ශක්ති සංස්ථිති නියමය

• භෞතික විද්‍යාවේ දී ශක්ති සංස්ථිති නියමයෙන් ප්‍රකාශ කරනුයේ ඒකලිත පද්ධතියක සම්පුර්ණ ශක්තිය නියතයක් බවත් පුණර්ජනනය කළ නොහැකි බවත් , නමුත් වෙනත් ශක්ති ප්‍රභේදයකට පරිවර්තනය කළ හැකි බවත්ය. (උදා :- ඝර්ෂණය චාලක ශක්තිය තාප ශක්තිය බවට හරවයි.) තාප ගති විද්‍යාවේ පළමු නියමයෙන්ද ප්‍රකාශ වන්නේ ශක්ති සංස්ථිතියයි. වඩාත් කෙටියෙන් ශක්ති සංස්ථිති නියමය ප්‍රකා‍ශ කරන්නේ ශක්තිය මැවීමට හෝ විනාශ කිරීමට නොහැකි බවත් වෙනත් ප්‍රභේද බවට පරිවර්තනය කිරීම පමණක් කළ හැකි බවත්ය.

ඉතිහාසය

මිලේටස් හි තේල්ස් (Thales of Miletus ) වැනි ආදි කාලීන දාර්ශනිකයන්ට ද සියලු දේ සෑදී ඇති යම් නොදන්නා ද්‍රවයක සංස්ථිතිකතාව පිළිබද සැක ඇතිවී තිබිණි. කෙසේ නමුත් අද අප ‘ස්කන්ධ - ශක්තිය’ ලෙස හදුනාගෙන ඇති මෙය හදුනාගැනීමට තරම් සාධක නොමැත. (උදාහරණ ලෙස තේල්ස් Thales සිතුවේ එය ජලය යයි කියාය.) 1638 දී ගැලීලියෝ විසින් විභව ශක්තිය චාලක ශක්තිය බවටත් නැවත විභව ශක්තිය බවටත් සංස්ථිතිකව පත්වන බව විස්තර කරමින් පැහැදිලි කළ හැකි අවලම්භය ඇතුළු සිද්ධි ගණනාවක විශ්ලේෂණ ඉදිරිපත් කළේය. කෙසේ නමුත් ගැලීලියෝ නුතන ආකාරයෙන් එය ප්‍රකාශ නොකළ නිසා පැසසුම් ලැබිය නොහැකි විය. 1676 – 1689 කාලයේ දී ගොට්ෆ්‍රයිඩ් විල්හෙල්ම් ලිබ්නිස් (Gottfried Wilhelm Leibniz) මුල්වරට චලිතය හා බැදුණු ශක්තිය (චාලක ශක්තිය) ගණිතමය සුත්‍රයක් ආධාරයෙන් ඉදිරිපත් කිරීමට උත්සාහ කරන ලදී. බෙ‍ාහෝමයක් යාන්ත්‍රික පද්ධති සදහා (Vi ප්‍රවේගයෙන් යුත් විවිධ ස්කන්ධ mi )

\sum _{i}m_{i}v_{i}^{2}

ස්කන්ධ අන්තර්ක්‍රියා නොකරනතාක් සංස්ථිතික බව නිරීක්ෂණය කරන ලදී. ඔහු මෙම සංරචකය පද්ධතිය ජීව බලය හෙවත් Vis Viva ලෙස නම් කරන ලදී. මෙම නියමය ඝර්ෂණය නැතිවිට ශක්තිය බොහෝ දුරට සංස්ථිතිය යන නිවැරදි අරුත ගෙන හැර දැක්වීය. බොහෝමයක් භෞතිකඥ විද්‍යාඥයන් ඝර්ෂණයක් ඇති පද්ධතියක වුවද ගම්‍යතාව සංස්ථිතික බව,

\,\!\sum _{i}m_{i}v_{i}

යන්න සංස්ථිතික බව මගින් අර්ථ දැක්වූහ. සුදුසු තත්ව යටතේ දී අංශ දෙකම වෙන වෙනම සංස්ථිතිකවන බව පසුව සොයාගන්නා ලදී. (ප්‍රත්‍යාස්ථ ගැටුම් වැනි)

Leibniz’s භාවිතා කරන John Smeaton , Peter Ewart , Karl Hotzmann ,Gustave Adolphe Hirn හා Marc Seguin වැනි විද්‍යාඥයින් ගම්‍යතා සංස්ථිතිය පමණක් ප්‍රායෝගික ගණනය කිරීම්වලට ප්‍රමාණවත් නොවන බව පෙන්වා දුන්හ. මෙය නියමය William Hyde Wallaston වැනි රසායනඥයින් ද භාවිතා කළහ. ජෝන් ප්ලේෆෙයාර් වැනි විද්වතුන් චාලක ශක්තිය සංස්ථිතික නොවන බව මුලින්ම පැවසූ අය අතර වෙති. තාපගති විද්‍යාවේ දෙවන නියමය මත පදනම් වූ නවීන විශ්ලේෂණයක් මගින් මෙය වඩාත් පැහැදිලි විය. නමුත් 18 හා 19 වන සියවස් වන විටත් හානිවන ස්කන්ධයට සිදුවන දෙය රහසක්ව පැවතුණි. ඝර්ෂණය යටතේ චලිතයේ දී හටගන්නා තාපය Vis Viva හි තවත් ආකාරයක් බවට ක්‍රමයෙන් සැක මතු විය. 1783 දී ඇන්ටොයින් ලැවෝෂියර් හා පියරේ සයිමන් ලප්ලාස් Vis Viva හි තරගකාරී සිද්ධාන්ත දෙක සහ ක්ලැරික් (Caloric) සිද්ධාන්තය නැවත ඉදිරිපත් කළහ. 1798 දී කවුන්ට් රම්ෆර්ඩ් කාලතුවක්කු ක්‍රියාත්මක වීමේදී තාපය ජනනය වන බව නිරීක්ෂණය යාන්ත්‍රික ශක්තිය තාපය බවට පරිවර්තනය කළ හැකි බවත් එය ප්‍රමාණාත්මක හා අනුමාන කළ හැකි බවත් යන අදහස වඩාත් තහවුරු කරලීය.(චාලක ශක්තිය හා තාපය අතර සාර්වත්‍ර ස්ථිතික නියතයට මග පාදමින්) 1807 දී තොමස් යන්ග් විසින් ශක්තිය යන වචනය මුලින්ම යොදා පසු ගැනීමෙන් පසු දැන් Vis Viva ශක්තිය ලෙස හැදින්වේ.

Vis Viva

{\frac {1}{2}}\sum _{i}m_{i}v_{i}^{2}

ලෙස වෙනස් වන්නේ 1819 – 1839 කාලයේදී Gaspard – Gustave Coriolis හා Jean - Victor Poncelet විසින් සිදුකළ කාර්යන්ගේ ප්‍රතිඵලයක් ලෙසය. පළමු වැන්නා කාර්ය auantité de travail (කාර්යය ප්‍රමාණය) හා දෙවැන්නා travail mécanique (යාන්ත්‍රික කාර්යය) ප්‍රකාශයට පත්කළ අතර දෙදෙනාම ඉංජිනේරුමය ගණනය කිරීම්වල දී ඒවායේ භාවිතා ඉතා හොදින් සිදු කරන ලදී.

1837 දී Zeitschrit fürPhysik දී ප්‍රකාශිත Über die Natur der Wärme, පුවත්පතකින් කාල් ෆෙඩ්රික් මෝ ශක්ති සංස්ථිති සිද්ධාන්තය පිළිබද මුල්ම වාචික ප්‍රකාශනය සිදු කිළේය. ‘දන්නා රසායනික මුලද්‍රව්‍ය 54 හැරුණු කොට භෞතික ලොකයේ තවත් එක් කාරකයක් ඇති අතර එය ක්‍රාෆ්ට් (Kraft) ලෙස හදුන්වනු ලබයි. (ශක්තිය හෝ කාර්යය) එය චලිතය, රසායනික බන්ධන , සංශක්තිය , විදුලිය , ආලෝකය හා චුම්භකත්වය ලෙස පැවතිය හැකි අතර මේ ඕනෑම ප්‍රභේදයක් අනෙක් ප්‍රභේදයක් බවට පරිවර්තනය විය හැකිය’.

නුතන සංස්ථිතික නියමය දියුණු වීමට ප්‍රධාන හේතුවක් වූයේ තා‍පයේ යාන්ත්‍රික සමකය විදහා දැක්වීමය. තාපය මැවීමට හෝ විනාශ කිරීමට නොහැකි බව caloric සිද්ධාන්තය මගින් කියා සිටියත් ශක්ති සංස්ථිතියට තාපය හා යාන්ත්‍රික කාර්ය අන්තර් හුවමාරු කළ හැකිය යන විරුද්ධ න්‍යාය අයත් වෙයි.

