میکانی توانائی

طبعی علوم میں، میکانی توانائی مخفی توانائی اور حرکی توانائی کا مجموعہ ہوتا ہے۔ میکانی توانائی کی بقاء کا اصول یہ بتاتا ہے کہ اگر ایک الگ تھلگ نظام صرف قدامت پسند قوتوں کے تابع ہے، تو میکانی توانائی مستقل رہے گی۔ اگر کوئی چیز قدامت پسند خالص قوت کے مخالف سمت میں حرکت کرتی ہے تو مخفی توانائی بڑھے گی۔ اور اگر شے کی رفتار (نہ کہ ولاسٹی ) بدل جاتی ہے تو شے کی حرکی توانائی بھی بدل جاتی ہے۔ تاہم، تمام حقیقی نظاموں میں، غیر قدامت پسند قوتیں ، جیسے رگڑ کی قوتیں ، موجود ہوں گی، لیکن اگر ان کی مقدار نہ ہونے کے برابر ہو، تو میکانی توانائی میں بہت کم تبدیلی آتی ہے اور اس کا بقاء ایک مفید تخمینہ ہے۔ لچکدار تصادم میں، حرکی توانائی محفوظ رہتی ہے، لیکن غیر لچکدار تصادم میں کچھ میکانی توانائی حرارتی توانائی میں تبدیل ہو سکتی ہے۔ کھوئی ہوئی مکینیکل توانائی اور درجہ حرارت میں اضافے کے درمیان مساوات کو جیمز پریسکوٹ جول نے دریافت کیا تھا۔

میکانی نظام کی ایک مثال: ایک سیٹلائٹ صرف قدامت پسند کشش ثقل سے متاثر ہو کر زمین کے گرد چکر لگا رہا ہے۔ اس لیے اس کی میکانی توانائی محفوظ ہے۔ سیٹلائٹ کے اسراع کو سبز ویکٹر سے ظاہر کیا گیا ہے اور اس کی ولاسٹی کو سرخ ویکٹر سے ظاہر کیا گیا ہے۔ اگر سیٹلائٹ کا مدار بیضوی ہے تو سیٹلائٹ کی مخفی توانائی اور اس کی حرکی توانائی، دونوں وقت کے ساتھ مختلف ہوتے ہیں لیکن ان کا مجموعہ مستقل رہتا ہے۔

میکانی توانائی کو توانائی کی دوسری شکلوں میں یا اس سے تبدیل کرنے کے لیے بہت سے آلات استعمال کیے جاتے ہیں، مثلاً ایک الیکٹرک موٹر برقی توانائی کو میکانی توانائی میں بدلتی ہے، ایک برقی جنریٹر میکانی توانائی کو برقی توانائی میں تبدیل کرتا ہے اور ایک حرارتی انجن حرارت کو میکانی توانائی میں تبدیل کرتا ہے۔

جائزہ

توانائی ایک اسکیلر مقدار ہے اور کسی نظام کی مکینیکل توانائی ممکنہ توانائی (جس کی پیمائش نظام کے حصوں کی پوزیشن سے کی جاتی ہے) اور حرکی توانائی (جسے حرکت کی توانائی بھی کہا جاتا ہے) کا مجموعہ ہے:[1 [2]

یعنی؛

M.E.= U + K

ممکنہ توانائی، U، کسی چیز کی پوزیشن پر منحصر ہے جو کشش ثقل یا کسی دوسری قدامت پسند قوت کے تابع ہے۔ کسی شے کی کشش ثقل کی ممکنہ توانائی آبجیکٹ کے وزن W کے برابر ہوتی ہے جس کو کسی صوابدیدی ڈیٹم کے نسبت آبجیکٹ کے مرکز کشش ثقل کی اونچائی h سے ضرب کیا جاتا ہے: یعنی؛

U = W•h

حرکی توانائی، K، کسی شے کی رفتار پر منحصر ہے اور یہ کسی حرکت پزیر شے کی دوسری چیزوں پر کام کرنے کی صلاحیت ہے جب وہ ان سے ٹکراتی ہے۔ آبجیکٹ کی کمیت کو اس کی رفتار کے مربع کے ساتھ، ضرب دینے سے حاصل ہوتی ہے۔ اور اشیاء کے نظام کی کل حرکی توانائی متعلقہ اشیاء کی حرکی توانائیوں کا مجموعہ ہے:

K =1/2 m•v^2

مکینیکل توانائی کے تحفظ کا اصول یہ بتاتا ہے کہ اگر کسی جسم یا نظام کو صرف قدامت پسند قوتوں کا نشانہ بنایا جائے تو اس جسم یا نظام کی میکانکی توانائی مستقل رہتی ہے۔ قدامت پسند اور غیر قدامت پسند قوت کے درمیان فرق یہ ہے کہ جب ایک قدامت پسند قوت کسی چیز کو ایک نقطہ سے دوسرے مقام پر لے جاتی ہے تو قدامت پسند قوت کی طرف سے کیا جانے والا کام راستے سے آزاد ہوتا ہے۔ اس کے برعکس، جب ایک غیر قدامت پسند قوت کسی چیز پر عمل کرتی ہے، تو غیر قدامت پسند قوت کے ذریعے کیا جانے والا کام راستے پر منحصر ہوتا ہے۔

مکینیکل انرجی کا تحفظ

مکینیکل توانائی کے تحفظ کے اصول کے مطابق، الگ تھلگ نظام کی میکانکی توانائی اس وقت تک مستقل رہتی ہے جب تک کہ نظام رگڑ اور دیگر غیر قدامت پسند قوتوں سے پاک ہو۔ کسی بھی حقیقی صورت حال میں، رگڑ کی قوتیں اور دیگر غیر قدامت پسند قوتیں موجود ہوتی ہیں، لیکن بہت سے معاملات میں نظام پر ان کے اثرات اتنے کم ہوتے ہیں کہ میکانی توانائی کے تحفظ کے اصول کو منصفانہ اندازے کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اگرچہ توانائی پیدا یا تباہ نہیں کی جا سکتی ہے، لیکن اسے توانائی کی دوسری شکلوں میں تبدیل کیا جا سکتا ہے۔

جھولنے والا پیڈولم

ایک مکینیکل سسٹم میں جیسے جھولتے پینڈولم کو قدامت پسند کشش ثقل کی قوت کا نشانہ بنایا جاتا ہے جہاں رگڑ کی قوتیں جیسے ہوا کی گھسیٹ اور محور پر رگڑ نہ ہونے کے برابر ہوتی ہے، توانائی حرکی اور ممکنہ توانائی کے درمیان آگے پیچھے ہوتی ہے لیکن نظام کو کبھی نہیں چھوڑتی ہے۔ پینڈولم عمودی پوزیشن میں ہونے پر سب سے زیادہ حرکی توانائی اور کم سے کم ممکنہ توانائی تک پہنچتا ہے، کیونکہ اس کی رفتار سب سے زیادہ ہوگی اور اس مقام پر زمین کے قریب ترین ہوگا۔ دوسری طرف، اس کی جھول کی انتہائی پوزیشنوں پر اس کی کم سے کم حرکی توانائی اور سب سے زیادہ ممکنہ توانائی ہوگی، کیونکہ اس کی رفتار صفر ہے اور یہ ان مقامات پر زمین سے سب سے دور ہے۔ تاہم، جب رگڑ کی قوتوں کو مدنظر رکھا جائے تو، نظام، غیر قدامت پسند قوتوں کے ذریعے پینڈولم پر کیے گئے منفی کام کی وجہ سے، ہر جھولے کے ساتھ مکینیکل توانائی کھو دیتا ہے۔

ناقابل واپسی

یہ کہ نظام میں مکینیکل توانائی کا نقصان ہمیشہ نظام کے درجہ حرارت میں اضافے کا باعث بنتا ہے، یہ ایک طویل عرصے سے معلوم ہے، لیکن یہ شوقیہ ماہر طبیعیات جیمز پریسکاٹ جول تھا جس نے سب سے پہلے تجرباتی طور پر یہ ظاہر کیا کہ رگڑ کے خلاف کیے جانے والے کام کی ایک خاص مقدار کا نتیجہ کیسے نکلتا ہے۔ حرارت کی ایک مقررہ مقدار جسے مادے پر مشتمل ذرات کی بے ترتیب حرکت کے طور پر تصور کیا جانا چاہیے۔ مکینیکل توانائی اور حرارت کے درمیان یہ مساوات خاص طور پر اہم ہے جب ٹکرانے والی اشیاء پر غور کیا جائے۔ لچکدار تصادم میں، مکینیکل توانائی محفوظ رہتی ہے یعنی ٹکرانے والی اشیاء کی مکینیکل توانائیوں کا مجموعہ تصادم سے پہلے اور بعد میں ایک جیسا ہوتا ہے۔ ایک غیر لچکدار تصادم کے بعد، تاہم، نظام کی مکینیکل توانائی بدل جاتی ہے۔ عام طور پر، تصادم سے پہلے مکینیکل توانائی تصادم کے بعد میکانکی توانائی سے زیادہ ہوتی ہے۔ غیر لچکدار تصادم میں، ٹکرانے والی اشیاء کی کچھ مکینیکل توانائی اجزاء کے ذرات کی حرکی توانائی میں تبدیل ہو جاتی ہے۔ اجزاء کے ذرات کی حرکی توانائی میں یہ اضافہ درجہ حرارت میں اضافے کے طور پر سمجھا جاتا ہے۔ تصادم کو یہ کہہ کر بیان کیا جا سکتا ہے کہ ٹکرانے والی اشیاء کی کچھ میکانکی توانائی مساوی حرارت میں تبدیل ہو گئی ہے۔ اس طرح، نظام کی کل توانائی بدستور برقرار ہے حالانکہ نظام کی مکینیکل توانائی کم ہو گئی ہے۔

