তরলের যান্ত্রিক ধর্ম

স্থির তরল#

স্থির তরল হল সেই তরল যা গতিশীল নয়। এদের বৈশিষ্ট্য হল তরলের যেকোনো বিন্দুতে চাপ সব দিকে সমান। এটি প্যাসকেলের সূত্র নামে পরিচিত।

স্থির তরলে চাপ#

একটি স্থির তরলে চাপ নিম্নলিখিত বিষয়গুলির দ্বারা নির্ধারিত হয়:

• তরলের ঘনত্ব
• তরলে বিন্দুর গভীরতা
• অভিকর্ষজ ত্বরণ

স্থির তরলে চাপ গভীরতা বৃদ্ধির সাথে সাথে বৃদ্ধি পায়। এর কারণ হল একটি নির্দিষ্ট বিন্দুর উপরের তরলের ওজন গভীরতার সাথে সাথে বৃদ্ধি পায়। স্থির তরলে চাপ ঘনত্ব বৃদ্ধির সাথেও বৃদ্ধি পায়। এর কারণ হল তরল যত ঘন হবে, প্রতি একক আয়তনে তত বেশি ভর থাকবে, এবং সেইজন্য একটি নির্দিষ্ট বিন্দুর উপরের তরলের ওজন তত বেশি হবে।

চাপ ও ঘনত্ব#

চাপ#

চাপ হল প্রতি একক ক্ষেত্রফলে প্রযুক্ত বল। এটি একটি স্কেলার রাশি এবং আন্তর্জাতিক পদ্ধতিতে (SI) পাস্কাল (Pa) এককে পরিমাপ করা হয়।

$$P = \frac{F}{A}$$

যেখানে:

• P হল পাস্কাল (Pa) এককে চাপ
• F হল নিউটন (N) এককে বল
• A হল বর্গমিটার (m²) এককে ক্ষেত্রফল

ঘনত্ব#

ঘনত্ব হল প্রতি একক আয়তনের ভর। এটি একটি স্কেলার রাশি এবং SI পদ্ধতিতে কিলোগ্রাম প্রতি ঘনমিটার (kg/m³) এককে পরিমাপ করা হয়।

$$\rho = \frac{m}{V}$$

যেখানে:

• ρ হল কিলোগ্রাম প্রতি ঘনমিটার (kg/m³) এককে ঘনত্ব
• m হল কিলোগ্রাম (kg) এককে ভর
• V হল ঘনমিটার (m³) এককে আয়তন

চাপ ও ঘনত্বের সম্পর্ক#

চাপ ও ঘনত্ব একটি আদর্শ গ্যাসের অবস্থার সমীকরণের মাধ্যমে সম্পর্কিত:

$$PV = nRT$$

যেখানে:

• P হল পাস্কাল (Pa) এককে চাপ
• V হল ঘনমিটার (m³) এককে আয়তন
• n হল গ্যাসের মোল সংখ্যা
• R হল সার্বজনীন গ্যাস ধ্রুবক (8.314 J/mol·K)
• T হল কেলভিন (K) এককে তাপমাত্রা

একটি আদর্শ গ্যাসের জন্য, চাপ সরাসরি ঘনত্বের সমানুপাতিক। এর অর্থ হল একটি গ্যাসের ঘনত্ব বাড়লে চাপও বৃদ্ধি পায়।

প্যাসকেলের সূত্র#

প্যাসকেলের সূত্র বলে যে, একটি সীমাবদ্ধ তরলের উপর প্রযুক্ত চাপ তরলের প্রতিটি বিন্দুতে এবং পাত্রের দেয়ালে সমানভাবে সঞ্চারিত হয়। এর অর্থ হল আপনি যদি একটি সিলিন্ডারে একটি পিস্টনে ধাক্কা দেন, তাহলে চাপটি সিলিন্ডারের সমস্ত তরল এবং সিলিন্ডারের দেয়াল দ্বারা সমানভাবে অনুভূত হবে।

প্যাসকেলের সূত্রের গাণিতিক সূত্র#

প্যাসকেলের সূত্রের গাণিতিক সূত্র হল:

$$ P = F/A $$

যেখানে:

• P হল পাস্কাল (Pa) এককে চাপ
• F হল নিউটন (N) এককে বল
• A হল বর্গমিটার (m$^2$) এককে ক্ষেত্রফল

এই সূত্রটি একটি তরলে চাপ গণনা করতে ব্যবহার করা যেতে পারে যদি আপনি বল এবং যে ক্ষেত্রফলের উপর বল প্রয়োগ করা হয়েছে তা জানেন।

প্যাসকেলের সূত্র হল তরল বলবিজ্ঞানের একটি মৌলিক নীতি। দৈনন্দিন জীবনে এর অনেক প্রয়োগ রয়েছে, হাইড্রোলিক সিস্টেম থেকে জল বিতরণ ব্যবস্থা থেকে স্কুবা ডাইভিং পর্যন্ত। প্যাসকেলের সূত্রের গাণিতিক সূত্রটি একটি তরলে চাপ গণনা করতে ব্যবহার করা যেতে পারে যদি আপনি বল এবং যে ক্ষেত্রফলের উপর বল প্রয়োগ করা হয়েছে তা জানেন।

