ঘূর্ণন গতিবিদ্যা হলো বলবিদ্যার একটি শাখা যা বল, ভর এবং ঘূর্ণন গতিকে প্রভাবিত করে এমন অন্যান্য উপাদানের সাথে জড়িত ঘূর্ণন গতি নিয়ে অধ্যয়ন করে। কোনো বস্তু তখনই ঘোরে যখন বস্তুটির সমস্ত অংশ তার কোনো একটি অংশে অবস্থিত একটি অক্ষ বা পিভটকে কেন্দ্র করে ঘোরে। এই অধ্যায়ে আলোচিত ঘূর্ণন গতি মূলত একটি স্থির অক্ষের সাপেক্ষে ঘূর্ণন গতির উপর আলোকপাত করে। একটি পুলি বা পাখার নড়াচড়া, একটি সিডি/ডিভিডি কক্ষে সিডি/ডিভিডি-র নড়াচড়া , দরজা বা জানালার নড়াচড়া, ইঞ্জিনের সিলিন্ডারের নড়াচড়া, একটি হেলিকপ্টার বা উড়োজাহাজের প্রপেলার, অথবা একটি জাহাজের প্রপেলার হলো একটি স্থির অক্ষের সাপেক্ষে ঘূর্ণন গতির কিছু উদাহরণ। আপনি কি কখনো একটি লাট্টু ঘুরতে দেখেছেন? লাট্টুর অক্ষের অবস্থান সর্বদা পরিবর্তনশীল (লাট্টুর হেলানো কোণ পরিবর্তিত হতে থাকে), তাই লাট্টুর মতো ঘূর্ণন গতি এই অধ্যায়ে অধ্যয়ন করা হয় না।
কালো নীতি
কৃষ্ণাঙ্গ নীতি বোঝা
যদি আমরা একটি খোলা পাত্রে (যেমন, একটি বালতি) গরম ও ঠান্ডা জল মেশাই, তাহলে গরম জল থেকে ঠান্ডা জলে তাপ স্থানান্তরিত হয়। যেহেতু পাত্রটি খোলা, তাই কিছু তাপ বাতাসে স্থানান্তরিত হয়। পাত্রটিও উষ্ণ হয়ে ওঠে। গরম জল থেকে নির্গত তাপ কেবল ঠান্ডা জলই নয়, বরং বাতাস এবং পাত্রটিও শোষণ করে। এক্ষেত্রে, বালতিটি একটি অ-বিচ্ছিন্ন ব্যবস্থা।
যখন আমরা একটি বদ্ধ থার্মোসে গরম ও ঠান্ডা জল মেশাই, তখন গরম জল থেকে ঠান্ডা জলে তাপ স্থানান্তরিত হয় । থার্মোসটি একটি বিচ্ছিন্ন ব্যবস্থা , তাই বাতাস বা থার্মোসে কোনো তাপ স্থানান্তরিত হয় না। গরম জল থেকে নির্গত তাপ ঠান্ডা জল শোষণ করে নেয়, যতক্ষণ না মিশ্রণটি তাপীয় সাম্যাবস্থায় পৌঁছায় ।
সিস্টেম এবং পরিবেশ
সিস্টেম এবং পরিবেশ বোঝা
সিস্টেম হলো অধ্যয়নাধীন কোনো বস্তু বা বস্তুসমূহের সমষ্টি। মহাবিশ্বের অন্যান্য বস্তুকে পরিমণ্ডল বলা হয়। সাধারণত, একটি সিস্টেমকে তার পরিমণ্ডল থেকে একটি ‘বিভাজক/সীমাকারী/বিভাজক’ দ্বারা পৃথক করা হয়।
উদাহরণস্বরূপ, ধরা যাক আমরা একটি থার্মোসে থাকা জল নিয়ে অনুসন্ধান করতে চাই। থার্মোসের ভেতরের জলটি হলো সিস্টেম, আর থার্মোসের বাইরের বাতাস এবং অন্যান্য বস্তুগুলো হলো পরিবেশ। থার্মোসের ভেতরের কাচ এবং বাইরের প্লাস্টিক, উভয় দেয়ালই বিভাজক হিসেবে কাজ করে। জলের থার্মোস হলো এর একটি উদাহরণ।
সুপ্ত তাপ
সুপ্ত তাপ বোঝা
