9.1 পরিচিতি

এই অধ্যায়ে আমরা তরল ও গ্যাসের কিছু সাধারণ প্রাকৃতিক গুণাবলী নিয়ে আলোচনা করব। তরল ও গ্যাস প্রবাহিত হতে পারে এবং তাই তাদেরকে দ্রব্য বলা হয়। এই গুণটিই তরল ও গ্যাসকে প্রাথমিকভাবে কঠিন শরীরের সাথে পৃথক করে দেয়।

দ্রব্য আমাদের পাশাপাশি সর্বত্র বিদ্যমান। পৃথিবীর আবৃত্তি হল বায়ু এবং তার তিন দুই ভাগ আকাশের উপর জল দ্বারা ঢেকে আছে। জল শুধুমাত্র আমাদের অস্তিত্বের প্রয়োজনীয় নয়; প্রতিটি স্তন্যপায়ীর শরীর মূলত জল দ্বারা গঠিত। জীববৃক্ষ সহ জীবজন্তুগুলির সমস্ত প্রক্রিয়া দ্রব্যের মাধ্যমে সম্পন্ন হয়। তাই দ্রব্যের আচরণ ও গুণাবলী বোঝা গুরুত্বপূর্ণ।

দ্রব্য কীভাবে কঠিন শরীরের সাথে পৃথক? তরল ও গ্যাসে কী সাধারণ? কঠিন শরীরের মতো দ্রব্যের নিজস্ব নির্দিষ্ট আকৃতি নেই। কঠিন ও তরলের ভলিউম স্থির, কিন্তু গ্যাস তার ধারকের সম্পূর্ণ ভলিউম প্রপূর্ণ করে। আমরা আগের অধ্যায়ে জানতাম যে কঠিন শরীরের ভলিউম তাত্ক্ষণিকের উপর নির্ভর করে পরিবর্তিত হতে পারে। কঠিন শরীর, তরল বা গ্যাসের ভলিউম তাত্ক্ষণিক বা দাবির উপর নির্ভর করে হয়। যখন আমরা কঠিন বা তরলের স্থির ভলিউম বলি, তখন আমরা আবহাওয়ার তাত্ক্ষণিকের অধীনে তার ভলিউম বোঝাই। গ্যাস এবং কঠিন বা তরলের মধ্যে পার্থক্য হল যে কঠিন বা তরলে বাহ্যিক দাবির পরিবর্তনের ফলে ভলিউমের পরিবর্তন খুব ছোট। অর্থাৎ গ্যাসের তুলনায় কঠিন ও তরলের সংকুচনযোগ্যতা খুব কম।

শীর তাত্ক্ষণিক কঠিন শরীরের আকৃতি পরিবর্তন করতে পারে যাতে তার ভলিউম স্থির থাকে। দ্রব্যের প্রধান গুণ হল যে তারা শীর তাত্ক্ষণিকের বিরুদ্ধে খুব কম প্রতিরোধ জানায়; খুব ছোট শীর তাত্ক্ষণিকের প্রয়োজন হলেই তাদের আকৃতি পরিবর্তন হয়। দ্রব্যের শীর তাত্ক্ষণিক কঠিন শরীরের তুলনায় প্রায় মিলিয়ন ব্যারে কম।

9.2 তাত্ক্ষণিক

একটি ভীষণ নখ আমাদের ত্বকের সামনে চাপ দেয় এবং তা ত্বককে ছেয়ে দেয়। কিন্তু একটি বড় আয়তক্ষেত্রের সামনে চাপ দেয় এমন একটি অস্পর্শীয় জিনিস (যেমন চা বাটির পিছনের দিক) একই শক্তি দিয়ে ত্বকের সামনে চাপ দেয় তখন ত্বক অক্ষত থাকে। যদি একটি হাতি একজন মানুষের শ্বাস-প্রশ্বাসের উপর চাপ দেয়, তবে তার রক্তনালী ভেঙে যায়। একটি সার্কাসের প্রদর্শক যে তার শ্বাস-প্রশ্বাসের উপর একটি বড়, হালকা কিন্তু শক্তিশালী লম্বা মাটির খন্ড রাখে, তাকে এই দুর্ঘটনা থেকে রক্ষা করে। এই প্রতিদিনের অভিজ্ঞতা আমাদের বুঝতে সাহায্য করে যে শক্তি ও তার আচ্ছাদনের ক্ষেত্রফল উভয়ই গুরুত্বপূর্ণ। শক্তি যে ক্ষেত্রে কম হলে প্রভাব বৃদ্ধি পায়। এই প্রভাবটিকে তাত্ক্ষণিক বলা হয়।