হাইড্রোলিক মেশিন লিফ্ট#

একটি হাইড্রোলিক মেশিন লিফ্ট হল একটি যান্ত্রিক যন্ত্র যা ভারী বস্তু উত্তোলন ও নামানোর জন্য হাইড্রোলিক শক্তি ব্যবহার করে। এটি সাধারণত বিভিন্ন শিল্পে, যেমন অটোমোটিভ, উৎপাদন এবং নির্মাণ শিল্পে, ভারী যন্ত্রপাতি, যানবাহন এবং অন্যান্য বস্তু উত্তোলন ও সরানোর জন্য ব্যবহৃত হয়।

কার্যপ্রণালী#

একটি হাইড্রোলিক মেশিন লিফ্টের কার্যপ্রণালী প্যাসকেলের সূত্রের উপর ভিত্তি করে, যা বলে যে একটি সীমাবদ্ধ তরলের উপর প্রযুক্ত চাপ সমগ্র তরল জুড়ে সমানভাবে সঞ্চারিত হয়। একটি হাইড্রোলিক মেশিন লিফ্টে, ভারী বস্তু উত্তোলনের জন্য প্রয়োজনীয় বল উৎপন্ন করতে এই নীতিটি ব্যবহার করা হয়।

লিফ্টটিতে একটি হাইড্রোলিক সিলিন্ডার, একটি পিস্টন, একটি রিজার্ভার এবং একটি পাম্প থাকে। হাইড্রোলিক সিলিন্ডার হল একটি নলাকার প্রকোষ্ঠ যার মধ্যে পিস্টন থাকে। পিস্টন হল একটি নলাকার প্লাঞ্জার যা সিলিন্ডারের ভিতরে চলাচল করে। রিজার্ভার হাইড্রোলিক তরল সংরক্ষণ করে, যা সাধারণত তেল হয়। পাম্প হাইড্রোলিক তরলকে চাপযুক্ত করার জন্য দায়ী।

যখন পাম্প সক্রিয় করা হয়, এটি রিজার্ভার থেকে হাইড্রোলিক তরল টেনে নিয়ে তাকে চাপযুক্ত করে। এই চাপযুক্ত তরলটি তারপর হাইড্রোলিক সিলিন্ডারে প্রবেশ করানো হয়। তরল দ্বারা প্রযুক্ত চাপ পিস্টনের উপর কাজ করে, যার ফলে এটি উপরের দিকে উঠতে থাকে। পিস্টন উপরে উঠার সাথে সাথে, এটির সাথে সংযুক্ত প্ল্যাটফর্ম বা উত্তোলন ব্যবস্থা, উত্তোলন করা ভার সহ, উপরে উঠে যায়।

হাইড্রোলিক মেশিন লিফ্টের প্রকারভেদ#

বিভিন্ন ধরনের হাইড্রোলিক মেশিন লিফ্ট রয়েছে, যেগুলি নির্দিষ্ট প্রয়োগের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। কিছু সাধারণ প্রকারের মধ্যে রয়েছে:

• একক-ক্রিয়াশীল হাইড্রোলিক লিফ্ট: এই ধরনের লিফ্ট ভার উত্তোলনের জন্য একটি একক হাইড্রোলিক সিলিন্ডার ব্যবহার করে। যখন পাম্প সক্রিয় করা হয়, চাপযুক্ত তরল সিলিন্ডারে প্রবেশ করে এবং পিস্টনকে উপরের দিকে ঠেলে দেয়, ফলে ভার উত্তোলিত হয়। যখন পাম্প বন্ধ করা হয়, অভিকর্ষের কারণে ভার ধীরে ধীরে নেমে আসে।

• দ্বৈত-ক্রিয়াশীল হাইড্রোলিক লিফ্ট: এই ধরনের লিফ্ট ভার উত্তোলন ও নামানোর জন্য দুটি হাইড্রোলিক সিলিন্ডার ব্যবহার করে, একটি উত্তোলনের জন্য এবং একটি নামানোর জন্য। যখন পাম্প সক্রিয় করা হয়, চাপযুক্ত তরল উত্তোলন সিলিন্ডারে প্রবেশ করে, যার ফলে পিস্টন উপরের দিকে উঠে এবং ভার উত্তোলন করে। যখন পাম্প বিপরীত দিকে চালনা করা হয়, চাপযুক্ত তরল নামানো সিলিন্ডারে প্রবেশ করে, যার ফলে পিস্টন নিচের দিকে নামে এবং ভার নামায়।

• কাঁচি লিফ্ট: এই ধরনের লিফ্ট প্ল্যাটফর্ম উত্তোলন ও নামানোর জন্য আন্তঃসংযুক্ত কাঁচির মতো কাঠামোর একটি সিরিজ ব্যবহার করে। কাঁচি লিফ্টগুলি প্রায়শই অটোমোটিভ ওয়ার্কশপ এবং গুদামগুলিতে যানবাহন এবং অন্যান্য ভারী বস্তু উত্তোলনের জন্য ব্যবহৃত হয়।

