పని, శక్తి, పీడనం, ప్రవాహులు: పాస్కల్…

ముఖ్య వాస్తవాలు

పని (Work) = బలం (force) x బలం దిశలో స్థానభ్రంశం (displacement). ప్రమాణం: జౌల్ (J). స్థానభ్రంశం లేకపోతే పని లేదు.
గతిజ శక్తి (Kinetic energy) = ½mv². స్థితిజ శక్తి (Potential energy) (గురుత్వ) = mgh.
పవర్ (Power) = పని / కాలం. ప్రమాణం: వాట్ (W) = 1 J/s. 1 హార్స్‌పవర్ = 746 W.
1 కిలోవాట్-గంట (kWh) = 3.6 x 10⁶ J; విద్యుత్ (electricity) బిల్లుపై ఉండే "యూనిట్" ఇదే.
శక్తి నిత్యత్వ నియమం (Law of conservation of energy): శక్తిని ఒక రూపం నుంచి మరో రూపంలోకి మార్చవచ్చు, కానీ సృష్టించలేం, నాశనం చేయలేం.
పీడనం (Pressure) = బలం / వైశాల్యం. ప్రమాణం: పాస్కల్ (Pa) = N/m². అదే బలం చిన్న వైశాల్యంపై పడితే పీడనం ఎక్కువ (సూది, కత్తి).
సముద్ర మట్టం వద్ద వాతావరణ పీడనం (atmospheric pressure): సుమారు 1.013 x 10⁵ Pa = 760 mm పాదరసం = 1 atm. దీన్ని భారమితి (barometer)తో కొలుస్తారు (కనుగొన్నది టారిసెల్లి, 1643).
పాస్కల్ నియమం (Pascal's law): మూసిన పాత్రలోని ప్రవాహిపై ప్రయోగించిన పీడనం అన్ని దిశల్లో సమానంగా ప్రసారమవుతుంది. హైడ్రాలిక్ లిఫ్ట్, హైడ్రాలిక్ బ్రేకుల్లో దీన్ని వాడతారు.
ఆర్కిమెడిస్ సూత్రం (Archimedes' principle): ప్రవాహిలోని వస్తువుపై పైకి పనిచేసే ప్లవన బలం, అది తొలగించిన ప్రవాహి భారానికి సమానం.
బెర్నౌలీ సూత్రం (Bernoulli's principle): ప్రవాహి వేగం (speed) ఎక్కువ ఉన్న చోట దాని పీడనం తక్కువ.
సాంద్రత (Density) = ద్రవ్యరాశి (mass) / ఘనపరిమాణం (volume). నీరు: 4 °C వద్ద 1000 kg/m³ (1 g/cm³).

వివరణ

శక్తి రూపాలు, రూపాంతరం

పరికరం	మార్పిడి
విద్యుత్ జనరేటర్	యాంత్రిక శక్తి నుంచి విద్యుత్ శక్తి
విద్యుత్ మోటారు	విద్యుత్ శక్తి నుంచి యాంత్రిక శక్తి
మైక్రోఫోన్	ధ్వని (sound) నుంచి విద్యుత్ శక్తి
సౌర ఘటం (solar cell)	కాంతి (light) నుంచి విద్యుత్ శక్తి
బ్యాటరీ (డిశ్చార్జ్ అవుతున్నప్పుడు)	రసాయన శక్తి నుంచి విద్యుత్ శక్తి

సామర్థ్యం (Efficiency) = ఉపయోగకరమైన అవుట్‌పుట్ (output) శక్తి / ఇన్‌పుట్ (input) శక్తి. ఏ యంత్రమూ 100% సామర్థ్యం కలిగి ఉండదు.
మీటలు, ఇతర సరళ యంత్రాలు బలాన్ని దూరంతో (distance) మార్పిడి చేస్తాయి; అవి అదనపు శక్తిని ఇవ్వవు.

నిత్య జీవితంలో వాతావరణ పీడనం

ఎత్తుకు వెళ్లే కొద్దీ పీడనం తగ్గుతుంది, కాబట్టి పర్వతాలపై (mountains) నీరు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత (temperature) వద్దే మరుగుతుంది; ప్రెషర్ కుక్కర్ పీడనాన్ని పెంచుతుంది, దాంతో నీరు 100 °C కంటే ఎక్కువ వద్ద మరిగి, ఆహారం త్వరగా ఉడుకుతుంది.
స్ట్రాతో తాగడం, డ్రాపర్ పనిచేయడం వాతావరణంతో ఉండే పీడన వ్యత్యాసం వల్లే.
మానోమీటర్ వాయు పీడనాన్ని కొలుస్తుంది; స్పిగ్మోమానోమీటర్ రక్తపోటును (blood pressure) కొలుస్తుంది.