যখন একটি জিনিস নিষ্ক্রিয় দ্রব্যের অধীনে ডুবে থাকে, দ্রব্য তার উপর তাত্ক্ষণিক বাধা প্রদান করে। এই বাধা সর্বদা জিনিসের উপর সরল হয়। কারণ যদি উপরের দিকে বাধার কোনো অংশ থাকে, তবে জিনিসটি দ্রব্যের সামনে তার সাথে সমান্তরাল হয়ে বাধা প্রদান করবে; নিউটনের তৃতীয় নিয়মের ফলে। এই বাধা দ্রব্যকে উপরের দিকে প্রবাহিত করবে। কারণ দ্রব্য নিষ্ক্রিয়, এটি ঘটতে পারে না। তাই নিষ্ক্রিয় দ্রব্য দ্বারা প্রদত্ত বাধা অবশ্যই তার সাথে যুক্ত উপরের দিকে সরল হতে হবে। এটি আকৃতি 9.1(ক) এ দেখানো হয়েছে।

আকৃতি 9.1 (ক) বাটারের মধ্যে ডুবে থাকা জিনিস বা দ্রব্যের দেয়ালের উপর দ্রব্য দ্বারা প্রদত্ত বাধা সব স্থানে সরল (সরলরেখার সাথে লম্ব)। (খ) তাত্ক্ষণিক পরিমাপের জন্য একটি আদর্শ ডিভাইস।

একটি বিন্দুতে দ্রব্য দ্বারা প্রদত্ত সরল বাধা পরিমাপ করা যায়। এমন একটি তাত্ক্ষণিক পরিমাপ ডিভাইসের আদর্শ আকৃতি আকৃতি 9.1(খ) এ দেখানো হয়েছে। এটি একটি খালি ক্যাম্বিয়া ও একটি স্প্রিং দ্বারা গঠিত যা পিস্তনের উপর প্রতিক্রিয়া করা বাধার পরিমাপের জন্য ক্যালিব্রেটেড থাকে। এই ডিভাইসটি দ্রব্যের ভিতরের একটি বিন্দুতে রাখা হয়। দ্রব্য দ্বারা পিস্তনের উপর প্রদত্ত আগমনজনিত বাধা বাহ্যিক স্প্রিং বাধার সাথে সমতুল্য হয় এবং তাই পরিমাপ করা হয়।

যদি $F$ হয় এই সরল বাধার পরিমাণ পিস্তনের ক্ষেত্রফল $A$ এ হয়, তবে গড় তাত্ক্ষণিক $P_{a v}$ ক্ষেত্রফলের এককে বাধা বোঝানো হয়।

$$ \begin{equation*} P_{a v}=\frac{F}{A} \tag{9.1} \end{equation*} $$

আদর্শে, পিস্তনের ক্ষেত্রফল অনির্দিষ্টভাবে ছোট করা যায়। তাত্ক্ষণিক তখন আদর্শে নির্ধারিত হয়

$$ \begin{equation*} P=\lim _{\Delta A \rightarrow 0} \frac{\Delta F}{\Delta A} \tag{9.2} \end{equation*} $$

তাত্ক্ষণিক একটি স্ক্যালার পরিমাণ। আমরা পাঠককে মনে করিয়ে দেই যে এটি বিষয়বস্তুর উপর নির্ভর করা বাধার সরল অংশ নয়, বরং (ভেক্টর) বাধা যা সম্মুখীন ক্ষেত্রের সামনে আসে তাত্ক্ষণিকের লব্ধিকরণে নেত্রবিন্দুতে আসে। তার দাবির মাত্রা $\left[\mathrm{ML}^{-1} \mathrm{~T}^{-2}\right]$। তাত্ক্ষণিকের সি আই ইউনিট $\mathrm{N} \mathrm{m}^{-2}$। এটিকে ফ্রেঞ্চ বিজ্ঞানী ব্লেজ প্যাসকালের সম্মানে প্যাসকাল $(\mathrm{Pa})$ নামে পরিচিত করা হয়েছে (1623-1662) যিনি দ্রব্যের তাত্ক্ষণিক নিয়ে প্রথম গবেষণা করেছিলেন। তাত্ক্ষণিকের একটি সাধারণ একক হল বায়ুতাত্ক্ষণিক (atm), অর্থাৎ সমুদ্র স্তরে বায়ুতাত্ক্ষণিক দ্বারা প্রদত্ত তাত্ক্ষণিক $\left(1 \mathrm{~atm}=1.013 \times 10^{5} \mathrm{~Pa}\right)$।

