விசை, இயக்கம் மற்றும் ஆற்றல்

இயற்பியலின் அடிப்படைத் தூண்களாக விளங்குபவை விசை, இயக்கம் மற்றும் ஆற்றல். ஒரு பொருளின் நிலை மாற்றத்திற்கும், அதன் செயல்பாட்டிற்கும் இவை மூன்றும் மிக முக்கியமான காரணிகளாக உள்ளன. போட்டித் தேர்வுகளில் இப்பாடம் மிக முக்கிய இடத்தைப் பிடித்துள்ளது. இந்த அத்தியாயத்தில், நாம் இவற்றின் அடிப்படைக் கோட்பாடுகள், விதிகள் மற்றும் நடைமுறைப் பயன்பாடுகளை விரிவாகக் காண்போம்.

1. இயக்கம் (Motion)

ஒரு பொருள் தனது சூழலைப் பொறுத்து காலத்தைப் பொறுத்து தனது இடத்தைச் மாற்றிக்கொண்டால், அது இயக்கம் எனப்படும். இயக்கத்தை நாம் பல்வேறு வகைகளாகப் பிரிக்கலாம்:

• நேர்க்கோட்டு இயக்கம்: ஒரு பொருள் நேர்க்கோட்டில் பயணிப்பது.
• வட்ட இயக்கம்: ஒரு பொருள் வட்டப் பாதையில் பயணிப்பது.
• அலைவு இயக்கம்: ஒரு பொருள் ஒரு புள்ளியை மையமாகக் கொண்டு முன்னும் பின்னும் அலைவது.
• சுழற்சி இயக்கம்: ஒரு அச்சை மையமாகக் கொண்டு பொருள் சுழலுவது.

தொலைவு மற்றும் இடப்பெயர்ச்சி

ஒரு பொருள் பயணித்த மொத்தப் பாதை 'தொலைவு' (Distance) எனப்படும். இது ஒரு ஸ்கேலார் அளவு. ஒரு பொருளின் ஆரம்ப நிலைக்கும் இறுதி நிலைக்கும் இடைப்பட்ட மிகக் குறைந்த நேர்க்கோட்டுத் தூரம் 'இடப்பெயர்ச்சி' (Displacement) எனப்படும். இது ஒரு வெக்டார் அளவு.

2. நியூட்டனின் இயக்க விதிகள்

சர் ஐசக் நியூட்டன் இயக்கவியலில் மூன்று முக்கிய விதிகளை வகுத்தார். இவை இயந்திரவியலின் அடிப்படை விதிகள் ஆகும்.

முதல் விதி (நிலைம விதி - Law of Inertia)

புற விசை ஏதும் செயல்படாத வரை, ஒரு பொருள் தனது ஓய்வு நிலையிலோ அல்லது சீரான இயக்க நிலையிலோ தொடர்ந்து இருக்கும். இதையே நிலைமம் என்கிறோம். உதாரணமாக, பேருந்து திடீரென நிற்கும்போது பயணிகள் முன்னோக்கிச் சாய்தல் நிலைமத்திற்குச் சிறந்த உதாரணம்.

இரண்டாம் விதி (விசையின் விதி - Law of Force)

ஒரு பொருளின் மீது செயல்படும் விசை, அந்தப் பொருளின் உந்த மாறுபாட்டு வீதத்திற்குச் சமம். இதன் கணித வடிவம்: F = ma (விசை = நிறை × முடுக்கம்). விசை அதிகரிக்கும்போது முடுக்கமும் அதிகரிக்கும்.

மூன்றாம் விதி (வினை மற்றும் எதிர்வினை விதி)

ஒவ்வொரு வினைக்கும் அதற்குச் சமமான மற்றும் எதிர் திசையிலான எதிர்வினை உண்டு. துப்பாக்கியால் சுடும்போது பின்னோக்கிச் செல்லும் விசை, ராக்கெட் ஏவுதல் போன்றவை இதற்கு உதாரணங்கள்.

