શક્તિ : પદાર્થની કે તંત્રની કાર્ય કરવાની ગુંજાશ. ભિન્ન ભિન્ન સ્વરૂપો ધરાવતી ગતિ માટેના સામાન્ય માપ તરીકે પણ તેને ઓળખાવી શકાય. શક્તિ વિવિધ સ્વરૂપોમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે; જેમ કે, ધ્વનિ, પ્રકાશ, વિદ્યુત, ઉષ્મા, રાસાયણિક અને ન્યૂક્લિયર સ્વરૂપે. શક્તિના પ્રત્યેક સ્વરૂપ થકી તેનો જથ્થો દર્શાવવા માટે ગાણિતિક સૂત્ર તૈયાર કરવામાં આવે છે.
તંત્રમાં થતા ફેરફારના માત્રાત્મક (quantitative) માપનના ભાગ તરીકે વિજ્ઞાનમાં શક્તિની વિભાવનાનો ખ્યાલ પ્રગટ થયો (વિકસ્યો) છે. વિજ્ઞાનમાં શક્તિનો ખ્યાલ મૂળભૂત છે.
યાંત્રિક (potential) શક્તિ : સ્થિતિને કારણે પદાર્થ સાથે સંકળાયેલી શક્તિને સ્થિતિ-શક્તિ કહે છે. ગતિને કારણે પદાર્થ સાથે સંકળાયેલી શક્તિને ગતિજ (kinetic) શક્તિ કહે છે. સ્થિતિ અથવા ગતિશક્તિ અથવા બંનેના સરવાળાને યાંત્રિક (mechanical) શક્તિ કહેવામાં આવે છે.
સ્થિતિ-શક્તિ મુક્ત ન થાય ત્યાં સુધી દેખાતી નથી. તેના મુખ્ય બે પ્રકાર છે : એક ગુરુત્વ-સ્થિતિ(gravitational potential)-શક્તિ અને બીજી સ્થિતિસ્થાપક (dastic) સ્થિતિ-શક્તિ. જ્યારે m દળના પદાર્થને પૃથ્વીની સપાટીથી h ઊંચાઈએ લઈ જવામાં આવે છે ત્યારે તેની સ્થિતિશક્તિ = mgh થાય છે; જ્યાં g ગુરુત્વ-પ્રવેગ (gravitational acceleration) છે. ખુલ્લી સ્પ્રિંગ ઉપર દબાવવા જે કાર્ય કરવામાં આવે છે તે તેમાં સ્થિતિ-શક્તિ તરીકે સંચિત થાય છે. દાબેલી સ્પ્રિંગને છોડી દેતાં આ સ્થિતિ-શક્તિ ગતિશક્તિ તરીકે આવિષ્કાર પામે છે. અમુક ઊંચાઈએથી પદાર્થ પડે છે ત્યારે તેની સ્થિતિ-શક્તિમાં ઘટાડો થાય છે અને ગતિશક્તિના વધારામાં પરિણમે છે. સ્થિતિ-શક્તિ પદાર્થના સ્થાન ઉપર આધાર રાખે છે. પૃથ્વીની સપાટી આગળ પદાર્થની સ્થિતિ-શક્તિ શૂન્ય ગણવામાં આવે છે.
પદાર્થની ગતિ-શક્તિ પણ બે પ્રકાર ધરાવે છે : એક સ્થાનાંતરણ (translation) ગતિશક્તિ અને બીજી ભ્રમણ (rotational) ગતિશક્તિ. પદાર્થ એક સ્થાનેથી ખસીને બીજા સ્થાને જાય છે ત્યારે સ્થાનાંતરણ-ગતિ ધરાવે છે. m દળનો પદાર્થ υ વેગથી ગતિ કરતો હોય તો તેની ગતિશક્તિ 
mυ2 થાય છે. પદાર્થ નિશ્ચિત બિંદુ કે ધરી આસપાસ ભ્રમણ કરતો હોય તો તેની ભ્રમણગતિશક્તિ = Iω2 થાય છે. જ્યાં I પદાર્થની જડત્વની ચાકમાત્રા અને ω તેની કોણીય ઝડપ હોય છે.
સ્થિતિસ્થાપક સ્પ્રિંગ જેવા પદાર્થને ખેંચતાં કે દાબતાં જે કાર્ય કરવું પડે છે તેનાથી સ્થિતિસ્થાપક શક્તિમાં વધારો થાય છે. સ્પ્રિંગને છોડી દેતાં આ શક્તિ મુક્ત થાય છે અને પદાર્થ પોતાનું મૂળ સ્વરૂપ ધારણ કરે છે.
