శక్తి
శక్తి అనేది ఇంగ్లీషు లోని ఎనర్జీ (energy) కి సమ ఉజ్జీ అయిన తెలుగు మాట. పందొమ్మిదవ శతాబ్దారంభానికి పూర్వం ఇంగ్లీషులో energy అన్న మాట లేనే లేదు. థామస్‌ యంగ్ అనే ఇంగ్లీషు శాస్త్రజ్ఞుడు ఈ మాటని ప్రవేశపెట్టేడు. గ్రీకు భాషలో energia అంటే పని. ఆ మాటని energy గా మార్చి దానికి ఒక నిర్ధిష్టమైన అర్ధాన్ని ఇచ్చేడు ఆయన. అంతకు పూర్వం vis viva అనే మాట వాడేవారు; అంటే living force లేదా 'జీవన బలం' అని అర్ధం.
ఈ ప్రపంచం (world, univesre) లో ఏ సంఘటన (event) జరిగినా లేక జరగాలన్నా దానికి కావలసిన శక్తి లభించాలి. ఈ ప్రవచనం (statement) భౌతిక ప్రపంచ మూల సూత్రాలలో (fundamental principles) ప్రథమ సూత్రంగా పరిగణించవచ్చు. విశ్వగతి అంతా శక్తి మీదనే ఆధారపడి ఉందని శాస్త్రవేత్తల నమ్మకం. అందుకనే శక్తిని విశ్వ ప్రబోదకం (prime mover of the universe) అని వర్ణించవచ్చు.
భౌతిక ప్రపంచాన్ని స్థూలంగా రెండు విభాగాలుగా పరిగణించవచ్చు: (1) పదార్థం లేక ద్రవ్యం (matter), (2) శక్తి (energy).
"భౌతిక శాస్త్రం అంటే ఏమిటి?" అని ఎవ్వరైనా అడిగితే దానికి సమాధానంగా "పదార్థం, శక్తి అనే రెండింటి లక్షణాలని, వాటి మధ్య ఉండే పరస్పర సంబంధాలనీ, అవి ఒకదానితో మరొకటి సంకర్షణ (interaction) చెందినప్పుడు కలిగే ఫలితాలను అధ్యయనం చేసే శాస్త్ర్రం" అని ఒక నిర్వచనం (definition) చెప్పవచ్చు.
ఆధునిక శాస్త్రం ప్రకారం పదార్ధానికీ, శక్తికీ మధ్య నిజంగా తేడా ఏమీ లేదనీ, పదార్ధాన్ని కేవలం శక్తి యొక్క రూపాంతరంగా భావించవచ్చనిన్నీ తెలుస్తోంది. ఈ భావన మొట్టమొదట ఐన్‌స్టయిన్‌ 1905 లో తన ప్రత్యేక సాపేక్ష సిద్ధాంతంలో ప్రవేశ పెట్టేడు. తరువాత ఒక వంద సంవత్సరాల పాటు తీవ్రంగా జరిగిన పరిశోధనల వల్ల సాపేక్ష సిద్ధాంతం ధ్రువపడింది. ఈ సిద్ధాంతం ప్రకారం శక్తిని E అనే గుర్తు చేత, పదార్ధపు గురుత్వాన్ని M అనే గుర్తు చేత నిర్దేశిస్తే పదార్థం-శక్తి మధ్య ఉన్న సంబంధాన్ని E = Mc అనే సమీకరణంతో వ్యక్తం చెయ్య వచ్చు. ఈ సమీకరణంలో c అనేది కాంతి ఒక సెకండు కాలంలో శూన్యం (vacuum) లో ప్రయాణం చేసే దూరాన్ని తెలియజేస్తుంది. దీని విలువ 300 మిలియన్‌ మీటర్లు. దీనినే సాంకేతిక పరిభాషలో 300 x 10 మీ/సె అని రాస్తారు. ఇది భౌతిక శాస్త్రం లోని
మౌలిక స్థిరాంకాలలో (fundamental constants) ఒకటి. దీనినే 'కాంతి యొక్క వడి' లేక 'కాంతి యొక్క స్పీడు' (speed of light) అంటారు.
