নবম শ্রেণি: ভৌত বিজ্ঞান, অধ্যায় – 3, ‘পদার্থ: গঠন ও ধর্ম’ সংক্ষিপ্ত প্রশ্নোত্তর মান ২

১. কোনো তলের ওপর লম্বভাবে প্রযুক্ত মোট বলকে ঘাত বলে, কিন্তু একক ক্ষেত্রফলের ওপর প্রযুক্ত বলকে চাপ বলে।
২. ঘাত একটি ভেক্টর রাশি, কিন্তু চাপ একটি স্কেলার রাশি।

আবদ্ধ পাত্রে তরল বা গ্যাসীয় পদার্থের কোনো অংশের ওপর বাইরে থেকে চাপ প্রয়োগ করলে, সেই চাপ কোনো অংশ না কমে তরল বা গ্যাসের সবদিকে সমানভাবে সঞ্চালিত হয় এবং তরল বা গ্যাস সংলগ্ন পাত্রের দেওয়ালে লম্বভাবে ক্রিয়া করে।

কোনো বস্তুকে স্থির তরলে বা গ্যাসে আংশিক বা সম্পূর্ণ নিমজ্জিত করলে বস্তুটির ওজনের আপাত হ্রাস ঘটে। এই ওজন হ্রাস বস্তু কর্তৃক অপসারিত তরল বা গ্যাসের ওজনের সমান।

স্থির প্রবাহীতে (তরল বা গ্যাস) কোনো বস্তুকে আংশিক বা সম্পূর্ণ নিমজ্জিত করলে ওই প্রবাহী বস্তুটির ওপর লম্বভাবে যে ঊর্ধ্বমুখী বল প্রয়োগ করে, তাকে প্লবতা বলে।

ধরি বস্তুর ওজন $W_1$ এবং প্লবতা $W_2$:
১. $W_1 > W_2$ হলে বস্তু ডুবে যাবে।
২. $W_1 = W_2$ হলে বস্তু তরলে সম্পূর্ণ নিমজ্জিত অবস্থায় ভাসবে।
৩. $W_1 < W_2$ হলে বস্তু তরলে আংশিক নিমজ্জিত অবস্থায় ভাসবে।

১. একক আয়তনের বস্তুর ভরকে ঘনত্ব বলে, কিন্তু কোনো বস্তুর ঘনত্ব ও $৪^{\circ}C$ উষ্ণতায় জলের ঘনত্বের অনুপাতকে আপেক্ষিক গুরুত্ব বলে।
২. ঘনত্বের একক আছে ($kg/m^3$ বা $g/cm^3$), কিন্তু আপেক্ষিক গুরুত্বের কোনো একক নেই।

কোনো বস্তু ভাসবে না ডুববে তা নির্ভর করে ঘনত্বের ওপর। লোহার ঘনত্ব জলের ঘনত্বের চেয়ে বেশি, তাই জলে ডুবে যায়। কিন্তু লোহার ঘনত্ব পারদের ঘনত্বের চেয়ে কম, তাই পারদে ভাসে।

তরলের চাপ গভীরতার সাথে বৃদ্ধি পায় ($P = h\rho g$)। বাঁধের নিচের অংশে জলের গভীরতা বেশি হওয়ায় চাপ অত্যধিক হয়। এই প্রবল চাপ সহ্য করার জন্য বাঁধের তলদেশ চওড়া ও মজবুত করা হয়।

১. স্থির তরলের মধ্যে কোনো বিন্দুতে তরলের চাপ সবদিকে সমানভাবে ক্রিয়া করে।
২. গভীরতা বাড়লে তরলের চাপ বাড়ে।

সংজ্ঞা: যে ব্যবস্থার সাহায্যে বায়ুমণ্ডলীয় চাপকে কাজে লাগিয়ে পাত্র নাড়াচাড়া না করে উঁচু পাত্র থেকে তরল নিচে রাখা পাত্রে স্থানান্তরিত করা হয়, তাকে সাইফন বলে।
প্রয়োগ: বড় ড্রাম থেকে পেট্রোল বা কেরোসিন ছোট পাত্রে ঢালতে ব্যবহৃত হয়।

