Archimedes Principle class 9: প্লবতা, ভাসন ও নিমজ্জন

Archimedes Principle: আজকের প্রতিবেদনে আর্কিমিডিসের নীতি, আর্কিমিডিসের নীতির প্রযোজ্যতা, প্লবতা বলতে আমরা কি বুঝি, প্লবতার (Buoyancy) বৈশিষ্ট্য, কোন বস্তুর প্রকৃত ওজন এবং আপাতো ওজন, ভাষণ এবং নিমজ্জন, ভাষণ (Floatation) এবং নিমজ্জন (Immersion) এর শর্ত, ঘনত্ব (Density) এবং আপেক্ষিক ঘনত্ব (Specific gravity) বা আপেক্ষিক গুরুত্ব, এছাড়া কিছু গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্ন এবং উত্তর আলোচনা করা হয়েছে, যেগুলি নবম শ্রেণীর ছাত্র-ছাত্রীদের পরীক্ষা প্রস্তুতির জন্য খুবই কাজে লাগবে।

আজকের প্রশ্ন-উত্তর আলোচনার পূর্বে আর্কিমিডিস সম্পর্কে একটু জেনে নেওয়া যাক। আর্কিমিডিস কে প্রাচীন যুগের সেরা এবং অন্যতম সেরা গণিতজ্ঞ হিসেবে বিবেচনা করা হয়। তিনি সর্বপ্রথম π -এর প্রায় নিখুঁত একটি মান নির্ণয় করেন। এছাড়াও তিনি বক্রতলের ক্ষেত্রফল নির্ণয়ের সূত্র সর্বপ্রথম প্রদান করেন এবং অনেক বড় সংখ্যাকে সহজে প্রকাশ করার একটি চমৎকার পদ্ধতিও আবিষ্কার করেন। তাছাড়াও আমরা তো অনেকেই জানি তাঁর সেই সোনার মুকুটের খাদ নির্ণয়ের অভিনব কৌশল। আর্কিমিডিস এতটাই জনপ্রিয় ছিলেন যে রোমানরা যখন গ্রিক আক্রমণ করেছিল তখন আর্কিমিডিসের কোন ক্ষতি করার উপর নিষেধাজ্ঞা ছিল।

এখন আমরা মাধ্যমিকের সিলেভাস অনুযায়ী আর্কিমিডিসের নীতি, প্লবতা, ভাষণ ও নিমজ্জন অধ্যায় থেকে কিছু গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্ন এবং উত্তর আলোচনা করব।

আর্কিমিডিসের নীতিটি বিবৃত কর (Archimedes Principle)।

আর্কিমিডিসের নীতি (Archimedes Principle): কোনো বস্তুকে স্থির প্রবাহীতে (তরল বা গ্যাসে) আংশিক বা সম্পূর্ণ নিমজ্জিত করলে ওই বস্তুর ওজনের আপাত হ্রাস ঘটে এবং এই হ্রাস বস্তু যে পরিমাণ প্রবাহী অপসারণ করে তার ওজনের সমান হয়।

একটি বস্তুর নিজস্ব ওজন খাড়া নিম্নমুখী ক্রিয়া করে এবং ফ্লুইডে নিমজ্জিত অবস্থায় প্লবতা খাড়া ঊর্ধ্বমুখী ক্রিয়া করে। ফলে বস্তুর ওজনের আপাত হ্রাস ঘটে। ওজনের এই আপাত হ্রাস বস্তু যতটা তরল বা গ্যাস অপসারিত করে তার ওজনের সমান।

ধরা যাক, বস্তুর প্রকৃত ওজন =W₁ এবং অপসারিত ফ্লুইডের ওজন = W₂, তাহলে নিমজ্জিত অবস্থায় বস্তুর আপাত ওজন = W₁ – W₂।

আরো জানতে – [তরল ও বায়ুর চাপ সংক্রান্ত গুরুত্বপূর্ণ বিষয়গুলি- যেমন চাপ ও ঘাতের মধ্যে সম্পর্ক, কোন বিন্দুতে প্রবাহীর চাপ, তরলের চাপের প্রকৃতি, ব্যারোমিটার, আবহাওয়ার পূর্বাভাস, সাইফনের কার্যনীতি, জলের সমোচ্চশীলতা ধর্ম …]

কোন কোন ক্ষেত্রে আর্কিমিডিসের নীতিটি প্রযোজ্য হবে না?