శక్తి అనగానే మన శరీరంలో ఉండే సత్తువ, విద్యుత్‌ కేంద్రాలు ఉత్పత్తి చేసే విద్యుత్‌ శక్తి, రైలు ఇంజను రైలు పెట్టెలను లాగటానికి కావలసిన శక్తి, మొదలైన భావాలు ఎన్నో మనస్సులో మెదులుతాయి. విశేషం ఏమంటే శక్తికి నిర్దిష్టమైన రూపు లేదు; మనకి అనేక రూపాల్లో ప్రత్యక్షమవుతూ ఉంటుంది. శక్తి పదార్థం రూపంలో ఉన్నప్పుడు దానిని చేతిలోకి తీసుకొని పట్టుకోవచ్చు; కాని ఎల్లప్పుడూ ఇది సాధ్య పడదు. శక్తి కాంతి (light) రూపంలో ఉన్నప్పుడు కంటికి కనబడుతుంది; కాని ఎల్లప్పుడూ కంటికి కానరాదు. ఇందు గలదు, అందు లేదు అనే సందేహం లేకుండా ఎందెందు చూస్తే అందందే 'కనిపిస్తుంది' ఈ శక్తి; కంటికి కనిపించక పోయినా దాని ఉనికిని మనం గుర్తించవచ్చు.
పదహారవ శతాబ్దం లగాయతు జరిగిన శాస్త్రీయ విప్లవం (scientific revolution) వల్ల ఈ నాడు 'శక్తి' యొక్క నిజ స్వరూపం మనకి అర్ధం అవుతోంది. పారిశ్రామిక విప్లవం (industrial revolution) తో పాటు శక్తిని అదుపులో పెట్టి వినియోగ పరచే యంత్రాలు రావటం, విద్యుత్‌ శక్తి నిజ స్వరూపం అర్ధం అవటం, అణువు (atom) ని విచ్ఛిన్నం చేసి దాని గర్భంలో శక్తిని ఆవిష్కరించటం - ఇవన్నీ గత రెండు-మూడు శతాబ్దాలలో జరిగినవే.
పని (work) జరగటానికి శక్తి కావాలి. కనుక 'పని' కీ 'శక్తి' కీ మధ్య ఏదో సంబంధం ఉందన్న మాటే కదా? నిజానికి పని చెయ్యగలిగిన స్తోమత (capacity) ని 'శక్తి' అని నిర్వచించేరు శాస్త్రజ్ఞులు. పనిని కొలవటానికి కూడా కొలమానం ఎర్గ్ లు, జూల్‌లు వాడతారు.
శక్తి వివిధ రూపములలో వుంటుంది: స్థితి (potential), గతి (kinetic), తాప (thermal), గురుత్వాకర్షక (gravitational), యాంత్రిక (mechanical), రసాయనిక (chemical), అణు (atomic), సౌర (solar), మొదలైనవన్నీ శక్తి యొక్క వివిధ రూపాలు. ఒక వియుక్తమైన (isolated) వ్యవస్థ (system)లో, వివిధ రూపాలలో మనకి తారసపడే ఈ శక్తిని ఒక రూపం నుండి మరొక రూపం లోకి మార్చవచ్చు కాని, వ్యవస్థలో ఉన్న మొత్తం శక్తి పెరగదు, తరగదు. అంటే శక్తిని సృష్టించలేము మరియు నాశనం చేయలేము. దాన్ని ఒక స్వరూపం నుంచి మరొక స్వరూపానికి మార్చగలం. ఉదాహరణకు యాంత్రిక శక్తిని విద్యుత్‌ శక్తిగానూ, విద్యుత్‌ శక్తిని యాంత్రిక శక్తిగానూ, ఉష్ణశక్తిని (heat energy) గతిశక్తి (kinetic energy) గానూ మార్చవచ్చు. దీనినే నిహిత నియమం (Conservation Law) అంటారు. ఈ నియమాన్ని అప్రమత్తతతో అనువర్తించాలి. ఉదాహరణకి పరిగెడుతూన్న రైలుబండిలో కదలకుండా కుర్చీలో కూర్చుని ప్రయాణం చేసే వ్యక్తి గతి శక్తి రైలుబండి చట్రం (frame of reference) తో పోలిస్తే సున్న; కాని భూమి చట్రంతో పోలిస్తే చాల ఎక్కువ.
