कार्य आणि उर्जा | अन्न व नागरी पुरवठा भरतीसाठी अभ्यास साहित्य

कार्य आणि ऊर्जा

कार्य आणि ऊर्जा: सामान्यत: कोणत्याही शारीरिक कृतीला कार्य म्हणून संबोधण्याल्या जाते. आपण चालतो किंवा धावतो तेंव्हा आपल्या शरीरातील ऊर्जा कार्य करण्यासाठी उपयोगात आणली जाते. त्याचप्रमाणे बौद्धिक कृतीलासुद्धा कार्य म्हटल्या जाते. जसे आपण सर्व परीक्षांसाठी अभ्यास करतो हे देखील एक मानसिक कार्य आहे. भौतिकशास्त्रात आपण भौतिक कार्याचा विचार करतो. भौतिकशास्त्रात कार्य या शब्दाला विशिष्ट अर्थ आहे. कोणतेही कार्य संपन्न करण्यासाठी उर्जेची आवश्यकता असते. आगामी काळातील सरळ सेवा स्पर्धा परीक्षा WRD जलसंपदा विभाग, राज्य उत्पादन शुल्क भरती 2023 आणि इतर सर्व स्पर्धापरीक्षेच्या दृष्टीने कार्य आणि उर्जा अतिशय महत्वाचा घटक आहे. आज या लेखात आपण कार्य आणि उर्जा बद्दल सविस्तर माहिती पाहणार आहोत.

कार्य आणि ऊर्जा: विहंगावलोकन

एखाद्या वस्तूवर बल प्रयुक्त केले असता त्या वस्तूचे विस्थापन झाल्यास शास्त्रीयदृष्ट्या कार्य घडून आले असे म्हणतात. कोणतेही कार्य करण्यासठी उर्जेची आवश्यकता असते. या लेखात कार्य आणि उर्जा याबद्दल माहिती प्रदान करण्यात आली आहे.

कार्य आणि ऊर्जा: कार्याबद्दल थोडक्यात माहिती

एकाद्या वस्तूला एका ठिकाणावरून दुसऱ्या ठिकाणावर नेले जाते त्यास विस्थापन (displacement) असे म्हणतात. एखाद्या वस्तूवर बल प्रयुक्त केले असता त्या वस्तूचे विस्थापन झाल्यास शास्त्रीयदृष्ट्या कार्य घडून आले. पदार्थावर प्रयुक्त केलेल्या बलाने केलेले कार्य हे बलाचे परिमाण आणि पदार्थाचे बलाच्या दिशेने झालेले विस्थापन यांच्या गुणाकाराइतके असते.

कार्य = बल × विस्थापन

धन, ऋण आणि शून्य कार्य

• ज्या वेळेस बलाची व विस्थापनाची दिशा एकच असते त्या वेळेस त्या बलाने केलेले कार्य धन कार्य असते.
• ज्या वेळेस बलाची व विस्थापनाची दिशा एकमेकांच्या या विरुद्ध असते त्या वेळेस त्या बलाने केलेले कार्य ऋण कार्य असते.
• ज्या वळे से बल लावले असता विस्थापन होत नाही किंवा बल व विस्थापन एकमेकांच्या लंबरूप असतात तेव्हा ते कार्य शून्य असते.

कार्य आणि ऊर्जा: कार्याचे एकक

आपल्याला माहिती आहे कि, कार्य = बल × विस्थापन.

SI पद्धतीत बलाचे एकक न्यूटन (N) व विस्थापनाचे एकक मीटर (m) आहे. म्हणून कार्याचे एकक न्यूटन-मीटर आहे. यालाच ज्यूल असे म्हणतात.

1 ज्यूल: 1 न्यूटन बलाच्या क्रियेमुळे वस्तूचे बलाच्या दिशेने 1 मीटर विस्थापन होत असल्यास घडून आलेले कार्य 1 ज्यूल होय. म्हणून 1 ज्यूल = 1 न्यूटन × 1 मीटर

CGS पद्धतीत बलाचे एकक डाईन व विस्थापनाचे एकक सेंटिमीटर (cm) आहे. म्हणून कार्याचे एकक डाईन-सेंटिमीटर आहे. यालाच अर्ग असे म्हणतात.

अर्ग: 1 डाईन बलाच्या क्रियेमुळे वस्तूचे बलाच्या दिशेने 1 सेंटीमीटर विस्थापन होत असल्यास घडून आलेले कार्य 1 अर्ग होय. म्हणून 1 अर्ग = 1 डाईन × 1 सेमी

ज्यूल आणि अर्ग यामधील संबंध: 1 ज्यूल =107 अर्ग

कार्य आणि ऊर्जा: ऊर्जेबद्दल थोडक्यात माहिती

कार्य करण्याच्या क्षमतेलाच ऊर्जा म्हणतात. कार्य आणि ऊर्जेची एककेसारखीच आहेत. SI पद्धतीत एकक ज्यूल व CGS पद्धतीतील एकक अर्ग (erg) आहे. ऊर्जा विविध रूपात आढळते जसे यांत्रिक, उष्णता, प्रकाश, ध्वनी, विद्युत, चुंबकीय रासायनिक, अणू, सौर उर्जा इत्यादी. खाली उर्जेच्या सर्व रूपांबद्दल माहिती देण्यात आली आहे.

कार्य आणि ऊर्जा: ऊर्जेची रूपे

उर्जा ही विविध स्वरुपात आढळल्या जाते. ऊर्जेची विविध रूपांबद्दल सविस्तर माहिती खाली देण्यात आली आहे.

यांत्रिक उर्जा: यांत्रिक कार्य करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या ऊर्जेला यांत्रिक ऊर्जा असे म्हणतात. स्थितिज ऊर्जा व गतिज ऊर्जा असे यांत्रिक ऊर्जेचे दोन प्रकार आहेत. स्थितिज ऊर्जा (Potential Energy) स्थितीमुळे, तर गतिज ऊर्जा (Kinetic Energy) गतीमुळे प्राप्त होते.

स्थितिज ऊर्जा (Potential Energy): पदार्थाच्या विशिष्ट स्थितीमुळे किंवा स्थानामुळे त्यात जी ऊर्जा सामावलेली असते तिला स्थितिज ऊर्जा असे म्हणतात.

गतिज ऊर्जा (Kinetic Energy): पदार्थाच्या गतिमान अवस्थेमुळे पदार्थास प्राप्त झालेल्या ऊर्जेस गतिज ऊर्जा म्हणतात.

उष्णता ऊर्जा: सूर्यामुळे पृथ्वीला योग्य प्रमाणात उष्णता मिळते, म्हणून वातावरणाचे तापमान सजीवसृष्टीस अनुकूल असे राखले जाते. इंधनाच्या ज्वलनाने उष्णतेची निर्मिती होते. स्वयंपाकघरात उष्णता ऊर्जेचा सतत वापर होतो. उष्णता हे एक ऊर्जेचे रूप आहे. सूर्यप्रकाशात उष्णता ऊर्जा असते. ही कॅलरी या एककात मोजली जाते

प्रकाश ऊर्जा: सूर्यप्रकाशाच्या साहाय्याने वनस्पती अन्न तयार करतात म्हणजे प्रकाश ऊर्जेचे रूपांतरण अन्नातील ऊर्जेत होते. या अन्नाचा वापर वनस्पती आणि प्राणी त्यांची कामे करण्यासाठी करतात म्हणजे प्रकाश हे ऊर्जेचे रूप आहे हे समजते.

ध्वनी ऊर्जा: मोठ्या आवाजामुळे खिडकांच्या काचांना तडे गेलेले तुम्ही पाहिले असेल. त्याचप्रमाणे खेळण्यातील काही मोटारींची हालचाल नियंत्रित करण्यासाठी ध्वनीचा वापर केला जातो, म्हणजे ध्वनीमुळे काही कार्ये होतात यावरून, ध्वनी हे ऊर्जेचे एक रूप आहे हे लक्षात येते.

कार्य आणि ऊर्जा: ऊर्जा रूपांतरण

ऊर्जेचेएका प्रकारातून दुसऱ्या प्रकारात रूपांतरण करता येते. उदाहरणार्थ दिवाळीतील फटाके उडवल्यावर त्यातील रासायनिक ऊर्जा ध्वनी, प्रकाश व उष्णता ह्या ऊर्जांमध्ये रूपांतरित होते.

ऊर्जा अक्षय्यतेचा नियम (Law of Conservation of Energy): ऊर्जानिर्माण करता येत नाही आणि नष्टही करता येत नाही. तिचे एका प्रकारातून दुसऱ्या प्रकारात रूपांतर करता येते. तथापि विश्वातील एकूण ऊर्जा सदैव अक्षय्य राहते.

कार्य आणि ऊर्जा: ऊर्जा स्रोत

ऊर्जा मिळण्याची साधने म्हणजे ऊर्जा स्रोत होय. ऊर्जा स्रोताचे दोन प्रकारांत वर्गीकरण करता येईल.