আর্কিমিডিসের নীতি প্রযোজ্য না হওয়ার শর্ত : আর্কিমিডিসের নীতিটি ওজনের ধারণার ওপর ভিত্তি করে প্রতিষ্ঠিত। যেক্ষেত্রে বস্তুর ওজন শূন্য হয়, সেরূপ পরিস্থিতিতে নীতিটি প্রয়োগ করা যায় না, যেমন –

1. অবাধে পতনশীল বস্তুর ক্ষেত্রে,
2. পৃথিবীর চারপাশে আবর্তনশীল কৃত্রিম উপগ্রহের অভ্যন্তরে,
3. পৃথিবীর কেন্দ্রে।

প্লবতার (Buoyancy) সংজ্ঞা দাও। ★★

প্লবতা (Buoyancy) : স্থির তরল বা গ্যাসীয় পদার্থে কোনো বস্তুকে আংশিক বা সম্পূর্ণ নিমজ্জিত করলে ওই বস্তুর ওপর সংশ্লিষ্ট তরল একটি খাড়া ঊর্ধ্বমুখী বল প্রয়োগ করে, যা নিমজ্জিত বস্তুর ওজনকে আংশিক বা সম্পূর্ণ প্রতিমিত (balance) করতে চায়। তরলের দেওয়া এই খাড়া ঊর্ধ্বমুখী বলকেই প্লবতা বলে।

প্লবতার (Buoyancy) বৈশিষ্ট্যগুলি উল্লেখ করো। ★★

প্লবতার বৈশিষ্ট্যসমূহ :

• প্লবতা বল সর্বদা ওজনের বিপরীতে অর্থাৎ, খাড়া ঊর্ধ্বাভিমুখে ক্রিয়া করে।
• প্লবতার মান বস্তু দ্বারা অপসারিত তরলের ওজনের সমান। তরলে নিমজ্জিত বস্তুর আয়তনের ওপর প্লবতার মান নির্ভর করে। বস্তুর নিমজ্জিত অংশের আয়তন বেশি হলে বস্তু দ্বারা অপসারিত প্রবাহীর (তরল / গ্যাস) ওজনও বেশি হয়। ফলে, প্লবতার মানও বাড়ে।
• তরলের ঘনত্ব বেশি হলে প্লবতার মানও বাড়ে, কারণ— ঘনত্ব বেশি হলে বস্তুর নিমজ্জিত অংশ দ্বারা অপসারিত প্রবাহীর ওজনও বাড়ে। ফলে, প্লবতার মানও বেড়ে যায়।
• প্লবতার মান তরলের মধ্যে নিমজ্জিত বস্তুর নিমজ্জনের গভীরতার ওপর নির্ভর করে না। স্থির তরলে বা গ্যাসে আংশিক বা সম্পূর্ণ নিমজ্জিত অবস্থায় ভাসমান কোনো বস্তুর ওজন তার ওপর ক্রিয়াশীল প্লবতা বলের সমান হয়।

বস্তুর প্রকৃত ও আপাত ওজন বলতে কী বোঝায়?★★

বস্তুর প্রকৃত ওজন (True weight) ও আপাত ওজন (Apparent weight) : ভূপৃষ্ঠে বায়ুমাধ্যমে (সঠিক অর্থে শূন্যস্থানে) রাখা কোনো বস্তুর ওজনের মানকে তার প্রকৃত ওজন (true weight) বলে।

জল বা অন্য কোনো তরল বা গ্যাসীয় পদার্থে আংশিক বা সম্পূর্ণ নিমজ্জিত অবস্থায় বস্তুটির ওজনের কিছু পরিমাণ আপাত হ্রাস হয়। সংশ্লিষ্ট মাধ্যমে নিমজ্জিত অবস্থায় বস্তুটির ওজনের যে মান পাওয়া যায়, তাকে বস্তুটির আপাত ওজন বলে।

ভাসন ও নিমজ্জন কাকে বলে? ★★ ভাসন ও নিমজ্জনের শর্তগুলি বিবৃত করো। ★★

ভাসন (Floatation) : তরলে অদ্রবণীয় কোনো বস্তু তরলের মধ্যে পাত্রের তলদেশে না পৌঁছে যে-কোনো অবস্থানে স্থির হয়ে থাকার ঘটনাকে বলা হয় ভাসন।

ভাসন দুভাবে হতে পারে – (i) তরলের মধ্যে বস্তুর কিছু অংশ ও বাকি অংশ তরলের বাইরে রেখে ভাসন অর্থাৎ, আংশিক নিমজ্জিত অবস্থায় ভাসন (যেমন – বরফ, কর্ক, শুকনো নারকেল ইত্যাদির জলে ভাসমান অবস্থা) (ii) জলের মধ্যে বা তরলের মধ্যে না ডুবে পূর্ণ নিমজ্জিত অবস্থায় ভাসন (যেমন – ভেজা কাঠ, ডাব ইত্যাদির জলে ভাসমান থাকার ঘটনা)।