යාන්ත්‍රික සමකතා න්‍යාය ප්‍රථමවරට එහි නූතන ආකාරයෙන් ඉදිරිපත් කළේ ජර්මන් ජාතික ශල්‍ය වෛද්‍යවරයෙකු වූ ජුලියස් රොබර්ට් වොන් මේයර් ඔහුගේ තීරණයට පැමි‍ණියේ නැගෙනහිර මිලනද දුපත්වලට යන සංචාරයක් අතරය. ඔහුගේ රෝගියාගේ රුධිරය තද රතු පැහැ බව ඔහු සොයා ගත්තේය. එසේ වී ඇත්තේ උණුසුම් පරිසර තුළ ඔවුන්ගේ ශරීර උෂ්ණත්වය පවත්වා ගැනීමට අඩු ඔක්සිජන් ප්‍රමාණයක් පරිභෝජනයයි. එමගින් අඩු ශක්ති පරි‍භෝජනය. තාපය හා යාන්ත්‍රික කාර්ය ‍යන දෙකම ශක්ති විශේෂ බව සොයාගත් ඔහු පසුව භෞතික විද්‍යාව පිළිබඳ ඔහුගේ දැණුම වැඩි කරගත් පසු එම දෙක අතර ප්‍රමාණාත්මක සම්බන්ධතාවක් ගොඩ නැංවීය.

ඒ අතරතුර 1843 දී ජේම්ස් ප්‍රෙස්කොට් ජූල් පර්යේෂණ පෙළක් හරහා තනිවම යාන්ත්‍රික සමකය සොයාගන්නා ලදී. මෙයින් වඩාත්ම ප්‍රසිද්ධ දැන් ජූල් උපකරණය ලෙස හදුන්වන දෙයයි. තන්තුවකට ඈදා ඇති පහළට චලනයවන ස්කන්ධයක් ජලය තුළ ඇති පැඩලයක් භ්‍රමණයට සලස්වයි. පහළට චලනයවන ස්කන්ධ නිසා හානිවන ගුරුත්වාකාර්ෂණ විභව ශක්තිය පැඩලය සමග ඝර්ෂණය නිසා ජලය මගින් ලබා ගන්නා තාප ශක්තියට සමාන බව ඔහු පෙන්වා දෙන ලදී.

1840 – 1843 කාලය තුළ ලඩ්විග් ඒ. කෝල්ඩින්ග් විසින් මේ හා සමාන කර්තව්‍යයක් සිදු කළත් ඔහුගේ උපන් රට වූ ඩෙන්මාර්කයෙන් පිට ඒවා එතරම් ප්‍රචලිත නොවීය.

ජූල්ගේ හා මේයර්ගේ වැඩ කටයුතු බාධක හා නොසලකා හැරීම්වලින් පහර කෑමට ලක් වුවද , සමහර විටෙක අසාධාරණව වඩා පළිගැනීම ලැබු‍ණේ ජූල්ටය.

ප්‍රමුඛතාව සදහා මේයර් හා ජූල් අතර තරගය සදහා තාපයේ යාන්ත්‍රික සමකය ප්‍රමුඛතාව බලන්න.

1844 දී විලියම් රොබර්ට් ගෘව් යාන්ත්‍රිකය ,තාපය , ආලෝකය , විදුලිය හා චුම්භකත්වය එකම තනි බලයක් (නුතන වචන වලින් ශක්තිය) විදහා දැක්වීම් සේ ප්‍රකාශ කර ඒවා අතර සම්බන්ධයක් ප්‍රකාශ කළේය. ගෘව් ඔහුගේ සිද්ධාන්ත ‘The Correlation of Physical force’ නැමැති කෘතිය හරහා එලි දැක්වීය. 1847 දී ජූල්ගේ ක්‍රියාමත පදනම්ව Sadi Carnot හා එමලි ක්ලැපෙයිරන් , Hermann Von Helmholtz ගෘව්ගේ අදහසට සමාන නිගමනයකට පැමිණි එම සිද්ධාන්ත Über die Erha….ung නැමැති කෘතිය හරහා එලි දැක්වීය. (1847 දී බලය පිළිබද සාකච්චා මත) නියමයේ නුතන පිළිගැනීම ශක්තිමත් වුණේ මෙම ප්‍රකාශනය හරහාය.

1877 දී පීටර් ගුත්‍රී ටෙයිට් , සර් අයිසැක් නිවුටන් විසින් Philosophiae Naturalis Pricipia Mathematica හි 40 හා 41 වන වාක්‍යය මත පදනම්ව නියමය මුලින්ම ඉදිරිපත් කළ බව පැවසීය. වර්තමානයේ දී මෙය සලකනු ලබන්නේ ‘විග්` (1688 ව්‍යවස්ථා සංශෝධන කාණ්ඩය) ඉතිහාසයක උදාහරණයක් ලෙසයි.

ආශ්‍රිත

මූලාශ්‍ර