• বুম লিফ্ট: এই ধরনের লিফ্টে একটি বুম বাহুর উপর একটি হাইড্রোলিক সিলিন্ডার স্থাপন করা থাকে। বুম বাহুটি প্রসারিত ও সংকুচিত করা যেতে পারে, যা লিফ্টটিকে উচ্চ উচ্চতায় পৌঁছাতে দেয়। বুম লিফ্টগুলি সাধারণত নির্মাণ ও রক্ষণাবেক্ষণ শিল্পে ব্যবহৃত হয়।

হাইড্রোলিক মেশিন লিফ্টের সুবিধা#

হাইড্রোলিক মেশিন লিফ্টগুলি অন্যান্য উত্তোলন ব্যবস্থার তুলনায় বেশ কয়েকটি সুবিধা প্রদান করে:

• উচ্চ উত্তোলন ক্ষমতা: হাইড্রোলিক লিফ্টগুলি প্রচণ্ড বল উৎপন্ন করতে পারে, যা তাদের সহজেই ভারী ভার উত্তোলন করতে দেয়।

• মসৃণ ও সুনির্দিষ্ট কার্যক্রম: হাইড্রোলিক লিফ্টগুলি ভারগুলির মসৃণ ও নিয়ন্ত্রিত উত্তোলন ও নামান সরবরাহ করে, যা ভার বা আশেপাশের এলাকার ক্ষতির ঝুঁকি হ্রাস করে।

• বহুমুখিতা: হাইড্রোলিক লিফ্টগুলি বিভিন্ন প্রকার ও আকারে আসে, যা তাদের বিস্তৃত প্রয়োগের জন্য উপযুক্ত করে তোলে।

• নির্ভরযোগ্যতা: হাইড্রোলিক লিফ্টগুলি সাধারণত নির্ভরযোগ্য এবং ন্যূনতম রক্ষণাবেক্ষণের প্রয়োজন হয়।

নিরাপত্তা বিবেচনা#

হাইড্রোলিক মেশিন লিফ্ট ব্যবহার করার সময়, নিরাপত্তাকে অগ্রাধিকার দেওয়া অপরিহার্য। কিছু গুরুত্বপূর্ণ নিরাপত্তা বিবেচনার মধ্যে রয়েছে:

• যথাযথ প্রশিক্ষণ: শুধুমাত্র প্রশিক্ষিত ও অনুমোদিত কর্মীই হাইড্রোলিক লিফ্ট পরিচালনা করা উচিত।

• নিয়মিত রক্ষণাবেক্ষণ: হাইড্রোলিক লিফ্টগুলির নিরাপদ কার্যক্রম নিশ্চিত করার জন্য নিয়মিত পরিদর্শন ও রক্ষণাবেক্ষণ করা উচিত।

• ভার ক্ষমতা: উত্তোলন করা ভার কখনই লিফ্টের নির্ধারিত ক্ষমতা অতিক্রম করা উচিত নয়।

• নিরাপদ কাজের অনুশীলন: সর্বদা নিরাপদ কাজের অনুশীলন অনুসরণ করুন, যেমন যথাযথ উত্তোলন কৌশল ব্যবহার করা এবং উপযুক্ত নিরাপত্তা গিয়ার পরা।

এই নিরাপত্তা নির্দেশিকা মেনে চললে, দুর্ঘটনা ও আঘাতের ঝুঁকি কমানো যেতে পারে, যা হাইড্রোলিক মেশিন লিফ্টগুলির নিরাপদ ও দক্ষ কার্যক্রম নিশ্চিত করে।

উচ্চতার সাথে চাপের পরিবর্তন#

মূল বিষয়#

• বায়ুমণ্ডলীয় চাপ উচ্চতা বৃদ্ধির সাথে সাথে হ্রাস পায়।
• উচ্চতার সাথে চাপ হ্রাসের কারণ হল প্রশ্নাধীন বিন্দুর উপরের বাতাসের ওজন।
• উচ্চতার সাথে চাপ হ্রাসের হারকে চাপ গ্রেডিয়েন্ট বলে।
• উচ্চ উচ্চতায় চাপ গ্রেডিয়েন্ট বেশি হয়।

বিস্তারিত ব্যাখ্যা#

বায়ুমণ্ডলের চাপ প্রশ্নাধীন বিন্দুর উপরের বাতাসের ওজন দ্বারা সৃষ্ট। আপনি বায়ুমণ্ডলে যত উপরে উঠবেন, আপনার উপরে তত কম বাতাস থাকবে, তাই চাপ কমে যায়।

উচ্চতার সাথে চাপ হ্রাসের হারকে চাপ গ্রেডিয়েন্ট বলে। উচ্চ উচ্চতায় চাপ গ্রেডিয়েন্ট বেশি হয় কারণ প্রতিটি বিন্দুর উপরে কম বাতাস থাকে।

নিম্নলিখিত সারণিটি বিভিন্ন উচ্চতায় চাপ দেখায়:

উচ্চতা (মি)	চাপ (kPa)
0	101.3
1000	89.9
2000	79.5
3000	70.1
4000	61.7
5000	54.1

সারণি থেকে আপনি দেখতে পাচ্ছেন, প্রতি 1000 মিটার উচ্চতার জন্য চাপ প্রায় 11.3 kPa হ্রাস পায়।

আর্কিমিডিসের নীতি#

আর্কিমিডিসের নীতি বলে যে, একটি তরলে সম্পূর্ণ বা আংশিকভাবে নিমজ্জিত একটি বস্তুর উপর যে ঊর্ধ্বমুখী প্লবতা বল প্রয়োগ করা হয়, তা বস্তুটি দ্বারা অপসারিত তরলের ওজনের সমান। এই নীতিটি প্লবতা বোঝার জন্য মৌলিক, যা হল একটি তরলে একটি বস্তুর ভাসা বা ডুবে যাওয়ার ক্ষমতা।

মূল বিষয়#

• আর্কিমিডিসের নীতি বলে যে, একটি তরলে নিমজ্জিত একটি বস্তুর উপর যে ঊর্ধ্বমুখী প্লবতা বল প্রয়োগ করা হয়, তা বস্তুটি দ্বারা অপসারিত তরলের ওজনের সমান।
• প্লবতা হল একটি তরলে একটি বস্তুর ভাসা বা ডুবে যাওয়ার ক্ষমতা।
• প্লবতা বল বস্তু দ্বারা অপসারিত তরলের ওজনের সমান।
• একটি বস্তুর ঘনত্ব হল প্রতি একক আয়তনে বস্তুর ভর।
• যে বস্তুর ঘনত্ব তরলের ঘনত্বের চেয়ে কম, সেগুলি ভাসবে, আর যে বস্তুর ঘনত্ব তরলের ঘনত্বের চেয়ে বেশি, সেগুলি ডুবে যাবে।

প্রয়োগ#

আর্কিমিডিসের নীতির অনেক প্রয়োগ রয়েছে, যার মধ্যে রয়েছে:

• বস্তুর ঘনত্ব নির্ণয় করা
• জাহাজ ও সাবমেরিন ডিজাইন করা
• গরম বাতাসের বেলুন কীভাবে কাজ করে তা বোঝা
• কিছু বস্তু কেন ভাসে এবং অন্যরা কেন ডুবে যায় তা ব্যাখ্যা করা

উদাহরণ#

একটি হ্রদে ভাসমান কাঠের একটি ব্লক বিবেচনা করুন। কাঠের ব্লকটি একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ জল অপসারণ করে, এবং যে জলের অপসারণ করা হয় তার ওজন কাঠের ব্লকের ওজনের সমান। এই কারণেই কাঠের ব্লকটি ভাসে।

যদি কাঠের ব্লকটি একটি ঘন তরলে, যেমন লবণাক্ত জলে স্থাপন করা হয়, তবে এটি কম জল অপসারণ করবে এবং অপসারিত জলের ওজন কাঠের ব্লকের ওজনের চেয়ে কম হবে। এর ফলে কাঠের ব্লকটি ডুবে যাবে।

আর্কিমিডিসের নীতি হল পদার্থবিজ্ঞানের একটি মৌলিক নীতি যার দৈনন্দিন জীবনে অনেক প্রয়োগ রয়েছে। এটি বস্তুগুলি কীভাবে তরলের সাথে মিথস্ক্রিয়া করে তা বোঝার জন্য একটি শক্তিশালী হাতিয়ার।

ভাসনের উপর প্রভাব ফেলতে পারে এমন বিষয়গুলি#

একটি বস্তুর ভাসার ক্ষমতা বেশ কয়েকটি বিষয়ের উপর নির্ভর করে:

• ঘনত্ব: ঘনত্ব হল প্রতি একক আয়তনে বস্তুর ভর। যে বস্তুর ঘনত্ব তরলের ঘনত্বের চেয়ে কম, সেগুলি ভাসবে, আর যে বস্তুর ঘনত্ব তরলের ঘনত্বের চেয়ে বেশি, সেগুলি ডুবে যাবে।

• আয়তন: একটি বস্তুর আয়তন হল এটি যে পরিমাণ স্থান দখল করে। একটি বস্তুর আয়তন যত বেশি হবে, এটি তত বেশি তরল অপসারণ করবে, এবং এটি যে প্লবতা বল অনুভব করবে তা তত বেশি হবে।

• আকৃতি: একটি বস্তুর আকৃতি তার ভাসার ক্ষমতাকে প্রভাবিত করতে পারে। স্ট্রীমলাইন আকৃতির বস্তু, যেমন নৌকা, তরল থেকে কম প্রতিরোধ অনুভব করে এবং অনিয়মিত আকৃতির বস্তুর তুলনায় আরও সহজে ভাসতে পারে।

ভাসনের প্রয়োগ#

ভাসনের নিয়মগুলির বিভিন্ন ক্ষেত্রে অসংখ্য প্রয়োগ রয়েছে:

• জাহাজ নির্মাণ: জাহাজগুলি ভাসে কারণ তাদের গড় ঘনত্ব জলের ঘনত্বের চেয়ে কম। একটি জাহাজের হুল প্রচুর পরিমাণ জল অপসারণ করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে, যা জাহাজটিকে ভাসিয়ে রাখার জন্য একটি প্লবতা বল তৈরি করে।

• সাবমেরিন: সাবমেরিনগুলি তাদের প্লবতা নিয়ন্ত্রণ করে নিমজ্জিত ও ভেসে উঠতে পারে। তারা তাদের ঘনত্ব সামঞ্জস্য করতে ব্যালাস্ট ট্যাঙ্ক ব্যবহার করে, যা তাদের জলে ডুবতে বা উঠতে দেয়।

• প্লবতা সহায়ক: প্লবতা সহায়ক, যেমন লাইফ জ্যাকেট এবং বায়ুচালিত রাফ্ট, মানুষের প্লবতা বাড়িয়ে জলে ভাসতে সাহায্য করে।

• হাইড্রোমিটার: হাইড্রোমিটার হল তরলের ঘনত্ব পরিমাপ করতে ব্যবহৃত যন্ত্র। এগুলি আর্কিমিডিসের নীতির উপর ভিত্তি করে কাজ করে, যেখানে একটি হাইড্রোমিটার একটি তরলে যে গভীরতায় ডুবে যায় তা তরলের ঘনত্বের ব্যস্তানুপাতিক।

ভাসনের নিয়মগুলি, আর্কিমিডিসের নীতির উপর ভিত্তি করে, বস্তুগুলি কেন ভাসে বা ডুবে যায় তার একটি মৌলিক বোঝাপড়া প্রদান করে। এই নীতিগুলির জাহাজ নির্মাণ, সাবমেরিন ডিজাইন এবং প্লবতা সহায়ক ও হাইড্রোমিটার উন্নয়ন সহ বিভিন্ন ক্ষেত্রে ব্যবহারিক প্রয়োগ রয়েছে।

ধারাবাহিকতার সমীকরণ#

ধারাবাহিকতার সমীকরণ হল তরল বলবিজ্ঞানের একটি মৌলিক নীতি যা ভর সংরক্ষণ বর্ণনা করে। এটি বলে যে একটি নিয়ন্ত্রণ আয়তনে প্রবেশকারী নেট ভর প্রবাহ হার নিয়ন্ত্রণ আয়তন থেকে নির্গত নেট ভর প্রবাহ হারের সমান হতে হবে, প্লাস নিয়ন্ত্রণ আয়তনের মধ্যে ভর সঞ্চয়ের হার।

গাণিতিক সূত্রায়ন#

ধারাবাহিকতার সমীকরণটি গাণিতিকভাবে নিম্নরূপে প্রকাশ করা যেতে পারে:

$$\frac{\partial \rho}{\partial t} + \nabla \cdot (\rho \mathbf{v}) = 0$$

যেখানে:

• $\rho$ হল তরলের ঘনত্ব
• $t$ হল সময়
• $\mathbf{v}$ হল তরলের বেগ ভেক্টর
• $\nabla \cdot$ হল ডাইভারজেন্স অপারেটর

ভৌত ব্যাখ্যা#

ধারাবাহিকতার সমীকরণটি নিম্নরূপে ব্যাখ্যা করা যেতে পারে:

• একটি নিয়ন্ত্রণ আয়তনের মধ্যে ভরের পরিবর্তনের হার নিয়ন্ত্রণ আয়তনে প্রবেশকারী নেট ভর প্রবাহ হারের সমান।
• যদি একটি নিয়ন্ত্রণ আয়তনে প্রবেশকারী নেট ভর প্রবাহ হার নিয়ন্ত্রণ আয়তন থেকে নির্গত নেট ভর প্রবাহ হারের চেয়ে বেশি হয়, তাহলে নিয়ন্ত্রণ আয়তনের মধ্যে ভর বৃদ্ধি পাবে।
• যদি একটি নিয়ন্ত্রণ আয়তনে প্রবেশকারী নেট ভর প্রবাহ হার নিয়ন্ত্রণ আয়তন থেকে নির্গত নেট ভর প্রবাহ হারের চেয়ে কম হয়, তাহলে নিয়ন্ত্রণ আয়তনের মধ্যে ভর হ্রাস পাবে।

প্রয়োগ#

ধারাবাহিকতার সমীকরণটি বিস্তৃত প্রয়োগে ব্যবহৃত হয়, যার মধ্যে রয়েছে:

• তরল গতিবিদ্যা
• তাপ স্থানান্তর
• ভর স্থানান্তর
• রাসায়নিক বিক্রিয়া
• পরিবেশগত মডেলিং