নিমজ্জন (Immersion) : তরলের মধ্যে প্রবেশ করে কোনো বস্তুর ওই তরলের তলদেশে পৌঁছে যাওয়ার এবং সেই অবস্থানে স্থির হয়ে থাকার ঘটনাকে বলা হয় নিমজ্জন।

ভাসনের শর্ত :

বস্তুকে স্থির তরলে আংশিক বা সম্পূর্ণ নিমজ্জিত করলে বস্তুটির ওপর দুটি বল কাজ করে। একটি, বস্তুর ওজন ( W₁), যার অভিমুখ খাড়া নীচের দিকে ও অন্যটি, বস্তুর ওপর তরলের দেওয়া ঊর্ধ্বঘাত বা প্লবতা (W₂), যা খাড়া উপরের দিকে ক্রিয়াশীল । এই দুই বলের মানের ওপর নির্ভর করে 2টি অবস্থা সৃষ্টি হতে পারে।

1. আংশিক নিমজ্জিত অবস্থায় ভাসন : প্লবতার মান বস্তুর অপেক্ষা বেশি ( W₂ >W₁)। বস্তু তার আয়তনের অংশ বাইরে রেখে ভাসে।
2. সম্পূর্ণ নিমজ্জিত অবস্থায় ভাসন : প্লবতার মান বস্তুর ওজনের সমান অর্থাৎ( W₂ = W₁) । বস্তু তরলের মধ্যে ডুবে থেকে ভাসে।

নিমজ্জনের শর্ত :

প্লবতার মান বস্তুর ওজন অপেক্ষা কম ( W₂ < W₁)। এই অবস্থায় বস্তু তরলের মধ্যে সম্পূর্ণ ডুবে যাবে।

ঘনত্ব কাকে বলে? এর একক ও মাত্রীয় সংকেত লেখো। ★★

ঘনত্ব (Density) : কোনো পদার্থের একক আয়তনের ভরকে ঘনত্ব বলে।

ঘনত্ব (D) = ভর (M)/আয়তন (V)

CGS পদ্ধতিতে ঘনত্বের একক গ্রাম/ঘনসেমি বা g/cc।

SI-তে ঘনত্বের একক কিলোগ্রাম/ঘনমিটার

ঘনত্বের মাত্রীয় সংকেত:

ঘনত্বের মাত্রীয় সংকেত = (ভরের মাত্রীয় সংকেত)/(আয়তনের মাত্রীয় সংকেত)

= [M] /[L^-3]

= [ML^-3]।

আপেক্ষিক ঘনত্ব বা আপেক্ষিক গুরুত্ব বলতে কী বোঝো ?

আপেক্ষিক গুরুত্ব (Specific gravity) বা আপেক্ষিক ঘনত্ব (Relative density) : কোনো কঠিন বা তরল পদার্থের ঘনত্ব এবং 4°C উষ্ণতায় বিশুদ্ধ জলের ঘনত্বের অনুপাতকে ওই কঠিন বা তরল পদার্থের আপেক্ষিক গুরুত্ব বা আপেক্ষিক ঘনত্ব বলে।

আপেক্ষিক গুরুত্ব = (পদার্থের ঘনত্ব) / (4°C উষ্ণতায় জলের ঘনত্ব)

= (একক আয়তনের পদার্থের ভর)/(4°C উষ্ণতায় সমআয়তন জলের ভর)

= (যে-কোনো আয়তন পদার্থের ওজন)/(4°C উষ্ণতায় সমআয়তন জলের ওজন)

লোহার তৈরি জাহাজ জলে ভাসে কিন্তু এক টুকরো লোহা জলে ডুবে যায় কেন?

লোহার তৈরি জাহাজের আয়তন একই ওজনের সলিড লোহার আয়তনের চেয়ে অনেক বেশি। জাহাজের তলদেশ খুবই চওড়া এবং ফাঁপা। তাই জাহাজ তার ওজনের চেয়ে অনেক বেশি পরিমাণ জল অপসারণ করতে পারে, ফলে প্লবতা অনেক বেশি হয়। ভাসণের শর্ত অনুযায়ী প্লবতার মান বস্তুর ওজন অপেক্ষা বেশি হলে সেটি তরলে ভেসে থাকতে পারে। তাই লোহার তৈরি জাহাজ জলে ভাসে।
অপরদিকে এক টুকরো লোহার আয়তন অনেক কম হওয়ায় ওই লোহা কর্তৃক অপসারিত জলের ওজন বা প্লবতার মান, লোহার ওজন অপেক্ষা অনেক কম হয়। তাই সেটি জলে ডুবে যায়।

FAQs: