বিভব শক্তি (Potential Energy)

বিভব শক্তি কি?

স্বাভাবিক অবস্থান বা অবস্থা থেকে পরিবর্তন করে কোনো বস্তুকে অন্য কোনো অবস্থান বা অবস্থায় আনলে বস্তু কাজ করার যে সামর্থ্য অর্জন করে তাকে বিভব শক্তি বলে।

স্বাভাবিক অবস্থা বা অবস্থান থেকে পরিবর্তন করে কোনো বস্তুকে অন্য অবস্থা বা অবস্থানে আনতে যদি কোনো বলের বিরুদ্ধে কোনো কাজ করা হয় তখন বস্তুটি ঐ পরিমাণ কাজ করার সামর্থ্য লাভ করে। পরবর্তীতে বস্তুটি আবার স্বাভাবিক অবস্থা বা অবস্থানে আসতে ঐ পরিমাণ কাজ করতে পারে। বস্তু এই যে কাজ করার সামর্থ্য লাভ করল তাই বস্তুর মধ্যে শক্তি হিসেবে সঞ্চিত থাকবে। শক্তির এ রূপকেই বলা হয় বিভব শক্তি ৷

উদাহরণস্বরূপ, আমরা যখন ভূপৃষ্ঠ থেকে কোনো বস্তুকে উপরে তুলি তখন অভিকর্ষ বলের বিরুদ্ধে কাজ করি। ফলে ঐ বস্তু কিছু শক্তি লাভ করে। বস্তুটি যদি ভূপৃষ্ঠে পড়ে তখন সেটি ঐ পরিমাণ কাজ করতে পারে। কেননা বস্তুটি ভূপৃষ্ঠ পর্যন্ত পড়তে অন্য কোনো বস্তুকে উপরে ওঠাতে পারে।

বিভব শক্তির উদাহরণ

নিচের চিত্রে দেখা যাচ্ছে কপি কলের উপর দিয়ে যাওয়া একটি দড়ির দুই প্রান্তে দুটি বস্তু A ও B বাধা আছে। ভারী বস্তু A ভূপৃষ্ঠ থেকে উপরে আছে এবং হাল্কা বস্তু B ভূপৃষ্ঠে আছে। এখন A বস্তু নিচে নামতে থাকলে B বস্তুকে উপরে উঠাবে। ভূপৃষ্ঠ থেকে উপরে থাকার জন্য A বস্তুর মধ্যে কাজ করার এই যে সামর্থ্য আছে, তাই A বস্তুর বিভব শক্তি।

আবার একটি মসৃণ তলের উপর একটি বস্তুকে একটি স্প্রিং এর একপ্রান্তের সাথে সংযুক্ত করে স্প্রিং এর অপর প্রান্ত একটা দৃঢ় অবলম্বনের সাথে আটনো হল। এখন, বস্তুটিকে বল প্রয়োগ করে স্প্রিংটিকে সংকুচিত করে ছেড়ে দিলে স্প্রিংটি তার আগের অবস্থায় আসার সময় কাজ করতে পারবে—পথে অন্য কোনো বস্তু পড়লে তাকে সরাতে পারবে।  স্প্রিংটি তার স্বাভাবিক অবস্থা পরিবর্তনের জন্য এই যে কাজ করার সামর্থ্য লাভ করল সেটি তার বিভব শক্তি।

একইভাবে, একটি স্প্রিং এর ক্ষেত্রে, যখন এটি তার সাম্যবস্থা থেকে স্থানচ্যুত হয়, তখন এটি কিছু পরিমাণ শক্তি অর্জন করে। এটিকে প্রসারিত করার সময় এই শক্তি আমরা আমাদের হাতে চাপ হিসেবে অনুভব করি।

বিভব শক্তির দুটি প্রধান রূপ থাকে, এগুলি হল-

• অভিকর্ষজ (Gravitational Potential Energy)
• স্থিতিস্থাপক (Elastic Potential Energy)

অভিকর্ষজ বিভব শক্তি

অভিকর্ষ বলের বিরুদ্ধে কাজ করে কোনো বস্তুর অবস্থানের পরিবর্তন করলে বস্তু কাজ করার যে সামর্থ্য লাভ করে তাই হচ্ছে এই ধরণের শক্তি।

পরিমাপ : m ভরের কোনো বস্তুকে ভূপৃষ্ঠ থেকে h উচ্চতায় ওঠাতে কৃত কাজই হচ্ছে বস্তুতে সঞ্চিত শক্তির পরিমাপ। আর এক্ষেত্রে কৃতকাজ হচ্ছে বস্তুর ওপর প্রযুক্ত অভিকর্ষ বল তথা বস্তুর ওজন এবং উচ্চতার গুণফলের সমান।

বিভব শক্তি = বস্তুর ওজন x উচ্চতা

or, E = mgh

অর্থাৎ, বিভব শক্তি = বস্তুর ভর × অভিকর্ষজ ত্বরণ × উচ্চতা।

একটি ঘরের মেঝের সাপেক্ষে কোনো বস্তুর বিভব শক্তি 60 J বলতে বুঝায় বস্তুর মধ্যে সঞ্চিত শক্তি দ্বারা বস্তুটি ঘরের মেঝেতে নেমে আসতে 60 J কাজ করতে পারে। কোথা হতে উচ্চতা পরিমাপ করা হচ্ছে তার ওপর বস্তুটির বিভব শক্তি নির্ভর করে। অর্থাৎ, কোথায় আমরা h = 0 ধরেছি, তার ওপর এই শক্তি নির্ভরশীল।

উদাহরণস্বরূপ ধরা যাক, তুমি কোনো ভবনের দোতলায় একটি ঘরে বসে কোনো টেবিল থেকে কিছু ওপরে একটি কলম ধরে আছ। ঐ কলমের বিভব শক্তি কত? কলমের এই শক্তি টেবিল, ঐ ঘরের মেঝে এবং ভূপৃষ্ঠের সাপেক্ষে ভিন্ন ভিন্ন হবে। কেননা ঐ তিন অবস্থান থেকে কলমের উচ্চতা ভিন্ন এবং কলমটি টেবিল পর্যন্ত পড়তে যে কাজ করতে পারবে, ঐ ঘরের মেঝেতে পড়তে তার চেয়ে বেশি কাজ করতে পারবে এবং ভূপৃষ্ঠ পর্যন্ত নেমে আসতে কৃত বজ আরো বেশি হবে।

সুতরাং সমস্যা সমাধানে সমীকরণ ব্যবহারের সময় আমাদের সতর্কতার সাথে ঐ সমস্যার জন্য h কত তা বুঝতে হবে।

স্থিতিস্থাপক বিভব শক্তি

এটি এমন শক্তি যা বস্তুতে সঞ্চিত থাকে। কোনো বস্তুকে সংকুচিত বা প্রসারিত করলে এই শক্তির উৎপত্তি হয়, যেমন রাবার ব্যান্ড। একটি বস্তু যত বেশি প্রসারিত করতে পারে, তার বিভব শক্তি তত বেশি স্থিতিস্থাপক। অনেক বস্তু বিশেষভাবে স্থিতিস্থাপক বিভব শক্তি সঞ্চয় করার জন্য ডিজাইন করা হয়, যেমন-

• একজন তীরন্দাজের প্রসারিত ধনুকের মাধ্যমে তীর অনেক দূরে নিক্ষেপ করা,
• একজন ডুবুরির ডুব দেওয়ার ঠিক আগে একটি বাঁকানো ডুবুরির বোর্ডের শক্তি

একটি বস্তুর যখন এই ধরণের শক্তি সঞ্চয় করে তখন তার উচ্চ স্থিতিস্থাপক সীমা থাকে। সমস্ত স্থিতিস্থাপক বস্তুর একটি শেষ সীমা রয়েছে যা তারা ধরে রাখতে পারে। স্থিতিস্থাপক সীমার বাইরে বস্তু বিকৃত হয়ে গেলে বস্তুটি আর তার আসল আকারে ফিরে আসে না।