উদাহরণ#

একটি ধ্রুবক প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল $A$ এবং একটি তরল বেগ $v$ সহ একটি পাইপ বিবেচনা করুন। পাইপে প্রবেশকারী ভর প্রবাহ হার হল $\rho Av$ এবং পাইপ থেকে নির্গত ভর প্রবাহ হারও $\rho Av$। অতএব, পাইপে প্রবেশকারী নেট ভর প্রবাহ হার শূন্য এবং পাইপের মধ্যে ভর স্থির থাকে।

ধারাবাহিকতার সমীকরণ হল তরল বলবিজ্ঞানের একটি মৌলিক নীতি যা ভর সংরক্ষণ বর্ণনা করে। এটি তরল গতিবিদ্যা, তাপ স্থানান্তর, ভর স্থানান্তর, রাসায়নিক বিক্রিয়া এবং পরিবেশগত মডেলিং সহ বিস্তৃত প্রয়োগে ব্যবহৃত হয়।

একটি তরলের শক্তি#

তরল, তরল ও গ্যাস উভয়ই, তাদের গতি ও অভ্যন্তরীণ বৈশিষ্ট্যের কারণে শক্তি ধারণ করে। তরলের শক্তি বোঝা তরল বলবিজ্ঞান, তাপগতিবিদ্যা এবং প্রকৌশল সহ বিভিন্ন ক্ষেত্রে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এই নিবন্ধটি তরলের সাথে সম্পর্কিত শক্তির বিভিন্ন রূপ এবং তাদের তাৎপর্য অন্বেষণ করে।

অভ্যন্তরীণ শক্তি#

একটি তরলের অভ্যন্তরীণ শক্তি হল তার অণুগুলির এলোমেলো গতি ও মিথস্ক্রিয়ার সাথে সম্পর্কিত শক্তি। এটি তরলের মধ্যে অণুবীক্ষণিক শক্তির একটি পরিমাপ এবং তাপমাত্রা, চাপ এবং আণবিক গঠনের মতো বিষয়গুলির উপর নির্ভর করে। একটি তরলের অভ্যন্তরীণ শক্তি তাকে উত্তপ্ত করে, সংকুচিত করে বা রাসায়নিক বিক্রিয়ার মাধ্যমে শক্তি যোগ করে বাড়ানো যেতে পারে।

গতিশক্তি#

গতিশক্তি হল একটি তরলের তার গতির কারণে অধিকৃত শক্তি। এটি তরলের ভরের এবং তার বেগের বর্গের সরাসরি সমানুপাতিক। একটি তরলের গতিশক্তি উচ্চ-বেগ প্রবাহে, যেমন পাইপলাইন বা জেট ইঞ্জিনে, উল্লেখযোগ্য হতে পারে।

বিভব শক্তি#

বিভব শক্তি হল একটি তরলের একটি রেফারেন্স বিন্দুর সাপেক্ষে তার অবস্থান বা উচ্চতার কারণে অধিকৃত শক্তি। তরলের ক্ষেত্রে, বিভব শক্তি প্রাথমিকভাবে তাদের উচ্চতা বা গভীরতার সাথে যুক্ত। গ্যাসের জন্য, বিভব শক্তি তাদের চাপ ও ঘনত্বের সাথে সম্পর্কিত। একটি তরলের বিভব শক্তি জলবিদ্যুৎ উৎপাদনের মতো বিভিন্ন প্রয়োগের জন্য কাজে লাগানো যেতে পারে।

মোট শক্তি#

একটি তরলের মোট শক্তি হল তার অভ্যন্তরীণ শক্তি, গতিশক্তি এবং বিভব শক্তির সমষ্টি। এটি তরল ব্যবস্থার মধ্যে থাকা শক্তির মোট পরিমাণকে উপস্থাপন করে। শক্তি সংরক্ষণের নীতি বলে যে একটি বদ্ধ তরল ব্যবস্থার মোট শক্তি স্থির থাকে, যদিও এটি বিভিন্ন রূপের মধ্যে স্থানান্তরিত বা রূপান্তরিত হতে পারে।

বার্নোলির উপপাদ্য#

বার্নোলির উপপাদ্য হল তরল গতিবিদ্যার একটি মৌলিক নীতি যা তরল বেগ, চাপ এবং উচ্চতার মধ্যে সম্পর্ক বর্ণনা করে। এটি বলে যে একটি তরলের বেগ বৃদ্ধি পেলে, তরল দ্বারা প্রযুক্ত চাপ হ্রাস পায়। এই নীতিটি তরল বলবিজ্ঞানের অনেক ঘটনা বোঝার জন্য অপরিহার্য, যেমন একটি বিমানের ডানায় লিফ্ট এবং একটি ভেনচুরি নলের কার্যক্রম।

বার্নোলির উপপাদ্যের অনুমান#

বার্নোলির উপপাদ্য নিম্নলিখিত অনুমানের উপর ভিত্তি করে:

• তরলটি অসম্পীড়নীয়, অর্থাৎ এর ঘনত্ব পরিবর্তিত হয় না।
• তরলটি অশ্যান, অর্থাৎ এর কোনো সান্দ্রতা নেই।
• প্রবাহটি স্থির, অর্থাৎ তরলের বেগ সময়ের সাথে পরিবর্তিত হয় না।
• প্রবাহটি অঘূর্ণনশীল, অর্থাৎ তরলটি ঘোরে না।