যদি আপনি ঠান্ডা জল ও বরফের মিশ্রণযুক্ত একটি পাত্রে একটি পারদ থার্মোমিটার প্রবেশ করান, তবে আপনি লক্ষ্য করবেন যে নিচে নামার পর পারদের পৃষ্ঠটি স্থির থাকে বা আর নড়াচড়া করে না। জলের গলনাঙ্ক বা হিমাঙ্কে (০ ° সেলসিয়াস) পৌঁছানোর পর পারদের পৃষ্ঠটি নড়াচড়া বন্ধ করে দেয়। যদি পাত্রটি খোলা থাকে, তবে উচ্চ তাপমাত্রার বাতাস থেকে নিম্ন তাপমাত্রার বরফ ও জলের মিশ্রণে তাপ প্রবাহিত হয়। বাতাস থেকে আসা এই অতিরিক্ত তাপের কারণে বরফ গলে যায়। বরফ গলে যাওয়ার সাথে সাথে বরফ ও জলের মিশ্রণের তাপমাত্রার কি কোনো পরিবর্তন হয়? বরফ গলে যাওয়ার সাথে সাথে জল ও বরফের মিশ্রণের তাপমাত্রার কোনো পরিবর্তন হয় না।
নির্দিষ্ট তাপ
আপেক্ষিক তাপ (c) হলো কোনো বস্তুর একক ভরের (m) তাপমাত্রা (T) এক ডিগ্রি বাড়াতে প্রয়োজনীয় তাপের (Q) পরিমাণ । c-এর সূত্রটি হলো:
আন্তর্জাতিক একক পদ্ধতি J/Kg K।
কোনো বস্তুর আপেক্ষিক তাপ তাপমাত্রার সাথে পরিবর্তিত হয়। তাপমাত্রার পরিবর্তন খুব বেশি না হলে, এর মান ধ্রুবক বলে ধরে নেওয়া যেতে পারে। নিচে ১ atm চাপ এবং ২০ ° সেলসিয়াস তাপমাত্রায় কয়েকটি বস্তুর জন্য c-এর মান (পরীক্ষামূলকভাবে প্রাপ্ত) দেওয়া হলো।
তাপ সূত্র
যদি ভিন্ন তাপমাত্রার বস্তু একে অপরের সংস্পর্শে আসে, তবে তাপ স্বাভাবিকভাবেই উচ্চ তাপমাত্রার বস্তু থেকে নিম্ন তাপমাত্রার বস্তুতে স্থানান্তরিত হয়। বস্তু দুটি তাপীয় সাম্যাবস্থায় পৌঁছালে তাপ স্থানান্তর বন্ধ হয়ে যায় । বলা যেতে পারে যে, তাপ স্থানান্তরের ফলে সংস্পর্শে থাকা বস্তুগুলোর তাপমাত্রার পরিবর্তন ঘটে । এই সংক্ষিপ্ত ব্যাখ্যার ভিত্তিতে এই সিদ্ধান্তে আসা যায় যে, তাপ (Q) একটি বস্তু এবং সেই বস্তুর তাপমাত্রার পরিবর্তন (ΔT)- এর সাথে সম্পর্কিত । প্রতিটি বস্তুর একটি ভর (m) আছে এবং বস্তুর ধরনও ভিন্ন।
যান্ত্রিক তাপ ক্ষয়
তাপের একক হলো ক্যালরি (সংক্ষেপে kal)। এক ক্যালরি হলো সেই পরিমাণ তাপ যা ১ গ্রাম পানির তাপমাত্রা ১ °C ( সঠিকভাবে ১৪.৫ ° C থেকে ১৫.৫ ° C পর্যন্ত) বাড়াতে প্রয়োজন হয়। পানির বিভিন্ন তাপমাত্রার জন্য প্রয়োজনীয় তাপের পরিমাণ ভিন্ন হয় । একই পরিমাণ তাপে, পানির তাপমাত্রায় ১ ° C বৃদ্ধি শুধুমাত্র ১৪.৫ ° C এবং ১৫.৫ ° C-এর মধ্যে ঘটে। তাপের যে এককটি প্রায়শই ব্যবহৃত হয়, বিশেষ করে খাদ্যের শক্তিমান প্রকাশ করার জন্য, তা হলো কিলোক্যালরি (kcal)। ১ kcal = ১০০০ ক্যালরি। ১ kcal-এর আরেকটি নাম হলো ১ ক্যালরি (বড় হাতের K)। ব্রিটিশ পদ্ধতিতে তাপের একক হলো Btu (ব্রিটিশ থার্মাল ইউনিট)। ১ Btu = সেই পরিমাণ তাপ যা ১ পাউন্ড পানির তাপমাত্রা ১ °F ( সঠিকভাবে ৬৩ ° F থেকে ৬৪ ° F পর্যন্ত) বাড়াতে প্রয়োজন হয়।
জলের অসঙ্গতি
