পদার্থবিজ্ঞান অধ্যয়ন নির্দেশিকা/বল

বল (Force)

একটি বস্তুর ওপর নিট বল প্রয়োগ করলে সেটি ত্বরণ লাভ করে। ত্বরণের পরিমাণ নির্ভর করে বস্তুর জড়তা বা এর গতি পরিবর্তনের প্রতিবন্ধকতার ওপর, যা ভর (mass) দ্বারা পরিমাপ করা হয়। স্যার আইজ্যাক নিউটন তিনটি মৌলিক গতি সূত্র প্রণয়ন করেন যা বল এবং গতি ব্যাখ্যা করে।

পরবর্তীতে আইনস্টাইন প্রমাণ করেন যে এই সূত্রগুলো উচ্চতর গতি ও মাধ্যাকর্ষীয় ক্ষেত্রে শুধু একটি আনুমানিক রূপ, কিন্তু সাধারণ গতিশীলতার ক্ষেত্রে এগুলো খুবই কার্যকর ও সহজভাবে ব্যবহারযোগ্য।

ঘর্ষণ (Friction)

ঘর্ষণ একটি বল যা দুটি সংস্পর্শে থাকা বস্তুর মধ্যে আপেক্ষিক গতি বা গতি হওয়ার প্রবণতার বিরোধিতা করে। এটি f দ্বারা প্রকাশিত হয়। ঘর্ষণ সবসময় সংস্পর্শস্থলে আপেক্ষিক গতি প্রতিরোধ করে এবং নিউটনের তৃতীয় সূত্র অনুযায়ী দুই বস্তুর উপর সমান ও বিপরীতমুখী বল প্রয়োগ করে।

ঘর্ষণ দুই প্রকার:

স্থিতিশীল ঘর্ষণ (Static Friction): আপেক্ষিক বিশ্রাম রক্ষা করে।

গতিশীল বা স্লাইডিং ঘর্ষণ (Kinetic Friction): আপেক্ষিক গতি প্রতিরোধ করে।

ঘর্ষণের আধুনিক ব্যাখ্যায় বলা হয়, এটি কেবল পৃষ্ঠের খসখসে গঠনের জন্য নয়, বরং পরমাণুর মধ্যে কুলম্বীয় আকর্ষণের কারণেও ঘটে।

সূত্রঃ

f_{\text{max}} = \mu N

যেখানে \mu হল ঘর্ষণ সহগ এবং N হল অভিলম্ব প্রতিক্রিয়া বল।

নিউটনের গতি সূত্রসমূহ

নিউটনের প্রথম সূত্র (Inertia)

"একটি বস্তু ততক্ষণ বিশ্রামে থাকবে বা সরলরেখায় অভিন্ন বেগে চলবে যতক্ষণ না কোনো বাহ্যিক বল তার ওপর কাজ করে।"

এই সূত্রটি বস্তুর জড়তা নির্দেশ করে, অর্থাৎ তার গতি পরিবর্তনে প্রতিবন্ধকতা। জড়তা সরাসরি ভরের সাথে সম্পর্কিত। নিট বল না থাকলে বস্তুর ত্বরণ ঘটে না। এই সূত্রটি কেবল অত্বরণী (non-accelerated) ফ্রেমে প্রযোজ্য।

নিউটনের দ্বিতীয় সূত্র

"বস্তুর গতিশক্তির পরিবর্তনের হার তার ওপর প্রয়োগকৃত বলের সমান এবং বলের দিকেই ঘটে।"

যদি ভর ধ্রুব হয়:

F = ma

যদি ভর পরিবর্তনশীল হয়:

mv - mu / t

উদাহরণস্বরূপ, পৃথিবীর ওপর একটি বস্তুর ওজন:

mg

নিউটনের তৃতীয় সূত্র

"প্রত্যেক ক্রিয়ার একটি সমান ও বিপরীত প্রতিক্রিয়া থাকে।"

একটি বল সর্বদা জোড়ায় কাজ করে, এক বস্তু অন্যটির ওপর বল প্রয়োগ করলে, অপর বস্তু সমান ও বিপরীত দিকের বল ফেরত দেয়। তবে, এই দুটি বল আলাদা বস্তুর ওপর কাজ করে, তাই একে অপরকে বাতিল করে না।

উদাহরণ: যদি একটি বস্তু টেবিলের ওপর থাকে, তাহলে মাধ্যাকর্ষণ বল এবং টেবিলের প্রতিক্রিয়া বল নিউটনের দ্বিতীয় সূত্র অনুযায়ী সমান হতে পারে, কিন্তু এই দুটি বল নিউটনের তৃতীয় সূত্র অনুযায়ী "বল জোড়া" নয়।

গাণিতিক সমীকরণসমূহ

স্থানান্তর (Displacement):

\Delta x = t\vec{v}_i + \frac{1}{2}t^2\vec{a}

চূড়ান্ত বেগ (Final Velocity):

\vec{v}_f = \vec{v}_i + t\vec{a}

বেগের চূড়ান্ত রূপ (No time):

v_f^2 = v_i^2 + 2a\Delta x

বল, ভর অপরিবর্তিত হলে:

\vec{F} = m\vec{a}

বল, ভর পরিবর্তনশীল হলে:

\vec{F} = \frac{d}{dt}(m\vec{v})

সংজ্ঞাসমূহ

বল (Force, F): গতিশক্তির পরিবর্তনের হার। একক: নিউটন (N)

নিউটন (N): 1 N = 1 kg·m/s²

ভর (Mass, m): গতির পরিবর্তনে প্রতিবন্ধকতা। একক: কেজি (kg)

ত্বরণ (Acceleration, a): বেগের পরিবর্তন। একক: m/s²

ভরবেগ (Momentum, p): ভর × বেগ। একক: kg·m/s

তড়িৎ বল (Tension, T): টান বা প্রসারণজনিত বল।

মাধ্যাকর্ষণ ত্বরণ (g): পৃথিবীর নিকটস্থ গতি পরিবর্তনের হার, |\vec{g}| = 9.80665\ m/s^2

আরও পড়ুন

নিউটনের গতি সূত্র

মাধ্যাকর্ষণ

ভরবেগ