বার্নোলির উপপাদ্যের সমীকরণ#

বার্নোলির উপপাদ্যের সমীকরণ হল:

$$ P + ½ρv² + ρgy = constant $$

যেখানে:

• P হল তরলের চাপ
• ρ হল তরলের ঘনত্ব
• v হল তরলের বেগ
• g হল অভিকর্ষজ ত্বরণ
• y হল তরলের উচ্চতা

বার্নোলির উপপাদ্য হল তরল গতিবিদ্যার একটি মৌলিক নীতি যার প্রকৌশল ও বিজ্ঞানে অনেক প্রয়োগ রয়েছে। এটি তরলের আচরণ বোঝার এবং তরল ব্যবহার করে এমন যন্ত্র ডিজাইন করার জন্য একটি শক্তিশালী হাতিয়ার।

সান্দ্রতার সহগ#

সান্দ্রতা হল একটি তরলের প্রবাহের প্রতিরোধের একটি পরিমাপ। এটি定义为 কৌণিক পীড়ন ও বেগ গ্রেডিয়েন্টের অনুপাত। সহজ কথায়, এটি একটি তরলের ঘনত্ব। সান্দ্রতা যত বেশি, তরল তত ঘন।

সান্দ্রতার প্রকারভেদ#

দুই ধরনের সান্দ্রতা রয়েছে:

• গতিশীল সান্দ্রতা হল একটি তরলের প্রবাহের প্রতিরোধ যখন এটি একটি কৌণিক বলের সম্মুখীন হয়। এটি পোয়াজ (P) বা পাস্কাল-সেকেন্ড (Pa·s) এককে পরিমাপ করা হয়।
• গতিজ সান্দ্রতা হল গতিশীল সান্দ্রতা ও ঘনত্বের অনুপাত। এটি স্টোকস (St) বা বর্গমিটার প্রতি সেকেন্ড (m²/s) এককে পরিমাপ করা হয়।

সান্দ্রতাকে প্রভাবিত করে এমন বিষয়গুলি#

একটি তরলের সান্দ্রতা বেশ কয়েকটি বিষয় দ্বারা প্রভাবিত হয়, যার মধ্যে রয়েছে:

• তাপমাত্রা: তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে সান্দ্রতা হ্রাস পায়। এর কারণ হল উচ্চ তাপমাত্রায় তরলের অণুগুলি দ্রুত গতিতে চলে, যা তাদের একে অপরের পাশ দিয়ে প্রবাহিত হওয়া সহজ করে তোলে।
• চাপ: চাপ বৃদ্ধির সাথে সাথে সান্দ্রতা বৃদ্ধি পায়। এর কারণ হল উচ্চ চাপে তরলের অণুগুলি একে অপরের কাছাকাছি প্যাক করা হয়, যা তাদের একে অপরের পাশ দিয়ে প্রবাহিত হওয়া আরও কঠিন করে তোলে।
• গঠন: একটি তরলের সান্দ্রতা তার গঠন দ্বারাও প্রভাবিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, জলের সান্দ্রতা তেলের সান্দ্রতার চেয়ে কম। এর কারণ হল জলের অণুগুলি তেলের অণুগুলির চেয়ে ছোট এবং বেশি পোলার।

সান্দ্রতা হল তরলের একটি মৌলিক বৈশিষ্ট্য যার বিস্তৃত প্রয়োগ রয়েছে। সান্দ্রতাকে প্রভাবিত করে এমন বিষয়গুলি বোঝার মাধ্যমে, আমরা আমাদের দৈনন্দিন জীবনে তরলগুলিকে আরও ভালভাবে নিয়ন্ত্রণ ও ব্যবহার করতে পারি।

স্টোকসের সূত্র#

স্টোকসের সূত্র নিম্ন রেনল্ডস সংখ্যায় একটি সান্দ্র তরলে একটি গোলাকার কণার গতি বর্ণনা করে। এটি বলে যে একটি গোলাকার কণার উপর কাজ করা সান্দ্র টান বল কণার ব্যাসার্ধ, তরলের সান্দ্রতা এবং কণার টার্মিনাল বেগের সরাসরি সমানুপাতিক।

গাণিতিক সূত্রায়ন#

স্টোকসের সূত্রের গাণিতিক সূত্রায়ন নিম্নরূপে দেওয়া হয়েছে:

$$F_d = 6\pi\eta rv$$

যেখানে:

• $F_d$ হল কণার উপর কাজ করা সান্দ্র টান বল
• $\eta$ হল তরলের গতিশীল সান্দ্রতা
• $r$ হল কণার ব্যাসার্ধ
• $v$ হল কণার টার্মিনাল বেগ

