పని, స్థిర బలం, శక్తి, గతి శక్తి, స్థితి శక్తి, యాంత్రిక శక్తి, శక్తి నిత్యత్వ నియమం, శక్తి రూపాంతరణ, సామర్థ్యం

TG/AP TET పరీక్షల (Physical Science / General Science) కోసం "పని, శక్తి, సామర్థ్యం" (Work, Energy, and Power) అంశానికి సంబంధించి ముఖ్యమైన మరియు సమగ్రమైన నోట్స్ క్రింద ఇవ్వబడింది:

---

1. పని గురించిన శాస్త్రీయ భావన (Scientific Concept of Work)

• సాధారణ భాషలో పని అంటే శారీరక లేదా మానసిక శ్రమ. కానీ భౌతికశాస్త్రంలో పని జరగాలంటే కింది రెండు షరతులు తప్పనిసరిగా సంతృప్తి చెందాలి:
  1. వస్తువుపై బాహ్య బలం ప్రయోగించబడాలి.
  2. ఆ బలం ప్రయోగించిన దిశలో వస్తువు కొంత స్థానభ్రంశం (Displacement) చెందాలి.
• ఉదాహరణ: ఒక వ్యక్తి గోడను ఎంత బలంతో నెట్టినప్పటికీ, గోడ స్థానభ్రంశం చెందకపోతే భౌతికశాస్త్రం ప్రకారం అక్కడ జరిగిన పని 'సున్నా' (0) అవుతుంది.

2. స్థిర బలం ద్వారా జరిగిన పని (Work Done by a Constant Force)

• ఒక వస్తువుపై స్థిర బలం (F) ప్రయోగించినప్పుడు, ఆ బలం దిశలో వస్తువు s దూరం స్థానభ్రంశం చెందితే, జరిగిన పని (W) ఆ బలం మరియు స్థానభ్రంశాల లబ్ధానికి సమానం.
• సూత్రం: 
• (W) = బలం  (F) × స్థానభ్రంశం  (s) 
• W = F.S.Cos0 (ఇక్కడ \theta అనేది బలం మరియు స్థానభ్రంశం మధ్య కోణం).
• పని రకాలు:
  1. ధనాత్మక పని (+ve): బలం మరియు స్థానభ్రంశం ఒకే దిశలో ఉంటే (\theta = 0^\circ). ఉదా: కిందికి పడుతున్న వస్తువు.
  2. రుణాత్మక పని (-ve): బలం మరియు స్థానభ్రంశం వ్యతిరేక దిశలో ఉంటే (\theta = 180^\circ). ఉదా: బ్రేకులు వేసినప్పుడు వాహనంపై జరిగే పని, ఘర్షణ బలం చేసే పని.
  3. సున్నా పని (0): బలం మరియు స్థానభ్రంశం లంబంగా ఉంటే (\theta = 90^\circ). ఉదా: తలపై బరువు మోసుకుంటూ వెళ్తున్న వ్యక్తి గురుత్వాకర్షణ బలంతో చేసే పని.
• ప్రమాణాలు:
  • SI ప్రమాణం: జౌల్ (Joule) లేదా న్యూటన్-మీటర్ (N·m)
  • CGS ప్రమాణం: ఎర్గ్ (Erg)
  • సంబంధం: 1 జౌల్} = 10⁷  ఎర్గ్స్
  • పని అనేది అదిశ రాశి (Scalar quantity). దీనికి దిశ ఉండదు, పరిమాణం మాత్రమే ఉంటుంది.

3. శక్తి (Energy)

• ఒక వస్తువుకు పని చేసే సామర్థ్యాన్ని 'శక్తి' అంటారు.
• వస్తువు ఎంత పని చేయగలదో దాని శక్తి అంత ఎక్కువగా ఉంటుందని అర్థం.
• ప్రమాణాలు: పనికి ఏ ప్రమాణాలు ఉంటాయో శక్తికి కూడా అవే ప్రమాణాలు ఉంటాయి.
  • SI ప్రమాణం: జౌల్ (Joule)
  • CGS ప్రమాణం: ఎర్గ్ (Erg)
  • ఉష్ణ శక్తికి ఇతర ప్రమాణం: కలరీ (Calorie) 1 Cal = 4.184  J

4. శక్తి రూపాలు (Forms of Energy)

ప్రకృతిలో శక్తి అనేక రూపాలలో లభిస్తుంది. ముఖ్యమైనవి:

1. యాంత్రిక శక్తి (Mechanical Energy)
2. ఉష్ణ శక్తి (Heat Energy)
3. కాంతి శక్తి (Light Energy)
4. విద్యుత్ శక్తి (Electrical Energy)
5. ధ్వని శక్తి (Sound Energy)
6. రసాయన శక్తి (Chemical Energy)
7. అణు శక్తి (Nuclear Energy)

5. గతి శక్తి (Kinetic Energy)

• ఒక వస్తువు తన చలన స్థితి (Motion) వలన కలిగి ఉండే శక్తిని 'గతి శక్తి' అంటారు.
• సూత్రం: గతి శక్తి } (K.E.) = 1/2 m v² (ఇక్కడ m = వస్తువు ద్రవ్యరాశి, v = వస్తువు వేగం)
• ఉదాహరణలు: కదులుతున్న వాహనం, ప్రవహిస్తున్న నీరు, తుపాకీ నుండి పేల్చిన బుల్లెట్, గాలి తిరుగుడు యంత్రం (Windmill).

