Work and Energy (कार्य और ऊर्जा)
Class 9 Physics - Bihar Board Curriculum
1. Work (कार्य)
In everyday life, "work" means any physical or mental activity. But in science, work is said to be done only when a force acting on an object causes it to displace.
Condition for Work: Two conditions need to be satisfied for work to be done:
- A force should act on the object.
- The object must be displaced.
विज्ञान में, कार्य तभी होता है जब किसी वस्तु पर लगने वाला बल उसे विस्थापित कर दे।
कार्य की शर्तें:
- वस्तु पर कोई बल लगना चाहिए।
- वस्तु का विस्थापन होना चाहिए।
Formula (सूत्र)
Work done (W) = Force (F) × Displacement (s) × cosθ
where θ is the angle between the force vector and the displacement vector.
If force is applied in the direction of displacement, θ = 0° and cos0° = 1.
W = F × s (This is the most common case)
Units (मात्रक)
- SI Unit: Joule (J). 1 Joule = 1 Newton × 1 metre.
- CGS Unit: erg. 1 erg = 1 dyne × 1 cm.
- 1 Joule = 10⁷ erg
- SI मात्रक: जूल (J). 1 जूल = 1 न्यूटन × 1 मीटर।
- CGS मात्रक: अर्ग। 1 अर्ग = 1 डाइन × 1 सेंटीमीटर।
- 1 जूल = 10⁷ अर्ग
2. Energy (ऊर्जा)
Energy is defined as the capacity to do work. The unit of energy is the same as that of work, i.e., Joule (J).
An object possessing energy can do work.
ऊर्जा को कार्य करने की क्षमता के रूप में परिभाषित किया जाता है। ऊर्जा का मात्रक कार्य के मात्रक के समान ही होता है, अर्थात जूल (J)।
जिस वस्तु में ऊर्जा होती है, वह कार्य कर सकती है।
3. Forms of Energy (ऊर्जा के रूप)
| English | Hindi | Example (उदाहरण) |
|---|---|---|
| Kinetic Energy | गतिज ऊर्जा | A moving car (चलती हुई कार) |
| Potential Energy | स्थितिज ऊर्जा | Water stored in a dam (बाँध में जमा पानी) |
| Heat Energy | ऊष्मीय ऊर्जा | Heat from the sun (सूर्य से ऊष्मा) |
| Chemical Energy | रासायनिक ऊर्जा | Energy in food, batteries (भोजन, बैटरी में ऊर्जा) |
| Light Energy | प्रकाश ऊर्जा | Light from a bulb (बल्ब से प्रकाश) |
| Nuclear Energy | नाभिकीय ऊर्जा | Energy from nuclear reactions (नाभिकीय अभिक्रियाओं से ऊर्जा) |
4. Kinetic Energy (K.E.) - गतिज ऊर्जा
The energy possessed by a body by virtue of its motion is called kinetic energy.
Examples: A moving bullet, flowing water, a rolling ball.
किसी वस्तु की गति के कारण उसमें जो ऊर्जा होती है, उसे गतिज ऊर्जा कहते हैं।
उदाहरण: चलती हुई गोली, बहता हुआ पानी, लुढ़कती हुई गेंद।
Formula (सूत्र)
K.E. = ½ × m × v²
where:
m = mass of the object (वस्तु का द्रव्यमान)
v = velocity of the object (वस्तु का वेग)
5. Potential Energy (P.E.) - स्थितिज ऊर्जा
The energy possessed by a body by virtue of its position or configuration is called potential energy.
Gravitational P.E.: Due to height above the ground.
Elastic P.E.: Due to change in shape (e.g., stretched rubber band).
किसी वस्तु की स्थिति या विन्यास के कारण उसमें जो ऊर्जा होती है, उसे स्थितिज ऊर्जा कहते हैं।
गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा: जमीन से ऊँचाई के कारण।
प्रत्यास्थ स्थितिज ऊर्जा: आकृति बदलने के कारण (जैसे खिंचा हुआ रबर बैंड)।
Formula (सूत्र) - Gravitational P.E.
