উচ্চ বিদ্যালয় পদার্থবিজ্ঞান

আর্কিমিডিসের সূত্র

আর্কিমিডিসের সূত্র উপাদান

আপনি কি কখনো জাহাজ দেখেছেন? যদি সরাসরি না দেখে থাকেন, আশা করি টেলিভিশন বা ইন্টারনেটে দেখেছেন। খুব বেশি ভরের একটি জাহাজ ডোবে না, অথচ একটি ছোট, হালকা পাথর ডুবে যেতে পারে। এমনটা কেন হয়? প্লবতা এবং আর্কিমিডিসের নীতি সম্পর্কে ধারণা থাকলে এর উত্তরটি বেশ সহজ।

দৈনন্দিন জীবনে আমরা দেখতে পাই যে, কোনো তরলে রাখা বস্তু, যেমন একটি পাথর, তরলের বাইরে থাকার চেয়ে কম ওজনের হয়। মাটি থেকে একটি পাথর তুলতে আপনার অসুবিধা হতে পারে, কিন্তু সেই একই পাথর সুইমিং পুলের তলদেশ থেকে সহজেই তোলা যায়। এর কারণ হলো প্লবতা বল। বিভিন্ন গভীরতায় তরলের চাপের পার্থক্যের কারণে প্লবতা সৃষ্টি হয়। গভীরতার সাথে তরলের চাপ বাড়ে; তরল যত গভীর হয়, তার চাপও তত বেশি হয়। যখন কোনো বস্তুকে তরলে রাখা হয়, তখন বস্তুটির উপরের এবং নীচের তরলের মধ্যে চাপের পার্থক্য তৈরি হয়। বস্তুটির নীচে অবস্থিত তরলের চাপ, বস্তুটির উপরে অবস্থিত তরলের চাপের চেয়ে বেশি থাকে।

আরও পড়ুন

তরল চাপ

তরল চাপ উপাদান

পদার্থবিজ্ঞানে, চাপকে একক ক্ষেত্রফলের উপর প্রযুক্ত বল হিসেবে সংজ্ঞায়িত করা হয়, যেখানে বলের দিকটি পৃষ্ঠতলের সাথে লম্ব। গাণিতিকভাবে, চাপকে P = F/A সমীকরণ দ্বারা প্রকাশ করা হয়, যেখানে P = চাপ, F = বল এবং A = পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল। বলের (F) একক হলো নিউটন (N), এবং ক্ষেত্রফলের একক হলো বর্গমিটার (m² ⁾ । যেহেতু চাপ হলো একক ক্ষেত্রফলের উপর প্রযুক্ত বল, তাই চাপের একক হলো N/m² ^{। N/}^m²- এর অপর নাম হলো প্যাসকেল (Pa)। ব্লেইজ প্যাসকেলের সম্মানে চাপের একক হিসেবে প্যাসকেল ব্যবহৃত হয়।

যখন কোনো তরল স্থির থাকে, তখন এটি তার সংস্পর্শে থাকা সমগ্র তলের উপর লম্বভাবে একটি বল প্রয়োগ করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি গ্লাসের জলের কথা ভাবুন; জলের প্রতিটি অংশ গ্লাসের দেয়ালের উপর লম্বভাবে একটি বল প্রয়োগ করে। সুতরাং, জলের প্রতিটি অংশ তার দখল করা পাত্রের প্রতিটি একক ক্ষেত্রফলের উপর লম্বভাবে একটি বল প্রয়োগ করে। এটি একটি স্থির তরলের, অর্থাৎ যে তরল স্থির থাকে, তার একটি গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য। যখন কোনো তরল কোনো তলের উপর বল প্রয়োগ করে, যেখানে বলটি লম্ব নয়, তখন সেই তলটিও একটি প্রতিক্রিয়া বল প্রয়োগ করবে, যা লম্ব নয়। এর ফলে তরলটি প্রবাহিত হবে। কিন্তু বাস্তবে, তরলটি স্থিরই থাকে। সুতরাং, একটি স্থির তরলের ক্ষেত্রে, বলটি সর্বদা তার দখল করা পাত্রের তলের উপর লম্ব হয়।

আরও পড়ুন

স্থির এবং গতিশীল তরল পদার্থ বোঝা

পদার্থবিজ্ঞানে, তরলকে এমন একটি পদার্থ হিসেবে সংজ্ঞায়িত করা হয় যা প্রবাহিত হতে পারে। আপনারা জেনেছেন যে, দৈনন্দিন জীবনে আমরা যেসব বস্তুর সম্মুখীন হই, সেগুলো কঠিন, তরল এবং গ্যাসীয় পদার্থ দিয়ে গঠিত। 'তরল' শব্দটি তরল এবং গ্যাস উভয়কেই অন্তর্ভুক্ত করে, কারণ জলের মতো তরল এবং বায়ুর মতো গ্যাস প্রবাহিত হতে পারে। শিলা বা লোহার মতো কঠিন পদার্থ প্রবাহিত হতে পারে না এবং তাই এদেরকে তরল হিসেবে শ্রেণীবদ্ধ করা যায় না। এই ব্যাখ্যাটি আরও ভালোভাবে বোঝার জন্য, দৈনন্দিন জীবন থেকে কিছু উদাহরণ বিবেচনা করা সহায়ক হবে। যখন আপনি স্নান করেন, তখন আপনার অবশ্যই জলের প্রয়োজন হয়। জলাধারে পৌঁছানোর জন্য, জল হয় ঝর্ণা থেকে প্রবাহিত হয় অথবা কূপ থেকে তোলা হয়। জল হলো তরলের একটি উদাহরণ। তরলের আরও উদাহরণ রয়েছে, যেমন লুব্রিকেটিং তেল, দুধ ইত্যাদি। এই সমস্ত তরলকে তরল হিসেবে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে কারণ এরা এক স্থান থেকে অন্য স্থানে প্রবাহিত হতে পারে। গ্যাসও এক প্রকার তরল। গ্যাসও এক স্থান থেকে অন্য স্থানে প্রবাহিত হতে পারে। বাতাসের ঝাপটা হলো এক স্থান থেকে অন্য স্থানে বায়ুর চলাচলের একটি উদাহরণ।