6. స్థితి శక్తి (Potential Energy)

• ఒక వస్తువు తన స్థానం (Position) లేదా ఆకారంలో మార్పు (Configuration) చెందడం వలన కలిగి ఉండే శక్తిని 'స్థితి శక్తి' అంటారు.
• సూత్రం (గురుత్వ స్థితి శక్తి): 
• స్థితి శక్తి  (P.E.) = m g h (ఇక్కడ m = ద్రవ్యరాశి, g = గురుత్వత్వరణం, h = ఎత్తు)
• ఉదాహరణలు: డ్యామ్‌లో నిల్వ ఉంచిన నీరు, పైకి ఎత్తిన రాయి, సాగదీసిన లేదా కుదించిన రబ్బరు బ్యాండ్ / స్ప్రింగ్, విల్లును సంధించిన బాణం.

7. యాంత్రిక శక్తి (Mechanical Energy)

• ఒక వస్తువు యొక్క గతి శక్తి (KE) మరియు స్థితి శక్తి (PE) ల మొత్తాన్ని 'యాంత్రిక శక్తి' అంటారు.
• యాంత్రిక శక్తి = గతి శక్తి  (KE) + స్థితి శక్తి } (PE)

8. శక్తి నిత్యత్వ నియమం (Law of Conservation of Energy)

• నియమం: శక్తిని సృష్టించలేము మరియు నాశనం చేయలేము; శక్తిని ఒక రూపం నుండి మరొక రూపంలోకి మాత్రమే మార్చవచ్చు. విశ్వంలోని మొత్తం శక్తి ఎల్లప్పుడూ స్థిరంగా ఉంటుంది.
• ఉదాహరణకు స్వేచ్ఛగా కిందకు పడే వస్తువులో గతి శక్తి పెరుగుతుంటే, స్థితి శక్తి అదే స్థాయిలో తగ్గుతుంది; మొత్తంగా యాంత్రిక శక్తి మాత్రం స్థిరంగా ఉంటుంది.

9. శక్తి రూపాంతరణ (Energy Transformation) - ముఖ్యమైన ఉదాహరణలు (TET బిట్స్ కోసం)

పరికరం / దృగ్విషయం	శక్తి మార్పిడి (Transformation)
విద్యుత్ బల్బ్	విద్యుత్ శక్తి \rightarrow కాంతి మరియు ఉష్ణ శక్తి
డైనమో / జనరేటర్	యాంత్రిక శక్తి \rightarrow విద్యుత్ శక్తి
విద్యుత్ మోటార్	విద్యుత్ శక్తి \rightarrow యాంత్రిక శక్తి
మైక్రోఫోన్	ధ్వని శక్తి \rightarrow విద్యుత్ శక్తి
లౌడ్ స్పీకర్	విద్యుత్ శక్తి \rightarrow ధ్వని శక్తి
బ్యాటరీ / విద్యుత్ ఘటం	రసాయన శక్తి \rightarrow విద్యుత్ శక్తి
సోలార్ సెల్ (సౌర ఫలకం)	సౌర శక్తి (కాంతి శక్తి) \rightarrow విద్యుత్ శక్తి
కిరణజన్మ సంయోగక్రియ	కాంతి శక్తి \rightarrow రసాయన శక్తి
ఇంధనం మరగడం / దహనం	రసాయన శక్తి \rightarrow ఉష్ణ శక్తి

10. సామర్థ్యం మరియు దాని ప్రమాణాలు (Power and its Units)

• సామర్థ్యం (Power): పని చేసే రేటును లేదా శక్తి వినియోగ రేటును 'సామర్థ్యం' అంటారు.
• సూత్రం: సామర్థ్యం } (P) = జరిగిన పని } (W)/కాలం  (t) 
•  P = W/t 
•  శక్తి పరంగా: P = {E}/{t} 
• వేగంతో సంబంధం: P = F × v (బలం ×వేగం)
• ప్రమాణాలు:
  • SI ప్రమాణం: వాట్ (Watt) లేదా జౌల్/సెకను (J/s)
  • పెద్ద ప్రమాణాలు: కిలోవాట్ (kW), మెగావాట్ (MW)
  • యాంత్రిక/ఇంజనీరింగ్ ప్రమాణం: హార్స్‌పవర్ (Horsepower - HP)
    • 1 HP = 746  Watts
  • విద్యుత్ శక్తి కొలమానం: కిలోవాట్-గంట (kWh) లేదా సాధారణంగా దీనిని 'యూనిట్' అంటారు.
    • 1 kWh = 3.6 × 10⁶ Joules