శాస్త్ర విజ్ఞానం పరిమాణాత్మకంగా ఉండాలంటే ప్రతి రాశినీ ఎలా కొలవాలో నిర్వచించి, ఆయా రాసులని అందరికీ తెలిసేలా చెప్పాలి. సామాన్య జీవితంలో పొడుగు (length) మీటర్లలోనూ, బరువు (weight) కిలోలలోనూ, ఘనపరిమాణం (volume) లీటర్లు లోనూ, కాలం (time) సెకెండ్లు లోనూ కొలిచినట్లే శక్తిని కొలవటానికి కూడా ఒక కొలమానం కావాలి. భౌతిక శాస్త్రం ఇంకా ఒక నిర్దిష్టమైన ప్రమాణాలని అవలంబించని పూర్వపు రోజుల్లో - అనగా c.g.s. పద్ధతి ప్రకారం - శక్తి (energy) ని కొలవటానికి ఎర్గ్ (erg) అనే కొలమానం, కేలరీ (calorie) అనే కొలమానం వాడేవారు. కాని ఇప్పుడు అంతర్జాతీయంగా వాడుకలో ఉన్న కొలమానం ప్రకారం - అనగా M. K. S. పద్ధతి ప్రకారం - శక్తికి వాడే కొలత జూల్ (Joule).శక్తికీ పనికీ చాల దగ్గర సంబంధం ఉండటమే కాకుండా రెండింటినీ కొలిచే కొలమానం కూడా ఒకటే.
ఒక కిలోగ్రాము ద్రవ్యరాసి (mass) కల వస్తువును ఒక మీటరు దూరం కదలించినప్పుడు ఆ వస్తువుని కదలించటానికి చేసిన పనిని ఒక జూల్‌ అంటారు. ఈ జూల్‌ పరిమాణం చాల ఎక్కువ. మన దైనందిన జీవితంలో ఎర్గ్ కొంచెం ఎక్కువ సదుపాయంగా ఉంటుంది. పది మిలియన్‌ ఎర్గ్‌లు ఒక జూల్‌తో సమానం (1 జూల్‌ = 10 ఎర్గ్ లు). అణు ప్రపంచంలో ఎర్గ్ కూడా చాల పెద్దది. అందుకని అణు ప్రపంచంలో ఎలక్టాన్‌ ఓల్ట్ (electron volt or ev) వాడతారు. (1 ev = 1.6 x 10 ఎర్గ్ లు = 1.6 x 10 జూల్‌ లు).
ఒక వస్తువు చలనంతో దానికి కొంత శక్తి వస్తుందని అందరికీ అనుభవం మీద తెలిసిన విషయం.
ఎత్తున ఉన్న ప్రతి వస్తువులోనూ పని చేసే స్తోమత గుప్తంగా ఉంటుందని లజార్ కార్నో (Lazae Carnot) అనే ఫ్రెంచి దేశస్తుడు ఉద్ఘాటించేడు. ఇలా ఒక వస్తువు స్థాన బలిమి చేత తనలో నిద్రాణంగా దాచుకున్న శక్తిని స్థితిజ శక్తి (potential energy) అంటారు. కొండ మీద ఉన్న బండ రాయిలో ఎంత శక్తి దాగి ఉందో తెలుసుకోవాలంటే దానిని కిందకి తోస్తే తెలుస్తుంది. కొండ మీద ఉన్న నదిలో స్థితిజ శక్తి ఎంత ఉందో అది జలపాతం మాదిరి కిందకి ఉరికినప్పుడు తెలుస్తుంది. ఈ స్థితిజ శక్తినే మనం జల విద్యుత్‌ కేంద్రాలలో విద్యుత్‌ శక్తిగా మార్చి ఇళ్ళల్లోనూ, కర్మాగారాలలోనూ వాడుకుంటున్నాం. ఈ ఉదాహరణలో స్థితిజ శక్తి చలన శక్తిగా మారి, తదుపరి ఆ చలన శక్తి విద్యుత్‌ శక్తిగా మారి, అది మన ఇళ్ళల్లో ప్రవేశించి వేడి, వెలుగుగా మారుతోంది.