কাজ ও শক্তি

দৈনন্দিন ভাষায় সারা দিন বসে পাহারা দেওয়াকেও আমরা কাজ বলি, কিন্তু পদার্থবিজ্ঞানে কাজ কথাটির নির্দিষ্ট অর্থ আছে। কোনো বস্তুর উপর বল প্রয়োগ করলে বস্তুটি যদি বলের দিকে সরে যায়, তবেই বলটি কাজ করেছে বলা হয়। সরণ না হলে, যত বলই প্রয়োগ করা হোক, কাজ শূন্য। লক্ষ করো, পদার্থবিজ্ঞানে কাজ করে বল; মানুষ বা যন্ত্র সেই বল প্রয়োগ করে মাত্র।

শক্তি হলো কাজ করার সামর্থ্য। কাজ ও শক্তি একে অপরের সাথে জড়িত:

• কোনো বল বস্তুর উপর ধনাত্মক কাজ করলে বস্তুটি ঠিক ততটুকু শক্তি পায়, আর যে বল প্রয়োগ করছে তাকে সেই পরিমাণ শক্তি দিতে হয়।
• সরণ বলের বিপরীত দিকে হলে কাজ ঋণাত্মক; তখন বস্তু থেকে ততটুকু শক্তি সরিয়ে নেওয়া হয়। যেমন ঘর্ষণ বল চলন্ত বস্তু থেকে শক্তি সরিয়ে তাপে রূপান্তর করে।

বল ও সরণ ভেক্টর রাশি হলেও কাজ একটি স্কেলার রাশি; শক্তিরও কোনো দিক নেই। কাজ করে শক্তি দেওয়া হয় বা শক্তি খরচ করে কাজ করা হয়, তাই দুটির একক ও মাত্রা একই: একক জুল (J) এবং মাত্রা $[W] = ML^2T^{-2}$। 1 N বল প্রয়োগে বলের দিকে 1 m সরণ হলে 1 J কাজ হয়।

শক্তির নানা রূপ আছে: যান্ত্রিক, তাপ, শব্দ, আলো, চৌম্বক, বিদ্যুৎ, রাসায়নিক, নিউক্লীয় ও সৌরশক্তি। বস্তুর অবস্থান, আকার ও গতির জন্য যে শক্তি, তাকে যান্ত্রিক শক্তি বলে; এর দুটি রূপ গতিশক্তি ও বিভব শক্তি।

উদাহরণ: তুমি 2 kg ভরের একটি ব্যাগ মেঝে থেকে 1.5 m উপরে তুললে। ব্যাগের ওজন $mg = 2 \times 9.8 = 19.6$ N, তাই উপরের দিকে সমান বল প্রয়োগ করতে হয়। কাজ $W = 19.6 \times 1.5 = 29.4$ J। এই 29.4 J শক্তি ব্যাগে বিভব শক্তি হিসেবে জমা হলো। এরপর ব্যাগটি ঐ উচ্চতায় স্থির ধরে রাখলে হাত ক্লান্ত লাগলেও সরণ নেই বলে তোমার প্রয়োগ করা বল আর কোনো কাজ করছে না।

সাধারণ ভুল হলো শক্তি আর বলকে একই জিনিস ভাবা। বল হলো ধাক্কা বা টান, যার একক নিউটন; শক্তি হলো কাজ করার সামর্থ্য, যার একক জুল।

মনে রাখো: বলের দিকে সরণ হলে তবেই কাজ হয়; ধনাত্মক কাজ বস্তুকে শক্তি দেয়, ঋণাত্মক কাজ শক্তি সরিয়ে নেয়, আর কাজ ও শক্তি দুটিরই একক জুল।