3. விசை (Force)

ஒரு பொருளின் ஓய்வு நிலையை மாற்றவோ, இயக்க நிலையை மாற்றவோ அல்லது வடிவத்தை மாற்றவோ தேவைப்படும் தள்ளுதல் அல்லது இழுத்தல் விசை எனப்படும். விசையின் SI அலகு 'நியூட்டன்' (N) ஆகும்.

மையநோக்கு மற்றும் மையவிலக்கு விசை

வட்டப்பாதையில் இயங்கும் பொருளை மையத்தை நோக்கி இழுக்கும் விசை மையநோக்கு விசை. இதற்கு நேர்மாறாகச் செயல்படும் போலி விசை மையவிலக்கு விசை ஆகும். சலவை இயந்திரத்தில் துணிகளை உலர்த்தும் முறை மையவிலக்கு விசைக்கு உதாரணம்.

4. ஆற்றல் (Energy)

வேலை செய்வதற்கான திறனே ஆற்றல் எனப்படும். ஆற்றல் ஆக்கப்படவோ, அழிக்கப்படவோ முடியாது; ஒரு வடிவத்திலிருந்து மற்றொரு வடிவத்திற்கு மாற்ற மட்டுமே முடியும். இதுவே ஆற்றல் மாறாக் கோட்பாடு.

ஆற்றலின் வகைகள்

• இயக்க ஆற்றல் (Kinetic Energy): இயக்கத்தில் உள்ள ஒரு பொருள் பெற்றுள்ள ஆற்றல். சூத்திரம்: K.E = ½mv²
• நிலை ஆற்றல் (Potential Energy): ஒரு பொருள் அதன் நிலையினால் பெற்றுள்ள ஆற்றல். சூத்திரம்: P.E = mgh

5. வேலை மற்றும் திறன் (Work and Power)

ஒரு பொருளின் மீது விசை செயல்பட்டு, அப்பொருள் இடப்பெயர்ச்சி அடைந்தால் வேலை நடைபெறுகிறது எனலாம். வேலை (W) = விசை (F) × இடப்பெயர்ச்சி (d) × cosθ.

வேலை செய்யும் வீதம் 'திறன்' (Power) எனப்படும். திறன் = வேலை / காலம். இதன் அலகு வாட் (Watt) ஆகும்.

6. உராய்வு விசை (Friction)

இரண்டு பரப்புகளுக்கு இடையே ஏற்படும் சார்பு இயக்கத்தைத் தடுக்கும் விசை உராய்வு விசை. இது இயக்கத்திற்கு எதிர் திசையில் செயல்படும். உராய்வு இல்லையெனில் நம்மால் நடக்க முடியாது.

7. போட்டித் தேர்வுக்கான முக்கியக் குறிப்புகள்

• முடுக்கம் (Acceleration): திசைவேக மாற்ற வீதம். அலகு: m/s².
• உந்தம் (Momentum): நிறை மற்றும் திசைவேகத்தின் பெருக்கற்பலன். P = mv.
• ஈர்ப்பு விசை: பிரபஞ்சத்தில் உள்ள எந்த இரு பொருட்களுக்கும் இடையே உள்ள ஈர்ப்பு விசை அவற்றின் நிறைகளின் பெருக்கற்பலனுக்கு நேர்த்தகவிலும், இடைப்பட்ட தூரத்தின் வர்க்கத்திற்கு எதிர்த்தகவிலும் இருக்கும்.

இந்த அடிப்படைத் தத்துவங்களைச் சரியாகப் புரிந்துகொள்வதன் மூலம், இயற்பியல் தொடர்பான எந்தவொரு வினாக்களையும் எளிதில் அணுக முடியும். தொடர்ந்து பயிற்சி செய்யவும், கருத்துகளைப் புரிந்துகொண்டு படிக்கவும்.

[இப்பகுதி இன்னும் 8 பக்கங்கள் வரை விரிவுபடுத்தப்பட வேண்டியது, பாடத்திட்டத்தின் ஆழத்தை அதிகரிக்க மேற்கூறிய தலைப்புகளில் கூடுதல் கணக்கீடுகள் மற்றும் முந்தைய ஆண்டு வினாக்களை இணைக்க வேண்டும்.]