कार्य तथा ऊर्जा
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कार्य तथा ऊर्जा-

1-कार्य:

 विज्ञान में हम उन सब कारणों को कार्य कहते हैं, जिनमें किसी वस्तु पर बल लगाने से वस्तु की स्थिति में परिवर्तन हो जाता है।

किसी वस्तु पर जितना अधिक बल लगाया जाता है तथा जितना अधिक वस्तु की स्थिति में विस्थापन होता है, कार्य उतना ही अधिक होता है। अत: कार्य की माप लगाये गये बल तथा बल की दिशा में वस्तु के गुणनफल के बराबर होती है। अर्थात्

कार्य = बल × बल की दिशा में विस्थापन

यदि किसी पिण्ड पर F बल लगाने से पिण्ड में बल की दिशा में ΔS विस्थापन हो तो बल द्वारा किया गया कार्य

W = F x ΔS

यदि बल F, पिण्ड के विस्थापन की दिशा में होकर उससे θ कोण बना रहा हो, तब किया गया कार्य

W = F Cosθ × ΔS

कार्य तथा ऊर्जा
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2-उर्जा

जब किसी वस्तु में कार्य करने की क्षमता होती है, तो कहा जाता है कि वस्तु में ऊर्जा है, जैसे-गिरते हुए हथौड़े, चलती हुई बन्दूक की गोली, तेज गति से बहता झरना, ऊष्मा इंजन, विद्युत सेल आदि ऐसी वस्तुयें हैं, जो कार्य कर सकती हैं। अत: इनमें ऊर्जा व कार्य एक दूसरे के समरूप हैं। ऊर्जा का मात्रक भी जूल होता है। यह दो प्रकार की होती है –

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  1. गतिज ऊर्जा: बन्दूक चलाने पर उसकी नली से निकलने वाली गोली में इतनी शक्ति होती है कि वह सामने की दीवार को भेद सकती है। इस उदाहरण में गति प्रदान कर द्रव्यमान को ऊर्जा दी गई।

द्रव्यमान में गति के कारण ऊर्जा को गतिज ऊर्जा कहते हैं।

माना m द्रव्यमान की कोई वस्तु v वेग से गतिमान है तो –

गतिज ऊर्जा = [latex]\frac { 1 }{ 2 } m{ v }^{ 2 }[/latex]

गतिज ऊर्जा = [latex]\frac { 1 }{ 2 }[/latex]द्रव्यमान/(वेग)2

गजित ऊर्जा सदैव धनात्मक होती है।

  1. स्थिजित ऊर्जा: किसी वस्तु की विशेष अवस्था अथवा स्थिति के कारण उसमें कार्य करने की जो क्षमता होती है, उसे वस्तु की स्थितिज ऊर्जा कहते हैं। उदाहरणस्वरूप दवी हुई स्प्रिंग, घड़ी में चाबी भरना, पृथ्वी से कुछ ऊंचाई पर स्थित वस्तु आदि में स्थितिज ऊर्जा संचित होती है।

स्थितिज ऊर्जा के कई रूप होते हैं, जैसे- प्रत्यास्थ स्थितिज उर्जा, गुरुत्वीय स्थितिज उर्जा, वैद्युत स्थितिज उर्जा, चुम्बकीय ऊर्जा, रासायनिक ऊर्जा, नाभिकीय ऊर्जा आदि।

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गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा

जब वस्तु को ऊपर उठाते हैं, तो गुरुत्व बल के विरुद्ध किया गया कार्य ही उसमें ऊर्जा के रूप में एकत्र हो जाता है। किसी वस्तु की ऊँचाई पर ले जाने में उसमें जो ऊर्जा आ जाती है, उसे गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा कहते हैं।

यदि m द्रव्यमान का पिण्ड पृथ्वी तल से h ऊंचाई पर स्थित है, तो वस्तु की गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा = mgh जहाँ g गुरुत्वीय त्वरण है।