১. বায়ুমণ্ডলীয় চাপের উপস্থিতি আবশ্যিক (শূন্যস্থানে কাজ করে না)।
২. তরলপূর্ণ ছোট বাহুর উল্লম্ব উচ্চতা বড় বাহুর উল্লম্ব উচ্চতার চেয়ে কম হতে হবে।

১. পাঠ ধীরে ধীরে কমলে বৃষ্টির সম্ভাবনা থাকে।
২. পাঠ হঠাৎ কমে গেলে ঝড়ের সম্ভাবনা থাকে।
৩. পাঠ ধীরে ধীরে বাড়লে আবহাওয়া পরিষ্কার ও শুষ্ক হওয়ার সম্ভাবনা থাকে।

এটি পাস্কালের সূত্রের ওপর ভিত্তি করে কাজ করে। একটি ছোট পিস্টনে অল্প বল প্রয়োগ করে তরলের মাধ্যমে সেই চাপ সঞ্চালিত করে বড় পিস্টনে অনেক বেশি বল পাওয়া যায়। এভাবেই বল বৃদ্ধি করা হয়।

১. নিমজ্জিত বস্তুর আয়তন: আয়তন বাড়লে অপসারিত তরল বাড়ে, তাই প্লবতা বাড়ে।
২. তরলের ঘনত্ব: তরলের ঘনত্ব বাড়লে প্লবতা বাড়ে।
৩. অভিকর্ষজ ত্বরণ: $g$-এর মান বাড়লে প্লবতা বাড়ে।

আমাদের শরীরের ভেতরের রক্ত ও অন্যান্য তরলের চাপ বাইরের বায়ুমণ্ডলীয় চাপের প্রায় সমান এবং বিপরীতমুখী। এই অভ্যন্তরীণ চাপ বাইরের চাপকে প্রশমিত করে দেয়, তাই আমরা চাপ অনুভব করি না বা চ্যাপ্টা হয়ে যাই না।

গভীর সমুদ্রে জলের প্রচণ্ড চাপে মাছের শরীরের ভেতরের চাপও খুব বেশি থাকে। ডাঙায় তুললে বাইরের বায়ুমণ্ডলীয় চাপ অনেক কম হওয়ায় শরীরের ভেতরের অত্যধিক চাপে শিরা-উপশিরা বা পটকা ফেটে যায় এবং মাছ মারা যায়।

এখানে $h$ হলো তরলের মুক্ততল থেকে বিন্দুর গভীরতা, $\rho$ হলো তরলের ঘনত্ব এবং $g$ হলো অভিকর্ষজ ত্বরণ। এই সমীকরণটি নির্দেশ করে যে, গভীরতা এবং ঘনত্ব বাড়লে তরলের চাপ বৃদ্ধি পায়।

১. ওজনহীন অবস্থায় (যেমন কৃত্রিম উপগ্রহে) এই নীতি প্রযোজ্য নয়।
২. যেসব বস্তু তরলে দ্রবীভূত হয়ে যায় (যেমন চিনি জলে), তাদের ক্ষেত্রে এই নীতি খাটে না।

সমুদ্রপৃষ্ঠে $৪৫^{\circ}$ অক্ষাংশে $০^{\circ}C$ উষ্ণতায় ৭৬ সেমি পারদ স্তম্ভ যে চাপ প্রয়োগ করে, তাকে প্রমাণ বায়ুমণ্ডলীয় চাপ বলে।

ব্যারোমিটারের সাহায্যে বায়ুমণ্ডলীয় চাপ মাপা হয়, যা সাধারণত খোলা থাকে। ম্যানোমিটারের সাহায্যে কোনো আবদ্ধ পাত্রে গ্যাসের চাপ মাপা হয়।

কোনো বস্তুকে তরলে নিমজ্জিত করলে বস্তুর দ্বারা অপসারিত তরলের ভারকেন্দ্রকে প্লবতা কেন্দ্র বলে। প্লবতা বল এই বিন্দু দিয়েই ওপরের দিকে ক্রিয়া করে।

