পদার্থের অবস্থা ও চাপ

আজকে শুভদের পদার্থবিজ্ঞান ক্লাসে, স্যার পড়াচ্ছিলেন “পদার্থের অবস্থা ও চাপ” অধ্যায়টি। টিফিন ব্রেকে সিঙ্গারা খাবে নাকি সমুচা, এই ভেবেই খানিকটা অন্যমনস্ক হয়ে পড়ে সে। এমতাবস্থায় স্যার তাকে একটি প্রশ্ন জিজ্ঞেস করলে সে প্রশ্নটির উত্তর দিতে না পারায় স্যার শুভকে বললেন, “তুই একটা অপদার্থ!”- এরপর পুরো ক্লাসে যেন হাসির রোল পড়ে যায়। বন্ধুদের এ কান্ডে ক্ষিপ্ত হয়ে শুভ সিদ্ধান্ত নেয় যে সে যেভাবেই হোক পদার্থের অবস্থা ও চাপ সম্পর্কে খুব ভালো ধারণা নিয়েই পরবর্তী ক্লাস করতে আসবে।

শুভ অধ্যায়টি পড়া শুরু করলে দেখতে পারে যে পদার্থের তিনটি অবস্থা অর্থাৎ কঠিন, তরল ও বায়বীয় বাদেও একটি চতুর্থ অবস্থা রয়েছে। যাকে বলা হয়ে থাকে প্লাজমা। এদের মধ্যে তরল ও বায়বীয়কে তাদের প্রবাহী ধর্মের জন্য প্রবাহী বলা হয়।

চাপ

শুভ কল্পনা করছে যে সে একটি বড় পাথরকে ধাক্কা দিয়ে সরাতে চাচ্ছে। এই ব্যাপারটির কিন্তু দুইভাবে অবস্থা বিবেচনা করা যায়। প্রথমক্ষেত্রে শুভ তার একটি হাত দিয়ে এবং দ্বিতীয়ক্ষেত্রে তার দুই হাত দিয়ে পাথরকে ধাক্কা দিচ্ছে। এখন সে ভাবছে যে উভয়ক্ষেত্রে প্রযুক্ত বল সমান হলে দুইক্ষেত্রে চাপের মান কি একই হবে কি না। তার আগে শুভ জেনে নিচ্ছে চাপ সম্পর্কে।


উক্ত তিনটি ক্ষেত্র থেকে শুভ বুঝতে পারে যে, দ্বিতীয় ক্ষেত্রে দুই হাত ব্যবহার করায় বল প্রয়োগকারী ক্ষেত্রফল দ্বিগুণ বেড়ে যাবে বলে চাপ অর্ধেক হয়ে যাবে, তৃতীয় ক্ষেত্রে সারা শরীর ব্যবহার করায় বল প্রয়োগ করলে বল প্রয়োগকারী ক্ষেত্রফল আরো বেড়ে যাবে তাই চাপ আরো কমে যাবে।

সে আরো জানতে পারে, বল ভেক্টর রাশি হলেও চাপ স্কেলার রাশি।
চাপের একক – Nm⁻² বা Pa (প্যাসকেল) ও মাত্রা – [P] = [ML⁻¹T⁻²]

এবং আরো একটি মজার প্রশ্ন খুঁজে পায়, সেটি হলোঃ “মানুষ যখন চোরাবালিতে পড়ে তখন নিজেকে বাঁচানোর জন্য তাকে সবসময় শুয়ে পড়তে বলা হয় কেন?” এই প্রশ্নটির উত্তরের সাথে কিন্তু আছে চাপের সম্পর্ক!