দ্রব্য বর্ণনায় একটি অন্য পরিমাণ, যা অপরিহার্য, হল ঘনত্ব $\rho$। যদি ঘনত্ব $m$ এর একটি দ্রব্য ভলিউম $V$ প্রপূর্ণ করে,

$$ \begin{equation*} \rho=\frac{m}{V} \tag{9.3} \end{equation*} $$

ঘনত্বের দাবির মাত্রা $\left[\mathrm{ML}^{-3}\right]$। এর সি আই ইউনিট $\mathrm{kg} \mathrm{m}^{-3}$। এটি একটি ধনাত্মক স্ক্যালার পরিমাণ। একটি তরল বেশিরভাগ অসংকুচনযোগ্য এবং তাই তার ঘনত্ব সব তাত্ক্ষণিকের সাথে প্রায় স্থির থাকে। গ্যাসগুলি তুলনামূলক তাত্ক্ষণিকের সাথে ঘনত্বে বড় পরিবর্তন দেখায়।

জলের ঘনত্ব $4^{\circ} \mathrm{C}(277 \mathrm{~K})$ এ $1.0 \times 10^{3} \mathrm{~kg} \mathrm{~m}^{-3}$। একটি পদার্থের ঘনত্ব জলের ঘনত্বের সাথে অনুপাত হল তার আপেক্ষিক ঘনত্ব। এটি একটি সমাপ্তিহীন ধনাত্মক স্ক্যালার পরিমাণ। উদাহরণস্বরূপ আলুবোখরার আপেক্ষিক ঘনত্ব 2.7। এর ঘনত্ব $2.7 \times 10^{3} \mathrm{~kg} \mathrm{~m}^{-3}$। কিছু সাধারণ দ্রব্যের ঘনত্ব টেবিল 9.1 এ প্রদর্শিত হয়েছে।

টেবিল 9.1 কিছু সাধারণ দ্রব্যের ঘনত্ব সি টি পি (STP)*

উদাহরণ 9.1 দুটি পেটের হলুদ (ফেমার) প্রতিটি যে ক্রস-সেকশনাল ক্ষেত্রফল $10 \mathrm{~cm}^{2}$ বিশিষ্ট মানুষের উপরের অংশ সাপোর্ট করে মাস 40 কেজি। ফেমার দ্বারা সাপোর্ট করা গড় তাত্ক্ষণিক পরিমাপ কত?

উত্তর ফেমারের মোট ক্রস-সেকশনাল ক্ষেত্রফল $A=2 \times 10 \mathrm{~cm}^{2}=20 \times 10^{-4} \mathrm{~m}^{2}$। তাদের উপর প্রতিক্রিয়া $F=40 \mathrm{~kg}$ ওট ($=400 \mathrm{~N}$ হিসাবে গ্রহণ করা হয়)। এই বাধা উল্লম্বভাবে নিচে এবং তাই ফেমারের উপর সরল হিসাবে প্রতিক্রিয়া করে। তাই, গড় তাত্ক্ষণিক হল

$$ P_{a v}=\frac{F}{A}=2 \times 10^{5} \mathrm{~N} \mathrm{~m}^{-2} $$

9.2.1 প্যাসকালের নিয়ম

ফ্রেঞ্চ বিজ্ঞানী ব্লেজ প্যাসকাল দেখেনি যে নিষ্ক্রিয় দ্রব্যের তাত্ক্ষণিক একই উচ্চতার সব বিন্দুতে একই হয়। এই বিষয়টি একটি সহজ উপায়ে প্রমাণ করা যায়।

আকৃতি 9.2 প্যাসকালের নিয়মের প্রমাণ। ABC-DEF নিষ্ক্রিয় দ্রব্যের অভ্যন্তরের একটি উপাদান। এই উপাদানটি একটি লম্ব কোণার প্রিজমের রূপে থাকে। এই উপাদানটি খুব ছোট যাতে মানচিত্রের ক্ষেত্রে মানচিত্রের ক্ষেত্রে মানচিত্রের ক্ষেত্রে মানচিত্রের ক্ষেত্রে মানচিত্রের ক্ষেত্রে মানচিত্রের ক্ষেত্রে মানচিত্রের ক্ষেত্রে মানচিত্রের ক্ষেত্রে মানচিত্রের ক্ষেত্রে মানচিত্রের ক্ষেত্রে মানচিত্রের ক্ষেত্রে মানচিত্রের ক্ষেত্রে মানচিত্রের ক্ষেত্রে মানচিত্রের ক্ষেত্রে মানচিত্রের ক্ষেত্রে মানচিত্