ডের তুলনায় কোথায় আছে তার ওপর।

মাধ্যাকর্ষণজনিত স্থিতি শক্তি (Gravitational potential energy) সমান হয় বস্তুটির ভর, মাধ্যাকর্ষণজনিত ত্বরণ এবং উচ্চতার গুণফল।

$\mathrm {PE} _{g}=mgy$

এই সমীকরণে বস্তুটির ওজন গুণিত তার উল্লম্ব দূরত্ব বোঝায়। সাধারণত মাটিকে শূন্য উচ্চতা ধরা হয়, তবে ছাদ বা গাছের ডালও মানদণ্ড হিসেবে ব্যবহার করা যেতে পারে।

স্প্রিং-জনিত স্থিতি শক্তি (Spring potential energy) সমান হয় স্প্রিং ধ্রুবক গুণিত স্প্রিং-এর দৈর্ঘ্য পরিবর্তনের বর্গের অর্ধাংশ।

$\mathrm {PE} _{e}={\frac {1}{2}}k\|{\vec {x}}-{\vec {x}}_{e}\|^{2}={\frac {1}{2}}k\|\Delta {\vec {x}}\|^{2}$

স্প্রিং-এর শক্তি সাধারণত মাপা হয় যখন এটি "বিশ্রাম" অবস্থায় থাকে, অর্থাৎ যখন স্প্রিং কোনো বল প্রয়োগ করে না। স্প্রিং যতটুকু টানা বা চেপে ধরা হয়েছে, সেই দৈর্ঘ্য পরিবর্তনের সঙ্গে বলের সম্পর্ক সরল না হওয়ায় এখানে ½ গুণফলটি ব্যবহৃত হয়।

পরিবর্তনশীলসমূহ

K: গতি শক্তি (জুল) m: ভর (কেজি) v: বেগ (মিটার/সেকেন্ড) I: জড়তা (কেজি·মি²) ω: কোণীয় বেগ (রেডিয়ান/সেকেন্ড) Ug: মাধ্যাকর্ষণজনিত স্থিতি শক্তি (জুল) g: মাধ্যাকর্ষণজনিত ত্বরণ (পৃথিবীতে সাধারণত ৯.৮ মিটার/সেকেন্ড²) y: উচ্চতা (মিটার) Ue: স্প্রিং-জনিত স্থিতি শক্তি (জুল) k: স্প্রিং ধ্রুবক (নিউটন/মিটার) Δx: স্প্রিং-এর দৈর্ঘ্য পরিবর্তন (মিটার)

পরিভাষার সংজ্ঞা

শক্তি: একটি মৌলিক রাশি যা কোনো বস্তু কতটা কাজ করতে পারে তা বোঝায়। এর SI একক হলো জুল (J)। এছাড়াও ক্যালরি (cal) একটি প্রচলিত একক। জুল: এক নিউটন বল দিয়ে এক মিটার দূরত্বে কোনো বস্তু ঠেলতে যত শক্তি লাগে, সেটিই এক জুল। এটি নিউটন-মিটার বা ওয়াট-সেকেন্ডের সমতুল্য। ১ জুল = ১ J = ১ নিউটন × ১ মিটার = ১ ওয়াট × ১ সেকেন্ড শক্তির বিভিন্ন রূপ আছে—যেমন, গতি শক্তি, স্থিতি শক্তি, এবং তাপ শক্তি। গতি শক্তি (K): কোনো বস্তুর গতি থাকার কারণে সেটি যে শক্তি বহন করে। সূত্র: ভরের অর্ধাংশ × বেগের বর্গ। একক: জুল (J)। মাধ্যাকর্ষণজনিত স্থিতি শক্তি (UG): যখন কোনো বস্তু উচ্চতায় থাকে, তখন তার মধ্যে সঞ্চিত শক্তি। এটি নির্গত হয় যখন বস্তুটি নিচে পড়ে। সূত্র: ভর × উচ্চতা × মাধ্যাকর্ষণ ত্বরণ। স্প্রিং-জনিত স্থিতি শক্তি (UE): যখন একটি স্প্রিং টানা বা চেপে ধরা হয়, তখন তার মধ্যে জমা থাকা শক্তি। তাপ শক্তি (Q): কোনো বস্তুর তাপজনিত শক্তি, একক: জুল (J)। স্প্রিং সংকোচন (Δx): বিশ্রাম অবস্থায় থাকা স্প্রিং এবং চাপানো বা টানা অবস্থার দৈর্ঘ্যের পার্থক্য। একক: মিটার (m)। স্প্রিং ধ্রুবক (k): স্প্রিং কতটা শক্ত তা বোঝায়। এটি নির্ধারণ করে স্প্রিংকে নির্দিষ্ট দূরত্বে সংকুচিত বা প্রসারিত করতে কত বল প্রয়োগ করতে হয়। একক: নিউটন/মিটার (N/m)। জড়তা (I): একটি বস্তুর ভর এবং সেটি কিভাবে বিস্তৃত তা বোঝায়। একক: কেজি·মি²। কোণীয় বেগ (ω): একটি বস্তু ঘূর্ণন করলে তার ঘূর্ণনের হার। একক: রেডিয়ান/সেকেন্ড (rad/s)।