জলের অসঙ্গতি বোঝা
প্রতিটি বস্তুর তাপমাত্রা বাড়লে তা প্রসারিত হয় (আয়তন বাড়ে) এবং তাপমাত্রা কমলে তা সংকুচিত হয় (আয়তন কমে)। পানিও তাপমাত্রা বাড়লে প্রসারিত হয় এবং তাপমাত্রা কমলে সংকুচিত হয়, কিন্তু ০ ° C থেকে ৪ ° C তাপমাত্রার মধ্যে এমনটা হয় না। ০ ° C এবং ৪ ° C তাপমাত্রার মধ্যে , তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে পানির আয়তন কমে যায় (পানি সংকুচিত হয়)। যদি আমরা ০ ° C তাপমাত্রার পানিকে উত্তপ্ত করি , তবে পানি যত বেশি গরম হবে, তার আয়তন তত বেশি কমবে। পানির তাপমাত্রা ৪ ° C-এ পৌঁছালে এই সংকোচন প্রক্রিয়া থেমে যায়। ৪ ° C- এর উপরে , তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে পানির আয়তন বাড়ে (পানি প্রসারিত হয়)। বিপরীতভাবে, তাপমাত্রা ৪ ° C থেকে ০ ° C- এ কমলে পানি প্রসারিত হয় (পানির আয়তন বাড়ে)। পানির এই অদ্ভুত আচরণটি ‘ পানির ব্যতিক্রম’ (anomaly of water) নামে পরিচিত ।
সম্প্রসারণ
আপনি যদি বৈদ্যুতিক তারগুলি ঘনিষ্ঠভাবে পর্যবেক্ষণ করেন, তাহলে দেখবেন যে ঢিলা থাকার কারণে সেগুলি নিচের দিকে বেঁকে গেছে। বৈদ্যুতিক তারগুলিকে কেবল টানটান না করে ইচ্ছাকৃতভাবে ঢিলা করে রাখা হয় কেন? পূর্ব নুসা তেঙ্গারার ফ্লোরেস এবং লেমবাতার বেশিরভাগ ছাদ দস্তা (Zn) দিয়ে তৈরি। দিনে বা রাতে, দস্তার ছাদ শব্দ করে। দস্তা কেন শব্দ করে? আপনি যদি জাভা দ্বীপে বাস করেন, তাহলে হয়তো রেললাইন দেখেছেন। রেলের সংযোগস্থলে ফাঁক থাকে। রেলের সংযোগস্থলের এই ফাঁকগুলির কাজ কী? প্রসারণের বিষয়টি নিয়ে আপনি অনেক কিছু ভাবতে এবং জিজ্ঞাসা করতে পারেন ।
গ্যাস থার্মোমিটার
যদি আমরা বিভিন্ন ধরণের থার্মোমিটার, যেমন একটি পারদ থার্মোমিটার এবং একটি অ্যালকোহল থার্মোমিটার ক্রমাঙ্কন করি , তবে উভয় থার্মোমিটারের স্কেল শুধুমাত্র ০ ° সেলসিয়াস (বা ৩২ ° ফারেনহাইট) এবং ১০০ ° সেলসিয়াস (বা ২১২ ° ফারেনহাইট) তাপমাত্রায় একই থাকে। যদি আমরা উভয় থার্মোমিটার ব্যবহার করে বায়ুর তাপমাত্রা পরিমাপ করি, তবে প্রতিটি থার্মোমিটার দ্বারা প্রদর্শিত সংখ্যাগুলো অগত্যা একই হবে না। এমন হতে পারে যে পারদ থার্মোমিটার ৪৮ ° সেলসিয়াস দেখাচ্ছে, অথচ অ্যালকোহল থার্মোমিটার ৪৬ ° সেলসিয়াস দেখাচ্ছে। এর কারণ হলো পারদ এবং অ্যালকোহলের প্রসারণের হার ভিন্ন। একইভাবে অন্যান্য ধরণের থার্মোমিটার, যেমন বাইমেটালিক থার্মোমিটার ইত্যাদির ক্ষেত্রেও একই কথা প্রযোজ্য। এইভাবে নির্ধারিত তাপমাত্রার স্কেল ব্যবহৃত উপাদানগুলোর বৈশিষ্ট্যের উপর অনেকাংশে নির্ভরশীল।