জলের গভীরে চাপ খুব বেশি থাকে যা মানুষের শরীর সহ্য করতে পারে না। বিশেষ পোশাক (Diving suit) শরীরের ভেতরের চাপের সাথে বাইরের অত্যধিক চাপের ভারসাম্য বজায় রাখে এবং ডুবুরিকে নিরাপদে রাখে।

সংজ্ঞা: কোনো স্থির তরলের মুক্তপৃষ্ঠে একটি কাল্পনিক রেখা অঙ্কন করলে ওই রেখার প্রতি একক দৈর্ঘ্যের ওপর রেখার সাথে লম্বভাবে এবং পৃষ্ঠতলের স্পর্শক বরাবর যে বল ক্রিয়া করে, তাকে তরলের পৃষ্ঠটান বলে।
SI একক: নিউটন/মিটার ($N/m$)।

জলের পৃষ্ঠটান ধর্মের জন্য জলের উপরিতল একটি টান করা স্থিতিস্থাপক পর্দার মতো আচরণ করে। পোকার ওজন খুব কম হওয়ায় এবং পা দিয়ে জলতলে চাপ দিলে পৃষ্ঠটান জনিত প্রতিক্রিয়া বল পোকার ওজনকে ধরে রাখে, তাই পোকাটি ডুবে যায় না।

তাপমাত্রা বাড়লে তরলের পৃষ্ঠটান কমে যায়। গরম স্যুপের পৃষ্ঠটান কম হওয়ায় এটি জিভের ওপর বেশি এলাকা জুড়ে ছড়িয়ে পড়ে, ফলে স্বাদকোরকগুলি ভালোভাবে উদ্দীপিত হয় এবং স্যুপ সুস্বাদু লাগে।

সংজ্ঞা: কোনো তরলে খুব সরু ছিদ্রবিশিষ্ট নল (কৈশিক নল) আংশিক ডোবালে নলের ভেতরে তরলটি বাইরের তল অপেক্ষা কিছুটা ওপরে ওঠে বা নিচে নামে। তরলের এই ধর্মকে কৈশিকতা বলে।
উদাহরণ: লণ্ঠনের বা প্রদীপের সলতে বেয়ে তেল ওপরে ওঠা।

জলের পৃষ্ঠটান তেলের পৃষ্ঠটানের চেয়ে অনেক বেশি। তাই জলের অণুগুলি তেলের ফোঁটাকে সবদিক থেকে বাইরের দিকে টানতে থাকে। এই টানের ফলে তেলের ফোঁটাটি জলের ওপরিতলে পাতলা আস্তরণ হিসেবে ছড়িয়ে পড়ে।

প্রবাহীর যে ধর্মের জন্য প্রবাহী তার পাশাপাশি অবস্থিত দুটি স্তরের আপেক্ষিক গতির বিরুদ্ধে বাধার সৃষ্টি করে, তাকে সান্দ্রতা বলে। এটি হলো প্রবাহীর অভ্যন্তরীণ ঘর্ষণ।

১. ধারারেখ প্রবাহে প্রবাহীর কণার বেগ ও দিক সময়ের সাথে অপরিবর্তিত থাকে, কিন্তু অশান্ত প্রবাহে কণার বেগ ও দিক বিশৃঙ্খলভাবে পরিবর্তিত হয়।
২. প্রবাহীর বেগ সংকট বেগের কম হলে ধারারেখ প্রবাহ হয়, আর সংকট বেগের বেশি হলে অশান্ত প্রবাহ হয়।

প্রবাহীর বেগের যে নির্দিষ্ট সর্বোচ্চ সীমা পর্যন্ত প্রবাহ শান্ত বা ধারারেখ থাকে এবং যার চেয়ে বেগ বাড়লে প্রবাহ অশান্ত বা বিশৃঙ্খল হয়ে যায়, তাকে ওই প্রবাহীর সংকট বেগ বলে।

কোনো বস্তু সান্দ্র প্রবাহীর মধ্য দিয়ে নিচে পড়ার সময়, বস্তুর ওজন এবং প্রবাহীর সান্দ্রতা বল ও প্লবতা যখন সমান হয়, তখন বস্তুটি যে সর্বোচ্চ ধ্রুবক বেগে নিচে পড়তে থাকে, তাকে প্রান্তীয় বেগ বলে।