কেননা কেউ চোরাবালিতে পড়ে গেলে সে যদি শুয়ে পড়ে, তাহলে সে অনেক কম চাপ দেয় এবং সহজে ডুবে যায় না।

ঘনত্ব

চাপ সম্পর্কে তো বেশ ভালোই ধারণা হলো শুভ’র। এবার সে পড়া শুরু করেছে “ঘনত্ব” নামক অংশটি। পড়া শুরু করলে সে একটি ছবিতে দেখতে পায় যে, বিভিন্ন ধরনের তরল একটি আরেকটির উপর ভেসে রয়েছে।


এখানে শুভ আরো জানতে পারে যে তাপমাত্রার সাথে ঘনত্বের সম্পর্ক রয়েছে। তাপমাত্রার হ্রাস-বৃদ্ধির সাথে পদার্থের আয়তনের হ্রাস-বৃদ্ধি হওয়ায় ঘনত্বেরও পরিবর্তন হয়।

তরলের ভেতর চাপ

শুভ এবারে মনে করতে থাকে, গ্রামের বাড়িতে যখন সে পুকুরে ঝাঁপাঝাঁপি করতো, তখন পানির গভীরে গেলে এক ধরনের চাপ অনুভব করতো। ধরা যাক, শুভ h গভীরতায় চাপ নির্ণয় করতে চায়। তাহলে সে যদি সেখানে ক্ষেত্রফলের একটি তল বিবেচনা করে নেয়, তবে ঐ ক্ষেত্রফলে চাপের মান হবে তার উপর থাকা তরল স্তম্ভের চাপ।

(+) চিহ্নিত স্থানে ক্লিক করে জেনে নাও বিস্তারিত



উপরের ছবিতে A পৃষ্ঠের উপরের তরলটুকুর আয়তন Ah তরলের ঘনত্ব যদি ρ হয় তাহলে এই তরলের ওজন বা বল,


F = mg = (Ahρ)g

কাজেই চাপ:

P=$$( \frac{F}{A})$$=$$( \frac{Ahρg}{A})$$=hρg

তাহলে শুভ বুঝতে পারে যে যেকোনো নির্দিষ্ট ঘনত্বের তরলের যত গভীরে যাওয়া হবে, চাপের মান তত বাড়বে।

আর্কিমিডিসের সূত্র ও প্লবতা

এই পর্যায়ে শুভ দেখতে পায় আর্কিমিডিস নামক এক বিজ্ঞানীর বিশেষ সূত্র সংক্রান্ত আলোচনা। যা দ্বারা সে প্লবতা সম্পর্কে ধারণা পায়।

ড্রপডাউনগুলোতে ক্লিক করে দেখে নাও বিস্তারিত

এবার শুভ একটি বাস্তবিক উদাহরণ কল্পনা করে প্লবতা বোঝার চেষ্টা করছে।

(>) চিহ্নিত স্থানে ক্লিক করে দেখে নাও



আর্কিমিডিসের সূত্র সম্পর্কে জানার পরে এবার শুভ শিখবে প্যাসকেলের সূত্র।

প্যাসকেলের সূত্র

প্যাসকেলের সুত্রের বিবৃতিটি হচ্ছে:

“কোন আবদ্ধ পাত্র তরল বা বায়বীয় পদার্থে বাইরে থেকে চাপ দেয়া হলে, সেই চাপ সমানভাবে সঞ্চালিত হয়ে পাত্রের সংলগ্ন গায়ে লম্বভাবে কাজ করে।”

Img15

আগেই শুভ জেনেছিল যে তরলে চাপ দিলে তা চারিদিকে সমানভাবে সঞ্চালিত হয়।

উপরের চিত্রে যদি দুটি পিস্টনের কোনটিতে যদি চাপ দেয়া হয়, তবে কী হতে পারে তা ভাবতে থাকে শুভ। যদি ছোট পিস্টনে চাপ দেয়া হয়, তবে সে চাপ সমানভাবে নিচের দিকে সঞ্চালিত হবে এবং তা থেকে তরল সঞ্চালিত হবে। আবার তরল সঞ্চালিত হওয়ায় অপর পাশের পিস্টনে উপরের দিকে বল কাজ করবে এবং তা উপরের দিকে উঠে যাবে।