• पारंपरिक ऊर्जा स्रोत किंवा अनवीकरणीय ऊर्जा स्रोत
• अपारंपरिक ऊर्जास्रोत किंवा नवीकरणीय ऊर्जास्रोत

पारंपारिक ऊर्जा स्त्रोत

पारंपरिक ऊर्जा स्रोत किंवा अनवीकरणीय ऊर्जा स्रोत शतकानुशतके मानव ज्या ऊर्जा स्रोतांचा वापर करतो आहे, त्या ऊर्जा स्रोतांना ‘पारंपरिक ऊर्जा स्रोत’ म्हणतात. पारंपरिक ऊर्जा स्रोतांमध्ये गाई-म्हशींच्या शेणापासून बनवलेल्या गोवऱ्या, वनस्पतींचा पालापाचोळा तसेच लाकूड, कोळसा व अलीकडील काळातील जीवाश्म इंधने जसे, पेट्रोल, डिझेल, नैसर्गिक वायू यांचा समावेश होतो. हे ऊर्जा स्रोत आपल्याला पुन्हा निर्माण करता येत नाहीत.

वाढती लोकसंख्या व ऊर्जा स्रोतांचा वाढता वापर लक्षात घेता कोळसा, पेट्रोल, डिझेल, खनिज तेल, नैसर्गिक वायू यांचे साठे मर्यादित असल्याने ते संपून जाण्याचा धोका निर्माण झाला आहे. म्हणून पारंपरिक ऊर्जा स्रोतांना पर्यायी व पूरक स्रोत वापरणे श्रेयस्कर ठरणार आहे.

अपारंपरिक ऊर्जास्रोत किंवा नवीकरणीय ऊर्जास्रोत

या ऊर्जास्रोतांचा वापर पूर्वपरंपरेने करण्यात येत नव्हता. हे ऊर्जा स्रोत अक्षय व अखंड आहेत व विविध स्वरूपांत ते पुन्हा वापरले जातात.

सौर ऊर्जा: सूर्यापासून मिळणारी ऊर्जा अखंड व प्रचंड स्वरूपात आहे. पृथ्वीवर उपलब्ध असणाऱ्या सर्व ऊर्जेच्या मुळाशी सौर ऊर्जाच आहे. सौर ऊर्जा उपयोगात आणण्यासाठी नवनवीन साधने विकसित करण्यात आली आहेत. जसे, सौर चूल, सौर जलतापक, सौर शुष्कक, सौरविदयुत घट इत्यादी.

पवन ऊर्जा: वेगाने वाहणाऱ्या वाऱ्याचा वापर करून पवनचक्कीवारे विदयुत निर्मिती केली जाते. पवनचक्कीचा वापर विहिरीतील पाणी काढण्यासाठीसुद्धा केला जातो.

जलविद्युत ऊर्जा: उंच ठिकाणी धरणामध्ये साठवलेले पाणी बोगदयाच्या साहाय्याने खाली आणून जनित्राची पाती फिरवली जातात. अशा पद्धतीने वीजनिर्मिती करणाऱ्या केंद्रांना ‘जलविद्युत केंद्र’ म्हणतात. महाराष्ट्रात कोयना धरणावर मोठा जलविद्युत प्रकल्प कार्यरत आहे. इतर धरणांवरही लहान जलविद्युत प्रकल्प कार्यरत आहेत.

अणू ऊर्जा: वीजटंचाईचे गंभीर संकट लक्षात घेता अणू ऊर्जेद्वारे विजेचे उत्पादन करता येते. युरेनिअम, थोरिअम यांसारख्या जड मूलद्रव्यातील अणुंच्या विघटनातून निघणाऱ्या उष्णतेचा वापर करून वीजनिर्मिती केली जाते.

कार्य आणि ऊर्जा: नमुना प्रश्न 

Q1. पदार्थाच्या गतिमान अवस्थेमुळे पदार्थास प्राप्त झालेल्या ऊर्जेस ______ ऊर्जा म्हणतात.

1. स्थितिज
2. गतिज
3. उष्णता
4. ध्वनी

उत्तर (b)

Q2. 1 ज्यूल =____ अर्ग

1. 107
2. 108
3. 109
4. 117

उत्तर (a)

Q3. कार्य = _____ × विस्थापन.

1. डाईन
2. उष्णता
3. बल
4. अर्ग

अड्डा 247 मराठी अँप | अड्डा 247 मराठी टेलिग्राम ग्रुप

Sharing is caring!