মাধ্যমিক পদার্থবিজ্ঞান/ঘূর্ণন গতি

অয়নচলন

একটি চিরায়ত প্রাথমিক পদার্থবিজ্ঞানের প্রদর্শনীতে শিক্ষক একটি ঘূর্ণায়মান মঞ্চে দাঁড়িয়ে বাহু প্রসারিত করে একটি ঘূর্ণায়মান সাইকেলের চাকা ধরে রাখেন। চাকাটি উল্লম্ব থাকে এবং শিক্ষক স্থির থাকেন। এরপর শিক্ষক চাকাটিকে অনুভূমিকের দিকে কাত করেন। এর ফলে শিক্ষক মঞ্চে ধীরে ধীরে ঘুরতে শুরু করেন। চাকাটিকে আবার উল্লম্ব অবস্থানে ফিরিয়ে এনে বিপরীত দিকে কাত করলে শিক্ষক বিপরীত দিকে ঘুরতে শুরু করেন। কেন এমনটা ঘটে?

চাকাটিকে ছোট ছোট কণার সমষ্টি হিসেবে কল্পনা করুন। প্রতিটি কণা সরলরেখায় চলতে চায়। বৃত্তাকারে চলার জন্য, কণাগুলোকে অবশ্যই বৃত্তের কেন্দ্রের দিকে একটি বল দ্বারা ত্বরান্বিত হতে হবে (ত্বরণ হলো গতি বা দিক বা উভয়ের পরিবর্তন — এক্ষেত্রে শুধুমাত্র দিক)। এই বলটি মূলত চাকা এবং স্পোকের পরমাণুগুলোর মধ্যেকার বন্ধন দ্বারা সরবরাহ করা হয়।

যখন শিক্ষক ঘূর্ণায়মান চাকাটিকে উল্লম্ব থেকে অনুভূমিক করেন তখন কী ঘটে? চাকার কোনো একটি কণার কথা বিবেচনা করা যাক। যদি চাকাটিকে কাত না করা হতো, তবে এটি সর্বদা বৃত্তাকারে ত্বরান্বিত হতো। কিন্তু যেহেতু চাকাটি কাত হচ্ছে, তাই এটিকে এখন একটি নতুন পথে চলতে হবে। পথের পরিবর্তন একটি ত্বরণ, যার জন্য আবার বলের প্রয়োজন (শিক্ষকের হাত থেকে স্পোকের মাধ্যমে রিমের দিকে সঞ্চারিত)।

এখন চাকার প্রথম কণাটির বিপরীত দিকের কণাটির কথা ভাবুন। এটিরও পথ পরিবর্তন করতে হবে, তবে তা বিপরীত দিকে। যেহেতু বিপরীত দিকের কণাগুলোর উপর প্রযুক্ত বল বিপরীত দিকে, তাই এর ফলস্বরূপ ঘূর্ণন-প্রবণতা বা টর্ক সৃষ্টি হয়। চাকার প্রতিটি বিপরীত কণার জোড়া সেই টর্কে অবদান রাখে যা শিক্ষককে প্ল্যাটফর্মে ঘোরায়। যে কণাগুলো শিক্ষক থেকে যত দূরে থাকে, তাদের লিভার-বাহু তত লম্বা হয়, তাই নিট টর্ক শূন্য হয় না (টর্ক=বল×লিভার-বাহু)।

চাকাটিকে বিপরীত দিকে কাত করলে বিপরীত দিকে টর্ক উৎপন্ন হয়, যা শিক্ষকের ঘূর্ণনকে ধীর করে এবং অবশেষে বিপরীত দিকে ঘুরতে শুরু করে।