निरंतर गती

निरंतर गति  सोळाव्या शतकापर्यंत संशोधकांना अशी आशा वाटत होती की, असे एखादे यंत्र शोधून काढता येईल की, जे एकदा सुरू केले असता बाहेरून कोणत्याही प्रकारे ऊर्जा पुरविली नाही, तरी कायमचे गतिमान राहील. अशा काल्पनिक यंत्राच्या संदर्भात निरंतर गती हा शब्दप्रयोग वापरला जातो.

एकोणिसाव्या शतकापर्यंत असे यंत्रे तयार करण्यासाठी अनेक संशोधकांनी गुरुत्वाकर्षण, केषाकर्षण (सूक्ष्म नलिकेतून द्रव पदार्थ वर खेचून घेतला जाणे), चुंबकत्व इत्यादींवर आधारलेले विविध प्रयोग केले परंतु ते सर्व अयशस्वी ठरले. तथापि या अपयशातून भौतिकीतील अत्यंत मूलभूत अशा ऊर्जेच्या अक्षय्यतेच्या तत्त्वाचा शोध लागला. या तत्त्वानुसार ‘ऊर्जा उत्पन्न करता येत नाही अथवा नष्टही करता येत नाही, फक्त तिचे एका स्वरूपासून दुसऱ्या स्वरूपात रूपांतर होऊ शकते’ परंतु अशा रूपांतरात एकूण ऊर्जेचे मान अचल राहते [→ द्रव्य आणि ऊर्जा यांची अक्षय्यता].

या संदर्भात आपण घड्याळाचे उदाहरण घेऊ. घड्याळाला किल्ली दिली असता त्याच्या स्प्रिंगेत आपण स्थितिज ऊर्जा साठवून ठेवतो. घड्याळ चालते तेव्हा या स्थितिज ऊर्जेचे गतिज ऊर्जेत रूपांतर होत असते. त्याचबरोबर तीतील काही अंशाचे घर्षणजन्य उष्णतेतही रूपांतर होत असते. स्थितिज ऊर्जेचा साठा संपला की, परत घड्याळाला किल्ली द्यावी लागते म्हणजेच बाहेरून ऊर्जेचा पुरवठा करावा लागतो. योग्य ती रचना करून घर्षण कमी करता येईल परंतु ते अजिबात नष्ट करता येणार नाही म्हणून घड्याळाला पुन्हा किल्ली द्यावीच लागेल. हल्ली प्रचारात आलेल्या ‘बिनकिल्लीच्या’ वा स्वयंचलित घड्याळाला वापरणाऱ्याच्या हाताच्या हालचालीमुळे किल्ली दिली जावी, अशी यांत्रिक योजना केलेली असते. म्हणजेच हाताच्या गतिज ऊर्जेपैकी काही भागाचे स्प्रिंगेच्या स्थितिज ऊर्जेत परिवर्तन होत असते.

पवनचक्की, पाणचक्की, सौर विद्युत् घट यांसारख्या सर्व साधनांना बाहेरून ऊर्जेचा पुरवठा होत असतो व त्याच्यावरच त्यांचे कार्य शक्य होते. ज्या यंत्रामध्ये निरंतर गती प्राप्त होण्याने ऊर्जेच्या अक्षय्यतेच्या तत्त्वाचे उल्लंघन होईल त्या गतीला ‘पहिल्या प्रकारची निरंतर गती’ असे म्हणण्यात येते परंतु या तत्त्वाचे उल्लंखन न करता [ऊष्मागतिकीय एंजिनाच्या साहाय्याने → ऊष्मागतिकी] तर निरंतर गती शक्य झाली, तर तिला ‘दुसऱ्या’ प्रकारची निरंतर गती’ असे म्हणतात.

ही कल्पना स्पष्ट होण्यासाठी आपण वाफेच्या एंजिनाचे उदाहरण घेऊ. इंधन जाळून उत्पन्न होणाऱ्या उष्णता ऊर्जेचे गतिज ऊर्जेत हे एंजिन परिवर्तन करते परंतु येथे एंजिनाला उष्णता ऊर्जा दिली जाते ती भोवतालच्या परिसरापेक्षा उच्च तापमानाला आणि या ऊर्जेपैकी काही भाग नीच तापमानाला असलेल्या शीतकाला दिला जातो व फक्त उरलेल्या भागाचेच गतिज ऊर्जेत रूपांतर होते.