તાપમાનને કારણે પદાર્થ ઉષ્મા અથવા ઉષ્મીય ગતિ ધરાવે છે. તે હકીકતમાં, માત્ર ગતિજ શક્તિનું સ્વરૂપ છે; કારણ કે પદાર્થનું તાપમાન તેના ઘટક પરમાણુઓ કે અણુઓ ઉપર આધાર રાખે છે. જેમ તાપમાન વધારે ઊંચું તેમ અણુ-પરમાણુઓ વધુ ગતિ ધરાવે છે અને તાપમાન નીચું તેમ ગતિ ઓછી.
વિકિરણ–શક્તિ : વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણ આ પ્રકારની શક્તિ ધરાવે છે. તેમાં ગૅમા, ઍક્સ, અલ્ટ્રાવાયોલેટ, શ્ય-પ્રકાશ, ઇન્ફ્રારેડ, માઇક્રો અને રેડિયો-તરંગોનો સમાવેશ થાય છે. માધ્યમ ન હોય તોપણ આવી વિકિરણ-શક્તિ અસ્તિત્વ ધરાવી તથા પ્રસરી પણ શકે છે. તે વિદ્યુત કે ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં તરંગગતિ છે. પરમાણુની અંદરના ઇલેક્ટ્રૉન જ્યારે ઉચ્ચ ઊર્જા-અવસ્થામાંથી નિમ્ન ઊર્જા-અવસ્થામાં જાય છે ત્યારે વધારાની શક્તિ વિકિરણ-સ્વરૂપે ઉત્સર્જાય છે.
માનવજીવન અને વનસ્પતિ સૂર્યમાંથી ઉત્સર્જાતી વિકિરણ-શક્તિ ઉપર આધાર રાખે છે. સૂર્યમાંથી નીકળતું અધોરક્ત (Infrared) વિકિરણ પૃથ્વીને હૂંફાળી રાખે છે અને તેના પ્રકાશનાં કિરણોમાંથી મળતી શક્તિથી વનસ્પતિનો વિકાસ (વૃદ્ધિ) થાય છે. પ્રકાશ-સંશ્લેષણની (photosynthesis) પ્રક્રિયામાં વનસ્પતિ સૂર્યની શક્તિને રાસાયણિક શક્તિ તરીકે સંચિત કરે છે. વનસ્પતિ જે ખોરાક તૈયાર કરે છે તેનો માનવો અને પ્રાણીઓ ઉપયોગ કરીને સ્નાયુબળ પ્રાપ્ત કરે છે.
વાયુ, તેલ અને કોલસામાં સૂર્યની શક્તિ રાસાયણિક શક્તિ તરીકે સંગ્રહાય છે. કરોડો વર્ષ પહેલાંની વનસ્પતિ અને સજીવોની ક્ષય-ઉત્પાદ (decay products) એ અત્યારનું જીવાશ્મી (fossil) ઈંધણ છે. આવાં ઈંધણ બળતાં રાસાયણિક શક્તિનું ઉષ્મામાં રૂપાંતર થાય છે. આવી ઉષ્માને યાંત્રિક શક્તિમાં ફેરવી શકાય છે. ટર્બાઇન વડે મળતી યાંત્રિક શક્તિને જનિત્ર (generator) વડે વિદ્યુતશક્તિમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે.
ધ્વનિશક્તિ : હવા, પાણી, ધાતુ જેવા ઘન પદાર્થમાં ગતિ કરતાં દાબતરંગો વડે તે મળે છે. માધ્યમમાં અણુઓનાં કંપનોથી ધ્વનિતરંગો પેદા થતાં હોય છે. આથી ધ્વનિશક્તિને ખાસ પ્રકારની ગતિજ શક્તિ પણ ગણી શકાય.
વિદ્યુતશક્તિ : જે દ્રવ્ય વિદ્યુતભાર મેળવે છે અથવા ગુમાવે છે તે વિદ્યુતશક્તિ ધરાવે છે. આવી શક્તિને સ્થિરવિદ્યુત (electrostatic) સ્થિતિ-શક્તિ કહે છે; કારણ કે વિદ્યુતભારોને પદાર્થની નજીક લાવવા અથવા દૂર લઈ જવા માટે કાર્ય કરવું પડે છે. વિદ્યુતભારોની ગતિ વિદ્યુતપ્રવાહનું નિર્માણ કરે છે. જુદા જુદા વિદ્યુતસ્થિતિમાને (potential) રાખેલા પદાર્થોને સુવાહક વડે જોડતાં વિદ્યુતપ્રવાહનું વહન થાય છે. જ્યાં સુધી બે પદાર્થો ઉપરનું સ્થિતિમાન સરખું (સમાન) ન થાય ત્યાં સુધી વિદ્યુતભારો એક પદાર્થ ઉપરથી બીજા ઉપર જાય છે. વિદ્યુતપ્રવાહ હીટરમાં થઈને પસાર થતાં ઉષ્મા પેદા કરે છે; વિદ્યુતગોળામાં થઈને પસાર થતાં પ્રકાશ આપે છે. ઍસિડયુક્ત પાણી કે દ્રાવણમાં થઈને પસાર થતાં રાસાયણિક પૃથક્કરણ કરે છે; લોખંડ જેવા પદાર્થમાંથી વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરતાં ચુંબકત્વ (એક પ્રકારની શક્તિ) પેદા થાય છે.
રાસાયણિક શક્તિ : દહન જેવી રાસાયણિક પ્રક્રિયા કરતા પદાર્થો આ પ્રકારની શક્તિ ધરાવે છે. પદાર્થના અણુમાં સમાવિષ્ટ પરમાણુઓના રાસાયણિક બંધમાં આ શક્તિ સંચિત થયેલી હોય છે. પ્રક્રિયા દરમિયાન પ્રક્રિયકોના પરમાણુઓની પુનર્ગોઠવણી થાય છે અને જુદા જ પ્રકારના અણુઓ તૈયાર થાય છે. પ્રક્રિયકો (reactants) કરતાં ઉત્પાદકોની શક્તિ ઓછી હોય તો પ્રક્રિયા દરમિયાન શક્તિ મુક્ત થાય છે. સામાન્યત: આવી મુક્ત થતી શક્તિ ઉષ્મા અથવા પ્રકાશ અથવા બંને સ્વરૂપે હોય છે. તેથી ઊલટું, પ્રક્રિયકોની શક્તિ કરતાં ઉત્પાદોની શક્તિ વધુ હોય તો પ્રક્રિયા દરમિયાન શક્તિનું શોષણ થાય છે. સામાન્ય રીતે ઉષ્માનું શોષણ થતું હોય છે.
ન્યૂક્લિયર શક્તિ : પારમાણ્વિક ન્યૂક્લિયસમાં ફેરફાર થવાથી આ પ્રકારની શક્તિ મળે છે. તેમાં જ્યારે ન્યૂક્લિયસનું વિભાજન (અથવા સંયોજન) થતું હોય છે ત્યારે તે વિભાજનને ન્યૂક્લિયર વિખંડન (fission) કહે છે અને બે હલકી ન્યૂક્લિયસના સંયોજનને ન્યૂક્લિયર સંલયન (fusion) કહે છે. આ ઘટનાઓ દરમિયાન પેદા થતી શક્તિ વિપુલ હોય છે. આવી શક્તિ પ્રકાશ અને ઉષ્મા સ્વરૂપે હોય છે. વળી રેડિયો-ઍક્ટિવ ઉત્સર્જન પણ થાય છે, જેમાં વિદ્યુતભારિત કણો અને ગૅમા-વિકિરણ હોય છે. ન્યૂક્લિયસ અને કણોની ગતિને કારણે પદાર્થની ઉષ્મીય શક્તિમાં વધારો થાય છે. આસપાસના પદાર્થોમાં પણ ઉષ્મીય શક્તિમાં વધારો થાય છે. આસપાસના પદાર્થોમાં પણ ઉષ્મીય અને ગતિજ શક્તિ પેદા થાય છે. વિસ્ફોટની બાબતે આવું બને છે.
બંદૂકમાંથી છૂટતી 15 ગ્રામની ગોળી 500 મીટર/સેકન્ડના વેગથી ગતિ કરે તો તેની ગતિજ શક્તિ = mυ² = 1 × 50 × 10−3 × (500)² = 1875 જૂલ થાય છે. લક્ષ્ય સાથે અથડાતાં તેનું ઉષ્મા અને યાંત્રિક શક્તિમાં રૂપાંતર થાય છે.
એક મીટર ઊંચા ટેબલની સપાટી ઉપરથી એક કિલોગ્રામનો પદાર્થ પડે તો જમીન ઉપર આવતાં તેની સ્થિતિ-શક્તિનું ગતિજ શક્તિમાં રૂપાંતર થાય છે. પદાર્થ ટેબલની સપાટી ઉપર હોય ત્યારે
સ્થિતિ-શક્તિ = mgh = 1 × 10 × 1 = 10 જૂલ થાય છે.