আরও পড়ুন

পৃষ্ঠটান

পৃষ্ঠটান বোঝা

পৃষ্ঠটান সৃষ্টি হয় কারণ তরলের উপরিভাগ শক্ত হয়ে একটি পাতলা ঝিল্লির মতো আকৃতি তৈরি করে। এটি পানির অণুগুলোর মধ্যকার সংসক্তি বল দ্বারা প্রভাবিত হয়। এই ব্যাখ্যাটি আরও ভালোভাবে বোঝার জন্য, নিচের উদাহরণটি বিবেচনা করুন। ধরা যাক, একটি পাত্রে একটি তরল রয়েছে।

পৃষ্ঠটান ১ তরলের অণুগুলো সাধারণত পরস্পরকে আকর্ষণ করে। তরলের অভ্যন্তরে, প্রতিটি তরল অণুর উভয় পাশে অন্যান্য অণু থাকে; কিন্তু তরলের উপরিভাগে কেবল পাশে এবং নিচের দিকেই তরল অণু থাকে। উপরে অন্য কোনো তরল অণু থাকে না। যেহেতু তরল অণুগুলো পরস্পরকে আকর্ষণ করে, তাই তরলের অভ্যন্তরের অণুগুলোর উপর মোট বল শূন্য থাকে। বিপরীতভাবে, উপরিভাগের তরল অণুগুলো পাশে এবং নিচের দিকের তরল অণু দ্বারা আকৃষ্ট হয়। ফলে, তরলের উপরিভাগে একটি মোট বল কাজ করে যা নিচের দিকে নির্দেশিত। এই নিম্নমুখী মোট বলের কারণে, উপরিভাগের তরল তার পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল কমাতে চায় এবং যথাসম্ভব সংকুচিত হতে চায়।

আরও পড়ুন

পয়েসুইলের সমীকরণ

একে পয়েসুই সমীকরণ বলা হয় কারণ এটি প্রয়াত জঁ লুই মারি পয়েসুই (১৭৯৯-১৮৬৯) আবিষ্কার করেছিলেন। যেমনটা ব্যাখ্যা করা হয়েছে, প্রতিটি তরলকেই আদর্শ তরল হিসেবে বিবেচনা করা যেতে পারে। আদর্শ তরলের কোনো সান্দ্রতা নেই। যদি আমরা একটি আদর্শ তরলকে একটি পাইপের মধ্যে দিয়ে প্রবাহিত হওয়ার কল্পনা করি, তবে তরলটির প্রতিটি অংশ একই গতিতে (v) চলে। আদর্শ তরলের মতো নয়, বাস্তব তরল, বা দৈনন্দিন জীবনে আমরা যে তরলের সম্মুখীন হই, তার সান্দ্রতা থাকে। যেহেতু তাদের সান্দ্রতা আছে, তাই উদাহরণস্বরূপ, একটি পাইপের মধ্যে দিয়ে প্রবাহিত হওয়ার সময় তরলের প্রতিটি অংশের গতি ভিন্ন ভিন্ন হয়। মাঝখানের তরলের স্তরটি দ্রুত চলে (v বেশি), অন্যদিকে পাইপের সাথে সংযুক্ত তরলের স্তরটি চলে না, অর্থাৎ স্থির থাকে (v = 0)। সুতরাং, পাইপের কেন্দ্র থেকে প্রান্ত পর্যন্ত, তরলের প্রতিটি অংশ ভিন্ন ভিন্ন গতিতে চলে। আপনার বোঝার সুবিধার জন্য, নিচের ছবিটি দেখুন…

আরও পড়ুন

ঘনত্ব এবং আপেক্ষিক গুরুত্ব

উপাদানের ঘনত্ব এবং আপেক্ষিক গুরুত্ব

ঘনত্ব

পদার্থের অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ একটি বৈশিষ্ট্য হলো ঘনত্ব। ঘনত্ব হলো কোনো পদার্থের ভর এবং তার আয়তনের অনুপাত। গাণিতিকভাবে একে লেখা হয়:

ρ = m/V

ρ হলো ঘনত্ব বোঝাতে ব্যবহৃত গ্রিক অক্ষর, m মানে ভর এবং V মানে আয়তন। একটি সমসত্ত্ব তরলের ঘনত্ব একটি সমসত্ত্ব কঠিন পদার্থের ঘনত্ব থেকে মৌলিকভাবে ভিন্ন। উদাহরণস্বরূপ, লোহা বা বরফের প্রতিটি অংশের ঘনত্ব একই। এটি বায়ুমণ্ডল বা জলের মতো তরল পদার্থ থেকে ভিন্ন। পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলে, ভূপৃষ্ঠ থেকে বায়ুমণ্ডল যত উপরে ওঠে, ঘনত্ব তত কম হয়, অন্যদিকে, উদাহরণস্বরূপ, সমুদ্রের জলের ক্ষেত্রে, গভীরতা যত বেশি হয়, ঘনত্বও তত বেশি হয়। একটি সমসত্ত্ব তরলের ঘনত্ব তাপমাত্রা এবং চাপের মতো পরিবেশগত কারণগুলির উপর নির্ভর করতে পারে।

আরও পড়ুন