मोठी सरोवरे किंवा समुद्र यांच्या पाण्यात अफाट उष्णता ऊर्जा साठलेली आहे. या ऊर्जेचे काही उपायाने गतिज ऊर्जेत रूपांतर करता आले, तर मग ऊर्जेचा तुटवडाच वाटणार नाही. या उपक्रमात ऊर्जेच्या अक्षय्यतेच्या तत्त्वाचेही उल्लंघन होणार नाही परंतु या ऊर्जा पुरवठ्यावर असे एंजिन कार्य करील तेव्हा जलाशयाची उष्णता काढून घेतली की, त्याचे तापमान परिसरापेक्षा कमी होईल. उष्णता कमी तापमानाच्या वस्तूपासून उच्च तापमानाच्या वस्तूकडे न्यावयाची असेल, तर त्यासाठी कार्य करणे जरूर असते (उदा., शीतकपाटामध्ये). त्यामुळे अशा पद्धतीने एंजिन बनविणे शक्य होत नाही. ऊष्मागतिकीच्या दुसऱ्या नियमात हेच तत्त्व ग्रथित केलेले आहे.

पहिल्या आणि दुसऱ्या प्रकारच्या निरंतर गतींमध्ये काही उपयुक्त प्रदान कार्य मिळावे हे उद्दिष्ट होते. तिसऱ्या आणखी एका प्रकारच्या निरंतर गतीमध्ये अखंडपणे गतिमान असणारी एखादी प्रयुक्ती तयार करणे एवढाच उद्देश असतो. जर ऊर्जेचा ऱ्हास करणाऱ्या सर्व यंत्रणांचे निराकरण केले, तर अशी गती देणाऱ्या यंत्रणा प्रत्यक्षात येणे शक्य आहे. उदा., निर्वातात फिरणाऱ्या एखाद्या चाकाच्या धारव्याचे (चक्राच्या फिरत्या दंडाची स्थिती योग्य रहावी म्हणून दिलेल्या आधाराचे) सर्व घर्षण काढून टाकले, तर ते चक्र अखंडपणे फिरत राहील. तथापि अनुभवान्ती असे दिसून येते की, अशा यामिकीय (भौतिकीय प्रेरणांवर कार्य करणाऱ्या) प्रणालींमधील ऊर्जा-ऱ्‍हासकारक परिणाम कमी करणे (उदा., वंगणाच्या साहाय्याने घर्षण परिणाम कमी करणे) शक्य असले, तरी ते अजिबात काढून टाकणे अशक्य आहे व त्यामुळे ही तिसऱ्या प्रकारची निरंतर गती फक्त आसन्न (उद्दिष्टाच्या जवळपास) स्वरूपातच मिळविणे शक्य आहे ती पूर्णांशाने मिळविणे केवळ अशक्य आहे.

ऊर्जा – ऱ्हासकारक परिणामाचे पूर्णतः निराकारण केल्याचे उदाहरण म्हणून अतिसंवाहकाचे [→ अतिसंवाहकता] देता येईल. अतिसंवाहक म्हणजे अतिशय नीच तापमानाला थंड केलेली धातू असून तिच्यातून एकदिश विद्युत् प्रवाह सोडला, तर त्याच्या वहनाला त्या धातूचा काहीही रोध होत नाही. एखाद्या अतिसंवाहक वलयात एकदिश विद्युत् प्रवाह सोडला, तर कोणतीही बाह्य प्रेरणा लावल्याशिवाय तो कमी न होता अखंडपणे (कालनिरपेक्षतः) वाहत राहील. तथापि हे उदाहरण सूक्ष्म आकारमातील (अणू, रेणू, मूलकण इ.) प्रक्रियांशी अधिक निगडीत असून अशा प्रक्रियांत निरंतर गती हा नियमच असल्याचे दिसून येते. अणूतील इलेक्ट्रॉन व अणू स्वतः सतत गतिमान असतात. ⇨ ब्राउनीय गती हे अणूच्या सतत गतिमानतेचे चांगले उदाहरण आहे. तथापि परंपरागत निरंतर गतीची संकल्पना ही मोठ्या आकारमानातील प्रक्रियांबाबत म्हणजे यंत्रे व प्रयुक्ती यांच्याबाबत मर्यादित असल्यामुळे निरंतर गतीच्या अशक्यतेबाबतच्या वरील निष्कर्षाचा पुनर्विचार करण्याची आवश्यकता वाटत नाही. याखेरीज ऊष्मागतिकीचे नियम मोठ्या आकारमानातील प्रक्रियांबाबतच लागू पडत असल्यामुळे उपयुक्त प्रकारच्या (म्हणजे पहिल्या व दुसऱ्या प्रकारच्या) निरंतर गतींच्या अशक्यतेबाबत शास्त्रज्ञांमध्ये सध्या तरी मतैक्यच आहे.
वर्ग:भौतिक शास्त्राचे मूलभूत नियम
वर्ग:भौतिकशास्त्र
वर्ग:ऊर्जा