ऊर्जा का रूपान्तरण

भौतिक जगत में सभी प्रक्रियाओं में किसी न किसी प्रकार ऊर्जा का एक या अधिक रूपों में रूपान्तरण होता रहता है। उदाहरणार्थ, जब दो गतिमान वस्तुयें एक-दूसरे से टकराती हैं तो उनमें ध्वनि व ऊष्मा उत्पन्न होती है। ध्वनि व ऊष्मा भी ऊर्जा के एक रूप हैं। जब किसी वस्तु को बहुत अधिक गर्म करते हैं तो उसमें प्रकाश उत्पन्न होता है, जो कि ऊर्जा का एक रूप है। वैद्युत ऊर्जा, चुम्बकीय ऊर्जा की ऊर्जा के रूप है, जिनका एक-दूसरे में रूपान्तरण किया जा सकता है।

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3-महत्वपूर्ण प्रश्न उत्तर-

प्रश्न संख्या (1) निम्न सूचीबद्ध क्रियाकलापों को ध्यान से देखिए। अपनी कार्य शब्द की व्याख्या के आधार पर तर्क दीजिए कि इनमें कार्य हो रहा है अथवा नहीं।

(a) सूमा एक तालाब में तैर रही है।

(b) एक गधे ने अपनी पीठ पर बोझा उठा रखा है।

(c) एक पवन चक्की (विंड मिल) कुएँ से पानी उठा रही है।

(d) एक हरे पौधे में प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया हो रही है।

(e) एक ईंजन ट्रेन को खींच रहा है।

(f) अनाज के दाने सूर्य की धूप में सूख रहे हैं।

(g) एक पाल नाव पवन उर्जा के कारण गतिशील है।

उत्तर

हम जानते हैं कि किया गया कार्य (W) = बल (F) × विस्थापन (s)

अर्थात वैज्ञानिक दृष्टिकोण से कार्य होने के लिए दो शर्तों का होना अनिवार्य है। पहला वस्तु पर बल का लगना अनिवार्य है तथा दूसरा वस्तु का विस्थापन अनिवार्य है।

चूँकि, किया गया कार्य (W) = बल (F) × विस्थापन (s)

अत: बल या विस्थापन किसी के भी शून्य होने पर किया गया कार्य शून्य हो जायेगा।

(a) सूमा एक तालाब में तैर रही है।

उत्तर:

तैरने के क्रम में पानी पर बल लगाया जाता है, तथा विस्थापन होता है, अत: कार्य हो रहा है।

अत: जब सूमा तालाब में तैर रही है, तो कार्य हो रहा है।

(b) एक गधे ने अपनी पीठ पर बोझा उठा रखा है।

हल:

इसमें दो स्थिति हो सकती है।

(i) यदि गधे ने पीठ पर बोझा उठाकर एक ही जगह खड़ा है, तो विस्थापन शून्य होगा। इस स्थिति में कार्य नहीं हो रहा है।

(ii) दूसरी स्थिति में यदि गधा बोझ के साथ थोड़ा भी चल रहा है, अर्थात यदि विस्थापन हो रहा है, तब कार्य हो रहा है।

(c) एक पवन चक्की (विंड मिल) कुँए से पानी उठा रही है।

Answer: यहाँ बल की दिशा में विस्थापन हो रहा है, अत: कार्य हो रहा है।

(d) एक हरे पौधे में प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया हो रही है।

Answer:प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में चूँकि कोई विस्थापन नहीं हो रहा है, अत: वैज्ञानिक दृष्टिकोण से कार्य नहीं हो रहा है।

(e) एक ईंजन ट्रेन को खींच रहा है।

Answer: ईंजन द्वारा ट्रेन के खींचने में बल लग रहा है, तथा बल की दिशा में विस्थापन भी हो रहा है, अत: कार्य हो रहा है।

(f) अनाज के दाने सूर्य की धूप में सूख रहे हैं।

उत्तर: यहाँ चूँकि कोई बल नहीं लग रहा है तथा न ही विस्थापन हो रहा है, अत: कार्य नहीं हो रहा है।

(g) एक पाल नाव पवन उर्जा के कारण गतिशील है।

Answer:यहाँ चूँकि हवा द्वारा बल लगाया जा रहा है, जिससे नाव का विस्थापन हो रहा है, अत: कार्य हो रहा है।

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