P.E. = m × g × h
where:
m = mass of the object (द्रव्यमान)
g = acceleration due to gravity (गुरुत्वीय त्वरण) ≈ 9.8 m/s²
h = height of the object from a reference point (ऊँचाई)
6. Work-Energy Theorem (कार्य-ऊर्जा प्रमेय)
The Work-Energy Theorem states that the work done by a net force on a body is equal to the change in its kinetic energy.
कार्य-ऊर्जा प्रमेय के अनुसार, किसी वस्तु पर लगने वाले कुल बल द्वारा किया गया कार्य उसकी गतिज ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर होता है।
Formula (सूत्र)
Work done = Change in K.E. = Final K.E. - Initial K.E.
W = ½ m v² - ½ m u²
(where u = initial velocity, v = final velocity)
7. Law of Conservation of Energy (ऊर्जा संरक्षण का नियम)
Energy can neither be created nor destroyed; it can only be transformed from one form to another. The total energy in an isolated system remains constant.
Example: In a simple pendulum:
- At the highest point: All energy is Potential Energy (P.E. is max, K.E. is zero).
- At the lowest point: All energy is Kinetic Energy (K.E. is max, P.E. is zero).
- Total Energy (P.E. + K.E.) remains constant throughout the motion.
ऊर्जा को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है; इसे केवल एक रूप से दूसरे रूप में बदला जा सकता है। एक बंद निकाय में कुल ऊर्जा सदैव संरक्षित रहती है।
उदाहरण: एक सरल लोलक में:
- उच्चतम बिंदु पर: सारी ऊर्जा स्थितिज ऊर्जा होती है (P.E. अधिकतम, K.E. शून्य)।
- निम्नतम बिंदु पर: सारी ऊर्जा गतिज ऊर्जा होती है (K.E. अधिकतम, P.E. शून्य)।
- गति के दौरान कुल ऊर्जा (P.E. + K.E.) स्थिर रहती है।
8. Power (शक्ति)
Power is defined as the rate of doing work or the rate of transfer of energy.
It measures how fast work is done.
शक्ति को कार्य करने की दर या ऊर्जा हस्तांतरण की दर के रूप में परिभाषित किया जाता है।
यह मापती है कि कार्य कितनी तेजी से किया जा रहा है।
Formula (सूत्र)
Power (P) = Work done (W) / Time taken (t)
P = W / t
Units (मात्रक)
- SI Unit: Watt (W). 1 Watt = 1 Joule / 1 second.
- Larger units: kilowatt (kW), Megawatt (MW).
- 1 kW = 1000 W
- Horsepower (hp) is also a unit of power. 1 hp ≈ 746 Watts
- SI मात्रक: वाट (W). 1 वाट = 1 जूल / 1 सेकंड।
- बड़े मात्रक: किलोवाट (kW), मेगावाट (MW)।
- 1 kW = 1000 W
- अश्वशक्ति (hp) भी शक्ति का एक मात्रक है। 1 hp ≈ 746 वाट
9. Commercial Unit of Energy - kWh (ऊर्जा का व्यावसायिक मात्रक)
The energy used in households and industries is large, so Joule is too small a unit. We use kilowatt-hour (kWh).
1 kilowatt-hour is the energy consumed when an appliance of 1 kilowatt power is used for 1 hour.
घरों और उद्योगों में प्रयुक्त ऊर्जा बहुत अधिक होती है, इसलिए जूल एक बहुत छोटा मात्रक है। हम किलोवाट-घंटा (kWh) का उपयोग करते हैं।
1 किलोवाट-घंटा वह ऊर्जा है जो 1 किलोवाट शक्ति के उपकरण द्वारा 1 घंटे में खपत की जाती है।
Relation with Joule (जूल के साथ संबंध)
1 kWh = 1 kW × 1 h = 1000 W × 3600 s = 3,600,000 Joules = 3.6 × 10⁶ J
"Unit" of electricity: 1 Unit = 1 kWh
Key Points to Remember for Exams (बिहार बोर्ड परीक्षा के लिए महत्वपूर्ण बिंदु)
- The SI unit of Work and Energy is Joule.
- The formula for Kinetic Energy is K.E. = ½ mv².
- The formula for Potential Energy is P.E. = mgh.
- Energy is always conserved; it only changes form.
- Power is Work divided by Time.
- The commercial unit of energy is kWh.
- 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J
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