తేలడం, మునగడం

వస్తువు సగటు (average) సాంద్రత ప్రవాహి సాంద్రత కంటే తక్కువైతే తేలుతుంది; ఎక్కువైతే మునుగుతుంది.
మంచు సాంద్రత (సుమారు 917 kg/m³) నీటి కంటే తక్కువ కాబట్టి మంచు నీటిపై తేలుతుంది.
ఉక్కు ఓడ బోలు ఆకారం వల్ల ఎక్కువ భారం గల నీటిని తొలగిస్తుంది, అందుకే తేలుతుంది.
జలాంతర్గామి (submarine) బ్యాలస్ట్ ట్యాంకుల్లో నీరు నింపి మునుగుతుంది, ఆ నీటిని బయటకు పంపి పైకి వస్తుంది.
ఓడ అడుగు భాగంపై ఉండే ప్లిమ్సాల్ రేఖ వేర్వేరు జలాల్లో సురక్షిత బరువు పరిమితిని చూపుతుంది.
నదిలో కంటే సముద్ర నీటిలో, అన్నిటికంటే మృత సముద్రం (Dead Sea)లో ఈదడం సులభం, ఎందుకంటే సాంద్రత ఎక్కువైన నీరు ఎక్కువ ప్లవన బలాన్ని ఇస్తుంది.
హైడ్రోమీటర్ ద్రవాల సాంద్రతను కొలుస్తుంది; లాక్టోమీటర్ పాల స్వచ్ఛతను పరీక్షిస్తుంది.

ఆచరణలో బెర్నౌలీ: విమాన రెక్కకు ఊర్ధ్వ బలం (వక్రమైన పై భాగంపై గాలి వేగంగా కదులుతుంది, పైన పీడనం తక్కువ), స్ప్రే సీసా, అటామైజర్, వేగంగా వెళ్లే రైలుకు బాగా దగ్గరగా నిలబడిన వ్యక్తిని అది లాగడం.

తరచూ చేసే పొరపాట్లు

✗ "కిలోవాట్-గంట పవర్ ప్రమాణం." ✓ అది శక్తి ప్రమాణం (3.6 x 10⁶ J); కిలోవాట్ పవర్ ప్రమాణం.
✗ "బరువైన భారాన్ని మోస్తూ కదలకుండా నిలబడటం భౌతిక శాస్త్రంలో పని." ✓ స్థానభ్రంశం లేకపోతే పని సున్నా.
✗ "పాస్కల్ నియమం ప్లవనశక్తి (buoyancy) గురించి." ✓ ప్లవనశక్తి ఆర్కిమెడిస్‌ది; పాస్కల్ నియమం పీడన ప్రసారం గురించి.
✗ "భారమితిని పాస్కల్ కనుగొన్నాడు." ✓ టారిసెల్లి (1643).
✗ "మంచు ద్రవ్యరాశిలో తేలిక కాబట్టి తేలుతుంది." ✓ దాని సాంద్రత తక్కువ కాబట్టి తేలుతుంది.
✗ "బెర్నౌలీ ప్రకారం వేగవంతమైన ప్రవాహికి పీడనం ఎక్కువ." ✓ వేగవంతమైన ప్రవాహికి పీడనం తక్కువ.

త్వరిత పునశ్చరణ

పని జౌల్‌లలో; పవర్ వాట్‌లలో; 1 hp = 746 W.
1 kWh = 3.6 x 10⁶ J (శక్తి).
KE = ½mv²; PE = mgh.
పీడనం పాస్కల్‌లలో; 1 atm = 760 mm Hg = 1.013 x 10⁵ Pa.
భారమితి: టారిసెల్లి.
పాస్కల్: హైడ్రాలిక్ లిఫ్ట్, బ్రేకులు.
ఆర్కిమెడిస్: ప్లవనశక్తి = తొలగించిన ప్రవాహి భారం.
బెర్నౌలీ: వేగవంతమైన ప్రవాహం, తక్కువ పీడనం; విమాన ఊర్ధ్వ బలం.
లాక్టోమీటర్: పాలు; హైడ్రోమీటర్: ద్రవ సాంద్రత.

