আর্কিমিডিসের সূত্র ও প্লবতা

নবম-দশম শ্রেণি (মাধ্যমিক) - পদার্থবিজ্ঞান - পদার্থের অবস্থা ও চাপ (State of matter and pressure) | NCTB BOOK

7.8k

Summary

আর্কিমিডিসের সূত্র অনুযায়ী, যখন একটি বস্তু তরলে নিমজ্জিত হয়, তখন সেটি একই পরিমাণ তরলকে অপসারণ করে এবং তার ওজন থেকে সেই সমপরিমাণ তরলের ওজন কমে যায়।

এর জন্য একটি সিলিন্ডারকে গৃহীত ধরা হয়েছে, যার উচ্চতা h এবং ক্ষেত্রফল A। সিলিন্ডারটির উপরের পৃষ্ঠের গভীরতা h1 এবং নিচের পৃষ্ঠের গভীরতা h2। তরলে চাপ সমানভাবে কাজ করে; তাই:

সিলিন্ডারের উপরের পৃষ্ঠে চাপ: P1 = h1ρg
সিলিন্ডারের নিচের পৃষ্ঠে চাপ: P2 = h2ρg

এতে দেখা যায়, নিচের পৃষ্ঠের চাপ (P2) উপরের পৃষ্ঠের চাপ (P1) থেকে বেশি, ফলে সিলিন্ডারে উপরের দিকে একটি মোট বল সৃষ্টি হয় যা উর্ধ্বমুখী।

এই উর্ধ্বমুখী বলটি সিলিন্ডারের আয়তনের সমান তরলের ওজনের সঙ্গে সম্পর্কিত, যা আর্কিমিডিসের সূত্রকে নির্দেশ করে এবং এটির নাম প্লবতা (Buoyancy) দেয়া হয়েছে।

তোমরা সবাই নিশ্চয়ই আর্কিমিডিসের সূত্র এবং সেই সূত্রের পেছনের পম্পটি জানো। সূত্রটি সহজ, কোনো বস্তু তরলে নিমজ্জিত করলে সেটি যে পরিমাণ তরল অপসারণ করে সেইটুকু তরলের সমান ওজন বস্তুটির ওজন থেকে কমে যায়। আমরা এখন এই সূত্রটি বের করব। 5.03 চিত্রে দেখানো হয়েছে খানিকটা তরল পদার্থে একটা সিলিন্ডার ডোবানো রয়েছে। (এটি সিলিন্ডার না হয়ে অন্য যেকোনো আকৃতির বস্তু হতে পারত, আমরা হিসাবের সুবিধার জন্য সিলিন্ডার নিয়েছি। ধরা যাক সিলিন্ডারের উচ্চতা h এবং উপরের ও নিচের প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল A।আমরা কল্পনা করে নিই সিলিন্ডারটি এমনভাবে তরলে ডুবিয়ে রাখা হয়েছে যেন তার উপরের পৃষ্ঠটির গভীরতা h1 এবং নিচের পৃষ্ঠের গভীরতা h2.

চিত্র 5.03:একটি বস্তু যতটুকু তরল অপসারিত করে তার সমপরিমাণ ওজন হারায়

আমরা অনেকবার তোমাদের বলেছি যে তরল (কিংবা বায়বীয়) পদার্থে চাপ কোনো নির্দিষ্ট দিকে কাজ করে না। এটি সব দিকে কাজ করে। কাজেই সিলিন্ডারের উপরের পৃষ্ঠে নিচের দিকে যে চাপ কাজ করে তার পরিমাণ

$P_{1} = h_{1} ρ g$

এবং নিচের পৃষ্ঠে উপরের দিকে যে চাপ কাজ করে তার পরিমাণ

$P_{2} = h_{2} ρ g$

কাজেই সিলিন্ডারে উপর পৃষ্ঠে নিচের দিকে এবং নিচের পৃষ্ঠে উপরের দিকে প্রয়োগ করা বল যথাক্রমে:

চারপাশের পৃষ্ঠের উপর কতটুকু বল প্রয়োগ হয়েছে সেটা নিয়ে আমাদের মাথা ঘামাতে হবে না, কারণ সিলিন্ডারটি একদিক থেকে যে বল অনুভব করে অন্যদিক থেকে ঠিক তার বিপরীত পরিমাণ অনুভব করে এবং একে অন্যকে কাটাকাটি করে দেয়। যেহেতু h2 এর মান থেকে বেশি তাই দেখতে পাচ্ছি $F_{2}$ এর মান $F_{1}$ থেকে বেশি। কাজেই মোট বলটি হবে উপরের দিকে এবং তার পরিমাপ:

যেহেতু Ah হচ্ছে সিলিন্ডারের আয়তন, $ρ$ তরলের ঘনত্ব এবং g মাধ্যাকর্ষণজনিত ত্বরণ, কাজেই উপরের দিকে প্রয়োগ করা বলের পরিমাণ হচ্ছে সিলিন্ডারের আয়তনের সমান তরলের ওজন। ঠিক যেটি আর্কিমিডিসের সূত্র নামে পরিচিত। ঊর্ধ্বমুখী এই বলটিকে প্লবতা (Buoyancy) বলে ।