টরিসেলির পরীক্ষা

এবার শুভ বাতাসের চাপ সম্পর্কে জানার জন্য টরিসেলির পরীক্ষা হতে, একটি চিত্রের মাধ্যমে পুরো ব্যাপারটি আয়ত্তে আনার চেষ্টা করছে।

Image 1

যদিও পারদ মুখে নেওয়ার মতো তরল নয় কিন্তু যুক্তির খাতিরে শুভ কল্পনা করে নিচ্ছে যে স্ট্র দিয়ে পারদ চুমুক দিয়ে মুখে আনার চেষ্টা করছে সে। এবার যদি স্ট্রটি যদি লম্বায় 76 cm এর বেশি হয় তাহলে দেখা যাবে, পারদ 76cm উচ্চতায় এসে থেমে গেছে। পানির ঘনত্ব পারদের চেয়ে 13.6 গুণ বেশি, তাই পানি যেটুকু উচ্চতায় উঠেছে পারদ উঠেছে তার থেকে 13.6 গুণ।

শুভ আরো জানতে পারলো, পারদ ব্যবহার করে চাপের এই পরীক্ষাটি বিজ্ঞানী টরিসেলি করেছিলেন 1643 সালে। তিনি অবশ্য মুখ দিয়ে পারদকে একটি নল বেয়ে টেনে তোলার চেষ্টা করেননি, তিনি এক মুখ বন্ধ একটা নলের ভেতর পারদ ভরে, নলটি পারদ ভরা একটা পাত্রে উলটো করে রেখেছিলেন। পারদের উচ্চতা নামতে নামতে ঠিক 76 cm এ এসে থেমে যায়।

বাতাসের চাপ মাপার যন্ত্রের নাম ব্যারোমিটার এবং টরিসেলির এই পদ্ধতি দিয়ে তৈরি ব্যারোমিটারে এখনো বাতাসের চাপ মাপা হয়। বাতাসের চাপ বারলে পারদের উচ্চতা 76cm থেকে বেশি হয়, চাপ কমলে উচ্চতা 76cm থেকে কমে যায়।

পুরো অধ্যায়ের অনেকগুলো বিষয়ই তো শুভ’র শেখা শেষ। এবার সে জানবে স্থিতিস্থাপকতা, বিকৃতি এবং পীড়ন সম্পর্কে।


অধ্যায়ের একেবারে শেষ প্রান্তে চলে এসেছে শুভ। সে এবার পদার্থের মূল অবস্থাগুলোর সম্পর্কে জানবে।

পদার্থের তিন অবস্থা: কঠিন, তরল এবং গ্যাস

#কঠিন পদার্থে অণুসমূহ একেবারে কাছাকাছি অবস্থান করে।
#তরল পদার্থে অণুসমূহ কঠিন পদার্থ হতে অপেক্ষাকৃত দূরে অবস্থান করে।
#গ্যাসীয় পদার্থে অণুসমূহ একে অপর থেকে বিচ্ছিন্ন ভাবে অবস্থান করে।

শুভ দেখতে পারে যে অধ্যায়ের সর্বশেষ আলোচ্য বিষয়টি হলো পদার্থের চতুর্থ অবস্থা- প্লাজমা


পুরো অধ্যায় সম্পর্কে ধারণা তো শুভ পেয়ে গেলো। এবার সে নিচের প্রশ্নগুলোর উত্তর দিয়ে নিজের প্রস্তুতি ঝালাই করবে। পরবর্তী পদার্থবিজ্ঞান ক্লাসে শুভ নিজের বন্ধুদের দাঁতভাঙা জবাব দিতে একেবারেই প্রস্তুত!

এবার কুইজ দিয়ে দেখে নাও তুমি কতটুকু শিখলে


এতক্ষণ তো তোমরা সবাই জানলে শুভ’র গল্প, এই স্মার্টবুকটি ভালো লেগে থাকলে তোমার বন্ধুদের সাথে শেয়ার করতে কিন্তু একদমই ভুলো না!