আদর্শ প্রবাহীর (অসংনম্য ও অ-সান্দ্র) ধারারেখ প্রবাহের ক্ষেত্রে, প্রবাহ নালীর যেকোনো ছেদে প্রবাহীর প্রতি একক আয়তনে চাপ শক্তি, গতিশক্তি ও স্থিতিশক্তির সমষ্টি সর্বদা ধ্রুবক থাকে।

বার্নৌলির নীতি অনুযায়ী, বায়ুর বেগ বাড়লে চাপ কমে। ঝড়ের সময় টিনের চালের ওপর দিয়ে বায়ু প্রবল বেগে প্রবাহিত হয়, ফলে ওপরে চাপ কমে যায়। কিন্তু ঘরের ভেতরে বায়ুর বেগ কম থাকায় চাপ বেশি থাকে। এই চাপের পার্থক্যের জন্য নিচের উচ্চচাপ টিনকে ওপরের দিকে ঠেলে দেয় এবং চাল উড়ে যায়।

দুটি যানের মাঝখানের সরু জায়গায় বাতাসের বেগ খুব বেশি থাকে। বার্নৌলির নীতি অনুযায়ী, বেগ বাড়লে চাপ কমে যায়। কিন্তু যানের বাইরের দিকে বাতাসের বেগ কম থাকায় চাপ বেশি থাকে। এই উচ্চচাপ দুই দিক থেকে দুটি যানকে ভেতরের দিকে ঠেলে দেয়, ফলে মনে হয় তারা পরস্পরকে আকর্ষণ করছে।

বল অপসারণ করলে যে ধর্মের জন্য বিকৃত বস্তু তার আগের আকার ফিরে পায়, তাকে স্থিতিস্থাপকতা বলে (যেমন: রাবার)। আর যে ধর্মের জন্য বল অপসারণ করলেও বস্তু আগের আকার ফিরে পায় না এবং স্থায়ী বিকৃতি লাভ করে, তাকে নমনীয়তা বা প্লাস্টিকতা বলে (যেমন: কাদা)।

স্থিতিস্থাপক সীমার মধ্যে, বস্তুর পীড়ন এবং বিকৃতি পরস্পর সমানুপাতিক হয়।
অর্থাৎ, পীড়ন $\propto$ বিকৃতি $\Rightarrow \frac{\text{পীড়ন}}{\text{বিকৃতি}} = \text{ধ্রুবক}$।

বাহ্যিক বলের যে সর্বোচ্চ মান পর্যন্ত কোনো বস্তু পূর্ণ স্থিতিস্থাপক থাকে, অর্থাৎ বল অপসারণ করলে বস্তুটি তার আগের আকার ও আয়তন পুরোপুরি ফিরে পায়, তাকে স্থিতিস্থাপক সীমা বলে।

স্থিতিস্থাপক সীমার মধ্যে অনুদৈর্ঘ্য পীড়ন ও অনুদৈর্ঘ্য বিকৃতির অনুপাতকে ইয়ং গুণাঙ্ক বলে।
SI একক: পাস্কাল (Pa) বা $N/m^2$।

কোনো স্প্রিং-এর একক দৈর্ঘ্য প্রসারণ বা সংকোচনের জন্য যে পরিমাণ বল প্রয়োগ করতে হয়, তাকে ওই স্প্রিং-এর বল ধ্রুবক ($k$) বলে। ($F = kx$)
SI একক: নিউটন/মিটার ($N/m$)।

বাইরে থেকে বল প্রয়োগ করে কোনো বস্তুর আকার বা আয়তনের পরিবর্তন করতে চাইলে বস্তুর ভেতরে যে প্রতিক্রিয়া বলের সৃষ্টি হয়, তার প্রতি একক ক্ষেত্রফলের মানকে পীড়ন বলে।
পীড়ন প্রধানত তিন প্রকার—অনুদৈর্ঘ্য, আয়তন এবং কৃন্তন পীড়ন।

বিকৃতি হলো দুটি সমজাতীয় রাশির অনুপাত (যেমন—দৈর্ঘ্যের পরিবর্তন ও প্রাথমিক দৈর্ঘ্য)। তাই এর কোনো একক বা মাত্রা নেই।

এর অর্থ হলো, একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ বিকৃতি সৃষ্টি করতে রবারের তুলনায় ইস্পাতে অনেক বেশি বল প্রয়োগ করতে হয়। অর্থাৎ ইস্পাতের আকার পরিবর্তনের বাধা দেওয়ার ক্ষমতা রবারের চেয়ে বেশি।

একক দূরত্বে অবস্থিত প্রবাহীর দুটি স্তরের মধ্যে একক আপেক্ষিক বেগ বজায় রাখার জন্য, প্রতি একক ক্ষেত্রফলে যে স্পর্শকীয় বলের প্রয়োজন হয়, তাকে ওই প্রবাহীর সান্দ্রতাঙ্ক বলে।

১. তরলের ক্ষেত্রে: তাপমাত্রা বাড়লে তরলের সান্দ্রতা কমে।
২. গ্যাসের ক্ষেত্রে: তাপমাত্রা বাড়লে গ্যাসের সান্দ্রতা বাড়ে।

অনেকেই মনে করেন রবার বেশি স্থিতিস্থাপক, কিন্তু বাস্তবে ইস্পাত বেশি স্থিতিস্থাপক। পদার্থবিজ্ঞানের ভাষায়, যে বস্তুর আকার পরিবর্তনে যত বেশি বল প্রয়োগ করতে হয়, তার স্থিতিস্থাপকতা তত বেশি। সমান আকারের রবার ও ইস্পাতের তারের মধ্যে ইস্পাতের তারের দৈর্ঘ্য বাড়াতে অনেক বেশি বল লাগে, তাই ইস্পাতের স্থিতিস্থাপকতা বা ইয়ং গুণাঙ্ক রবারের চেয়ে বেশি।

এটি জলের পৃষ্ঠটান (Surface Tension) ধর্মের জন্য হয়। যেকোনো তরল চায় তার উপরিতলের ক্ষেত্রফল বা সারফেস এরিয়া সর্বনিম্ন রাখতে। জ্যামিতিক আকারগুলোর মধ্যে গোলকের ক্ষেত্রফল নির্দিষ্ট আয়তনের জন্য সবচেয়ে কম হয়। তাই বৃষ্টির জল বাতাসের মধ্য দিয়ে পড়ার সময় গোলাকার ধারণ করে।

ভাসন ও নিমজ্জনের মূল কারণ হলো ঘনত্বের পার্থক্য। লোহার ঘনত্ব (7.8 g/cc) জলের ঘনত্বের (1 g/cc) চেয়ে বেশি, তাই লোহা জলে ডুবে যায়। কিন্তু পারদের ঘনত্ব (13.6 g/cc) লোহার চেয়ে অনেক বেশি। যেহেতু লোহার ঘনত্ব পারদের চেয়ে কম, তাই লোহার বল পারদের ওপর ভেসে থাকে।

এটি বার্নৌলির উপপাদ্যের একটি বাস্তব উদাহরণ। ঝড়ের সময় চালের ওপর দিয়ে বাতাস প্রবল বেগে প্রবাহিত হয়, ফলে সেখানে বায়ুর চাপ কমে যায়। কিন্তু ঘরের ভেতরে বাতাস স্থির থাকায় চাপ বেশি থাকে। ভেতরের এই উচ্চচাপ টিনের চালকে নিচ থেকে ওপরের দিকে প্রবল ধাক্কা দেয়, ফলে চাল উড়ে যায়।

সমুদ্রের গভীরে জলের প্রচণ্ড চাপ থাকে। মাছের শরীরের অভ্যন্তরীণ চাপও এই বাইরের চাপের সমান হয়। যখন মাছকে ডাঙায় তোলা হয়, তখন বাইরের বায়ুমণ্ডলীয় চাপ সমুদ্রের গভীরের চাপের তুলনায় অনেক কম হয়। ফলে মাছের শরীরের ভেতরের অত্যধিক চাপে তার রক্তনালী বা পটকা ফেটে যায় এবং মাছটি মারা যায়।