बलाने केलेले कार्य (work) वस्तूने मार्गक्रमण केलेल्या मार्गावर अवलंबून न राहता केवळ सुरुवातीच्या आणि अंतिम स्थितीवर अवलंबून असते, या बलाला अक्षय्य बल असे म्हणतात. अशा बलाच्या प्रभावाखाली वस्तू एका बंद मार्गावर फिरून पुन्हा प्रारंभीच्या स्थितीत आली, तर त्या बलाने केलेले एकूण कार्य शून्य असते, ही या संकल्पनेची मूलभूत ओळख आहे.
अक्षय्य बलाची संकल्पना यामिकी (mechanics) आणि ऊर्जा संकल्पनेच्या विकासातून उदयास आली. न्यूटनच्या गती नियमानंतर कार्य आणि ऊर्जा यांतील संबंध स्पष्ट करताना असे आढळले की, काही विशिष्ट बलांसाठी ऊर्जेची अक्षय्यता नियम (law of conservation of energy) थेट लागू होतो. या निरीक्षणावरून अक्षय्य बल आणि स्थितिज ऊर्जा (potential energy) यांचा घनिष्ठ संबंध मांडण्यात आला. या संकल्पनेत प्रणाली बाह्य अपव्यय करणाऱ्या प्रभावांपासून मुक्त आहे असे गृहित धरले जाते.
गुरुत्वाकर्षण बल हे अक्षय्य बलाचे परिचित उदाहरण आहे. एखादी वस्तू जमिनीपासून ठरावीक उंचीवर उचलली असता तिच्यावर गुरुत्वाकर्षणाच्या विरुद्ध दिशेने कार्य करावे लागते आणि त्या कार्याच्या रूपाने स्थितिज ऊर्जा साठवली जाते. ही वस्तू सरळ खाली किंवा तिरक्या मार्गाने खाली आणली, तरी अंतिम उंची समान असल्यास गुरुत्वाकर्षणाने केलेले कार्य समानच राहते. स्प्रिंग हे अक्षय्य बलाचे दुसरे उदाहरण आहे.. आदर्श स्प्रिंगवर कार्य करणारे स्प्रिंग बल (spring force) हे अक्षय्य बल आहे. स्प्रिंग कितीही वाकवून किंवा ताणून पुन्हा मूळ स्थितीत आणली, तरी त्या प्रक्रियेत साठवली गेलेली आणि परत मिळणारी ऊर्जा मार्गावर अवलंबून नसते. त्यामुळे स्प्रिंग बलाशी संबंधित स्थितिज ऊर्जा स्पष्टपणे परिभाषित करता येते.
अक्षय्य बलाचे विश्लेषण करताना महत्त्वाची संकल्पना म्हणजे स्थितिज ऊर्जा फलन (potential energy function). अक्षय्य बलासाठी बल आणि स्थितिज ऊर्जा यांचा गणिती संबंध मांडता येतो आणि त्यामुळे गतीचे समीकरण सोप्या पद्धतीने सोडवता येते. यामुळे अनेक यांत्रिक प्रणालींचे विश्लेषण ऊर्जा पद्धतीने करणे शक्य होते.
घर्षण बल (frictional force) हे अक्षय्य नसलेले बल आहे. उदा., एखादी वस्तू खडबडीत पृष्ठभागावर वेगवेगळ्या मार्गांनी हलवली असता घर्षणामुळे होणारे कार्य मार्गावर अवलंबून बदलते. त्यामुळे घर्षण बलासाठी स्थितिज ऊर्जा परिभाषित करता येत नाही आणि ते अक्षय्य बल मानले जात नाही.
अक्षय्य बलाची संकल्पना शास्त्रीय भौतिकीमध्ये अत्यंत महत्त्वाची आहे. ग्रहांची गती, दोलन करणाऱ्या प्रणाली, स्प्रिंग वस्तू प्रणाली आणि अनेक आदर्श यांत्रिक प्रतिकृती यांचे विश्लेषण अक्षय्य बलाच्या आधारावर केले जाते. ऊर्जा अक्षय्यता नियमाशी थेट संबंधित असल्यामुळे भौतिकीच्या संकल्पनात्मक विकासात अक्षय्य बलाने मध्यवर्ती भूमिका बजावली आहे.
संदर्भ :
- Halliday, D., Resnick, Walke, Jearl Fundamental of Physics, John Wiley & Son, 2014
समीक्षक-संपादक : स्नेहा दिलीप खोब्रागडे
Discover more from मराठी विश्वकोश
Subscribe to get the latest posts sent to your email.