টরিসেলির সূত্র#

ইতালীয় পদার্থবিদ এভাঞ্জেলিস্টা টরিসেলির নামে নামকরণ করা টরিসেলির সূত্র, একটি পাত্রের একটি খোলা দিক দিয়ে বেরিয়ে আসা একটি তরলের বেগ এবং খোলার উপরে তরলের উচ্চতার মধ্যে সম্পর্ক বর্ণনা করে। এটি তরল গতিবিদ্যার একটি মৌলিক নীতি এবং হাইড্রোলিক্স, জলবিদ্যা এবং প্রকৌশল সহ বিভিন্ন ক্ষেত্রে প্রয়োগ রয়েছে।

মূল বিষয়:#

• টরিসেলির সূত্র বলে যে একটি খোলা দিক দিয়ে বেরিয়ে আসা একটি তরলের বেগ খোলার উপরে তরলের উচ্চতার বর্গমূলের সমানুপাতিক।
• সূত্রটি গাণিতিকভাবে প্রকাশ করা যেতে পারে:

$$ v = \sqrt{(2gh)} $$

যেখানে:

• v তরলের বেগ (মিটার প্রতি সেকেন্ডে) উপস্থাপন করে
• g অভিকর্ষজ ত্বরণ (প্রায় 9.8 m/s²) উপস্থাপন করে
• h খোলার উপরে তরলের উচ্চতা (মিটারে) উপস্থাপন করে

পোয়েজুইলের সমীকরণ#

পোয়েজুইলের সমীকরণ একটি ধ্রুবক প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল বিশিষ্ট নলাকার পাইপের মাধ্যমে একটি অসম্পীড়নীয় তরলের ল্যামিনার প্রবাহে চাপ পতন বর্ণনা করে। এটি ফরাসি চিকিৎসক ও শারীরবিজ্ঞানী জিন লিওনার্ড মারি পোয়েজুইলের নামে নামকরণ করা হয়েছে, যিনি 1840 সালে এটি প্রকাশ করেছিলেন।

সমীকরণ#

পোয়েজুইলের সমীকরণটি নিম্নরূপে দেওয়া হয়েছে:

$$Q = \frac{\pi r^4 \Delta P}{8 \eta L}$$

যেখানে:

• $Q$ হল আয়তনিক প্রবাহ হার (m³/s)
• $r$ হল পাইপের ব্যাসার্ধ (m)
• $\Delta P$ হল পাইপ জুড়ে চাপ পতন (Pa)
• $\eta$ হল তরলের গতিশীল সান্দ্রতা (Pa·s)
• $L$ হল পাইপের দৈর্ঘ্য (m)

রেনল্ডস সংখ্যা#

রেনল্ডস সংখ্যা হল তরল বলবিজ্ঞানে একটি তরলের প্রবাহ শাসন চিহ্নিত করতে ব্যবহৃত একটি মাত্রাবিহীন রাশি। এটি আইরিশ পদার্থবিদ অসবর্ন রেনল্ডসের নামে নামকরণ করা হয়েছে, যিনি প্রথম 1883 সালে এটি প্রস্তাব করেছিলেন।

সংজ্ঞা#

রেনল্ডস সংখ্যা (Re) একটি তরলের উপর কাজ করা জড় বল ও সান্দ্র বলের অনুপাত হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। এটি সূত্র দ্বারা দেওয়া হয়েছে:

$$Re = \frac{\rho v D}{\mu}$$

যেখানে:

• $\rho$ হল তরলের ঘনত্ব (kg/m³)
• $v$ হল তরলের বেগ (m/s)
• $D$ হল বৈশিষ্ট্যগত দৈর্ঘ্য (m)
• $\mu$ হল তরলের গতিশীল সান্দ্রতা (Pa·s)

তরল প্রবাহের প্রকারভেদ#

তরল প্রবাহ হল তরল (তরল ও গ্যাস) এর চলাচল। এটি বেগ, সান্দ্রতা এবং প্রবাহ শাসনের মতো বিভিন্ন বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে বিভিন্ন প্রকারে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে। এখানে কিছু সাধারণ প্রকারের তরল প্রবাহ রয়েছে:

1. ল্যামিনার প্রবাহ#

• ল্যামিনার প্রবাহ বিভিন্ন বেগে চলমান তরলের মসৃণ, সমান্তরাল স্তর দ্বারা চিহ্নিত করা হয়।
• তরল কণাগুলি সরল রেখায় চলে, এবং সন্নিহিত স্তরগুলির মধ্যে কোনো মিশ্রণ হয় না।
• ল্যামিনার প্রবাহ কম বেগ এবং উচ্চ সান্দ্রতায় ঘটে।
• এটি প্রায়শই ধীর গতির তরল যেমন মধু বা তেলে পরিলক্ষিত হয়।

2. অশান্ত প্রবাহ#

• অশান্ত প্রবাহ বিশৃঙ্খল, অনিয়মিত তরল গতি দ্বারা চিহ্নিত করা হয়।
• তরল কণাগুলি এলোমেলো দিকে চলে, এবং সন্নিহিত স্তরগুলির মধ্যে উল্লেখযোগ্য মিশ্রণ হয়।
• অশান্ত প্রবাহ উচ্চ বেগ এবং কম সান্দ্রতায় ঘটে।
• এটি প্রায়শই দ্রুত