અહીં ગુરુત્વપ્રવેગ g = 10 મી/સે.2 છે.
જમીન ઉપર આવતાં તેનું ગતિજ શક્તિ
= mυ2 માં રૂપાંતર થાય છે :
આ રીતે એક શક્તિનું બીજા પ્રકારની શક્તિમાં રૂપાંતર થાય છે અને બંને સંજોગોમાં શક્તિ અચળ રહે છે. આથી વિજ્ઞાનીઓએ મહત્ત્વનો સિદ્ધાંત નીચે પ્રમાણે તૈયાર કર્યો છે.
શક્તિનું હંમેશાં સંરક્ષણ થાય છે. તેનું માત્ર રૂપાંતરણ (transfor- mation) થાય છે. શક્તિસંરક્ષણનો નિયમ મુક્ત પતન કરતા પદાર્થ માત્ર માટે સાચો છે એવું નથી; પણ તે સમગ્ર વિશ્વને લાગુ પડે છે. આ નિયમ પ્રમાણે વિશ્વની કુલ શક્તિ હંમેશાં અચળ રહે છે.
લોલક એવું દૃષ્ટાંત છે, જેમાં એક શક્તિનું બીજા પ્રકારની શક્તિમાં રૂપાંતર થાય છે. આ સાથે કુલ શક્તિ તો અચળ જ રહે છે. જ્યારે લોલક દોલન દરમિયાન સર્વોચ્ચ સ્થાને હોય ત્યારે તે સંપૂર્ણપણે સ્થિતિ-શક્તિ ધરાવે છે. ત્યાંથી નીચે આવે છે ત્યારે સ્થિતિ-શક્તિનું ગતિજ શક્તિમાં રૂપાંતર થાય છે અને મધ્યમાન સ્થાને સંપૂર્ણપણે ગતિજ શક્તિ ધરાવે છે. આ ગતિશક્તિને આધારે તે બીજા છેડા સુધી પહોંચે છે. આ રીતે સ્થિતિ-શક્તિનું ગતિજ શક્તિમાં અને તેથી ઊલટું રૂપાંતર થયા કરે છે. જો ઘર્ષણ કે હવાનો અવરોધ બિલકુલ ન હોય તો લોલક અવિરતપણે (નિરંતર) દોલનો કર્યા કરશે. વાસ્તવમાં ઓછેવત્તે અંશે અવરોધક બળો તો હાજર જ હોય છે. આવાં બળોની ઉપરવટ જવા માટે ખર્ચાતી શક્તિ ઉષ્મા તરીકે જોવા મળે છે. આઇન્સ્ટાઇનના વિશિષ્ટ સાપેક્ષવાદ(special theory of relativity)ના ઉદ્ભવ બાદ દળ અને શક્તિ વચ્ચે સંબંધ સ્થાપિત થયો છે, એટલે કે E = mc2, જ્યાં E, m અને c અનુક્રમે શક્તિ, ગતિ કરતા પદાર્થનું દળ અને પ્રકાશનો વેગ છે. આ રીતે શક્તિસંરક્ષણના નિયમમાં દળનો પણ સમાવેશ સ્વાભાવિક છે. શક્તિનો નાશ કરી શકાતો નથી કે તેનું સર્જન કરી શકાતું નથી; પણ દળમાંથી શક્તિ મેળવી શકાય છે અને શક્તિમાંથી દળ પણ. ઉદાહરણ તરીકે, કણપ્રવેગક(particle accelerator)માં શક્તિને દળમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે. અહીં જ્યારે પ્રચંડ પ્રવેગ ધરાવતો કણ બીજા કણ સાથે સંધાન કરે છે ત્યારે નવા કણનું સર્જન થાય છે.
એક 10 ગ્રામ દળનો પદાર્થ (કણ) પ્રકાશના વેગથી ગતિ કરે તો તેની શક્તિ E = mc2
= 10 × 10−3 × (3 × 108)2 જ્યાં પ્રકાશનો વેગ
c = 3 × 108 મીટર / સેકન્ડ છે.
= 10 × 10−3 × 9 × 1016 = 9 × 1014 જૂલ થાય છે.
આ રીતે દળનું શક્તિમાં રૂપાંતર થાય છે.
આનંદ પ્ર. પટેલ