تبادلہ

آج کل، بہت سے تکنیکی آلات مکینیکل توانائی کو توانائی کی دوسری شکلوں میں تبدیل کرتے ہیں یا اس کے برعکس۔ ان آلات کو ان زمروں میں رکھا جا سکتا ہے:

• ایک برقی موٹر برقی توانائی کو مکینیکل توانائی میں تبدیل کرتی ہے۔

• ایک جنریٹر مکینیکل توانائی کو برقی توانائی میں تبدیل کرتا ہے۔

• ایک ہائیڈرو الیکٹرک پاور پلانٹ اسٹوریج ڈیم میں پانی کی مکینیکل توانائی کو برقی توانائی میں تبدیل کرتا ہے۔

• ایک اندرونی دہن انجن ایک ہیٹ انجن ہے جو ایندھن کو جلا کر کیمیائی توانائی سے مکینیکل توانائی حاصل کرتا ہے۔ اس مکینیکل توانائی سے، اندرونی دہن انجن اکثر بجلی پیدا کرتا ہے۔

• بھاپ کا انجن بھاپ کی حرارت کی توانائی کو مکینیکل توانائی میں تبدیل کرتا ہے۔

• ایک ٹربائن گیس یا مائع کے دھارے کی حرکی توانائی کو مکینیکل توانائی میں تبدیل کرتی ہے۔

توانائی کی دیگر اقسام سے امتیاز

توانائی کی مختلف اقسام میں درجہ بندی اکثر قدرتی علوم میں مطالعہ کے شعبوں کی حدود کی پیروی کرتی ہے۔

• کیمیائی توانائی کیمیکل بانڈز میں "ذخیرہ شدہ" ممکنہ توانائی کی قسم ہے اور اس کا مطالعہ کیمسٹری میں کیا جاتا ہے۔

• جوہری توانائی ایٹم نیوکلئس میں ذرات کے درمیان تعامل میں ذخیرہ شدہ توانائی ہے اور اس کا مطالعہ جوہری طبیعیات میں کیا جاتا ہے۔

• برقی مقناطیسی توانائی برقی چارجز، مقناطیسی میدانوں اور فوٹونز کی شکل میں ہوتی ہے۔ اس کا مطالعہ برقی مقناطیسیت میں کیا جاتا ہے۔

• کوانٹم میکانکس میں توانائی کی مختلف شکلیں؛ جیسے، الیکٹران کی توانائی کی سطح۔

حواشی

• ^ یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ مکینیکل توانائی کی پیمائش کرتے وقت، کسی شے کو مجموعی طور پر سمجھا جاتا ہے، جیسا کہ آئزک نیوٹن نے اپنے پرنسپیا میں کہا ہے: "مکمل کی حرکت حصوں کی حرکات کے مجموعے کے برابر ہے۔ یعنی اس کے اعضاء کا ان کی جگہ سے بدلنا اور اس طرح پورے کا مقام حصوں کے مقامات کے مجموعے کے برابر ہے اور اس لیے اندرونی اور پورے جسم میں ہے۔"

• ^ طبیعیات میں، رفتار ایک اسکیلر مقدار ہے اور ولاسٹی ایک ویکٹر مقدار ہے۔ رفتار ایک سمت کے ساتھ ولاسٹی ہے اور اس وجہ سے کسی چیز کی رفتار کو تبدیل کیے بغیر ولاسٹی تبدیل ہو سکتی ہے کیونکہ رفتار ایک ولاسٹی کی عددی شدت ہے۔

حوالہ جات

• ^ Jump up to:a b c d e Wilczek, Frank (2008). "Conservation laws (physics)". AccessScience. McGraw-Hill Companies. Archived from the original on 2013-07-19. Retrieved 2011-08-26.

• ^ Jump up to:a b "mechanical energy". The New Encyclopædia Britannica: Micropædia: Ready Reference. Vol. 7 (15th ed.). 2003.