ఇంకా లోతుగా: లోతైన విశ్లేషణ, మెయిన్స్ రాత (APPSC Paper I సాధారణంగా అడిగే స్థాయి కంటే ఎక్కువ)

లోతైన విశ్లేషణ

పని-శక్తి సిద్ధాంతం: వస్తువుపై జరిగిన నికర పని దాని గతిజ శక్తిలో మార్పుకు సమానం.
పవర్ = బలం x సదిశ వేగం. ఇది ఇంజిన్ పవర్‌ను, వేగాన్ని అనుసంధానిస్తుంది.
హైడ్రాలిక్ యంత్రాలు పిస్టన్ వైశాల్యాల నిష్పత్తి (ratio) మేరకు బలాన్ని పెంచుతాయి, కానీ చిన్న పిస్టన్ అదే నిష్పత్తిలో ఎక్కువ దూరం కదులుతుంది, కాబట్టి పని సంరక్షితమవుతుంది.
తలతన్యత (Surface tension) వల్ల నీటి బిందువులు గోళాకారంలో ఉంటాయి, కీటకాలు నీటిపై నడవగలుగుతాయి; సబ్బు (soap) తలతన్యతను తగ్గిస్తుంది. కేశనాళికీయ ఆరోహణ సన్నని గొట్టాల్లో, మొక్కల కాండాల్లో నీటిని పైకి లేపుతుంది. స్నిగ్ధత (Viscosity) ప్రవాహుల అంతర్గత ఘర్షణ; ద్రవాలను వేడి చేస్తే అది తగ్గుతుంది, వాయువులను వేడి చేస్తే పెరుగుతుంది.
అంత్య వేగం (Terminal velocity): ప్రవాహిలో పడుతున్న వస్తువుపై కర్షణ బలం, ప్లవన బలం కలిసి దాని భారానికి సమానమైనప్పుడు అది త్వరణాన్ని కోల్పోతుంది. పారాచూట్లు కర్షణను పెంచి అంత్య వేగాన్ని తగ్గిస్తాయి.
మాగ్నస్ ప్రభావం తిరుగుతున్న క్రికెట్ బంతి లేదా ఫుట్‌బాల్ స్వింగ్‌ను వివరిస్తుంది; బెర్నౌలీ సూత్రం ఒక్కటే ఇచ్చేది సరళీకృత వివరణ మాత్రమే.

మెయిన్స్ రాత

చట్రం: శక్తి సంరక్షణ (energy conservation), ప్రవాహి నియమాలు నిత్య జీవిత సాంకేతికతకూ, జాతీయ శక్తి చర్చలకూ ఆధారం.
విశ్లేషణ:
- సామర్థ్య నష్టాలు (విద్యుత్ కేంద్రాల్లో ఉష్ణం (heat), ప్రసారం) వల్లే సామర్థ్య కార్యక్రమాలు కొత్త సరఫరా అంతటి శక్తిని ఆదా చేస్తాయి.
- భారీ యంత్రాలకు, విమాన నియంత్రణలకు హైడ్రాలిక్ వ్యవస్థలే ఆధారం.
- అధిక ఎత్తు కార్యకలాపాలకు ఒత్తిడి నియంత్రిత క్యాబిన్లు ఎందుకు అవసరమో పీడనాన్ని అర్థం చేసుకుంటే తెలుస్తుంది.
ముందున్న మార్గం: వృథా అయ్యే శక్తిని తగ్గించడానికి అధిక సామర్థ్య ఉపకరణాలను, స్టార్ రేటింగ్ లేబుళ్లను ప్రోత్సహించడం.
ఉదాహరణ: జలవిద్యుత్ ఆనకట్టలు (dams) నిల్వ ఉన్న నీటి గురుత్వ స్థితిజ శక్తిని విద్యుత్‌గా మారుస్తాయి; లోతుతో పాటు పెరిగే పీడనాన్ని మందమైన, వక్రమైన ఆనకట్ట గోడలు తట్టుకుంటాయి.

Medha AI writes its own notes and checks them against the sources listed. Medha AI is an independent preparation service. It is not affiliated with, endorsed by or connected to APPSC, TGPSC (formerly TSPSC), MPSC, UPSC or any other commission or government body.