মেঝেতে আলমারি ঠেলা: সীমাস্ত ঘর্ষণ
মান বদলাও, চালাও, আর দেখো কী ঘটে।
বাসার মসৃণ টাইলসের মেঝেতে ৬০ kg ভরের একটি ভারী স্টিলের আলমারি রাখা আছে। আলমারির তলা ও মেঝের মধ্যবর্তী ঘর্ষণ গুণাঙ্ক μ = ০.৪। আলমারিটি সরাতে অনুভূমিকভাবে ২০০ N বল দিয়ে ঠেলা দেওয়া হলো (যেখানে g = ৯.৮ m/s²)। আলমারিটি কি গতিশীল হবে?
২০০ N বল প্রয়োগ করলে ৬০ kg ভরের আলমারিটি কি গতিশীল হবে?
- হ্যাঁ, আলমারিটি চলবে: বস্তুর ওপর যেকোনো পরিমাণ ধাক্কা দিলেই তা কিছুটা হলেও গতিশীল হয়।
- না, আলমারিটি নড়বে না: সীমাস্ত ঘর্ষণ ২৩৫.২ N, তাই ২০০ N ধাক্কায় ঘর্ষণ বলও সমান ২০০ N হয়ে একে স্থির রাখবে।
- হ্যাঁ, আলমারিটি চলবে: মেঝের ঘর্ষণ সবসময় ০.৪ × ৬০ = ২৪ N, যা ২০০ N বলের চেয়ে অনেক কম।
যা বদলাতে পারবে
- প্রযুক্ত ঠেলা বল: ০ থেকে ৪০০ N
- ঘর্ষণ গুণাঙ্ক: ০.০৫ থেকে ০.৮
যা মেপে দেখাবে
- কার্যকর ঘর্ষণ বল (N)
- সর্বোচ্চ সীমাস্ত ঘর্ষণ বল (N)
- ত্বরণ (m/s²)
চালানোর সময় খেয়াল করো
- প্রযুক্ত বল বাড়িয়ে ২০০ N করে চালিয়ে দেখো। সীমাস্ত ঘর্ষণ ২৩৫.২ N এর সাথে তুলনা করো: ঘর্ষণ বল কত দেখাচ্ছে এবং আলমারি কি নড়ছে?
নিজে করে দেখো
- টাইলসের মেঝেতে (μ = ০.৪) আলমারিটিকে গতিশীল করতে সর্বনিম্ন কত বল (১০ N এর ধাপে) দিতে হবে তা খুঁজে বের করো।
ইঙ্গিত
টাইলসের মেঝেতে সীমাস্ত ঘর্ষণ হলো ২৩৫.২ N। ১০ N এর ধাপে প্রযুক্ত বল বাড়িয়ে দেখো কোন মানে এসে আলমারি চলতে শুরু করে।
- আলমারির নিচে চাকা লাগিয়ে ঘর্ষণ কমাও: ৬০ N ধাক্কাতেই যেন আলমারিটি চলতে শুরু করে, এমন ঘর্ষণ গুণাঙ্ক μ নির্বাচন করো।
ইঙ্গিত
প্রযুক্ত বল ৬০ N এ রাখো। ৬০ N বলে আলমারি চালাতে হলে সীমাস্ত ঘর্ষণ ৬০ N এর কম হতে হবে: μ × ৫৮৮ < ৬০, অর্থাৎ μ ≤ ০.১। স্লাইডারে চাকার জন্য উপযুক্ত কম মান বেছে নাও।
ধারণাটা কী?আগে নিজে চালিয়ে দেখো, তারপর খোলো।
স্থৈতিক ঘর্ষণ ও সীমাস্ত ঘর্ষণ
স্থির বস্তুর ওপর বল প্রয়োগ করলে তলদ্বয়ের খাঁজ একে অপরের সাথে আটকে গিয়ে গতির বিরুদ্ধে যে বল সৃষ্টি করে, তাকে স্থৈতিক ঘর্ষণ বলে। স্থৈতিক ঘর্ষণ একটি স্বনিয়ন্ত্রিত বা স্বয়ংসমন্বয়ী বল: বাইরে থেকে প্রযুক্ত বল যতক্ষণ পর্যন্ত সীমাস্ত মানের (f_s(max) = μN) চেয়ে কম থাকে, ঘর্ষণ বল ঠিক প্রযুক্ত বলের সমান মান নিয়ে বস্তুকে স্থির রাখে। এখানে ৬০ kg ভরের আলমারির জন্য মেঝের উল্লম্ব বল N = mg = ৬০ × ৯.৮ = ৫৮৮ N। মেঝের ঘর্ষণ গুণাঙ্ক μ = ০.৪ হওয়ায় সীমাস্ত ঘর্ষণ হলো ০.৪ × ৫৮৮ = ২৩৫.২ N। তাই ২০০ N ধাক্কা দিলে ঘর্ষণ বলও বেড়ে ঠিক ২০০ N হয় এবং আলমারি স্থির থাকে। প্রযুক্ত বল ২৩৫.২ N অতিক্রম করলে বস্তু পিছলে চলতে শুরু করে। চাকা যুক্ত করে বা পিচ্ছিলকারক ব্যবহার করে ঘর্ষণ কমানো যায় এবং অমসৃণ বা রবারের তল ব্যবহার করে ঘর্ষণ বাড়ানো যায়।
অন্য উত্তরগুলো কেন ভুল
অনেকে মনে করেন যেকোনো বল প্রয়োগ করলেই বস্তু অন্তত কিছুটা গতিশীল হয়। কিন্তু স্থৈতিক ঘর্ষণ প্রযুক্ত বলের বিপরীতমুখী হয়ে কাজ করে এবং প্রযুক্ত বল সীমাস্ত ঘর্ষণ (২৩৫.২ N) না ছাড়ানো পর্যন্ত বস্তুটিকে একটুও নড়তে দেয় না। আবার অনেকে মনে করেন ঘর্ষণ বল সবসময় ০.৪ × ৬০ = ২৪ N। এটি ভুল, কারণ ঘর্ষণ বল ভরের ওপর নয়, অভিলম্ব প্রতিক্রিয়া বলের (N = mg = ৫৮৮ N) ওপর নির্ভর করে। তাছাড়া সীমাস্ত মানে পৌঁছানোর আগে ঘর্ষণ বল নির্দিষ্ট থাকে না: প্রযুক্ত বল ২০০ N হলে ঘর্ষণ বলও সমান ২০০ N হয়ে বস্তুকে স্থির রাখে।
যেসব ভুল ধারণা হয়
- বস্তুর ওপর যেকোনো পরিমাণ বল প্রয়োগ করলেই তা গতিশীল হতে শুরু করে।
- ঘর্ষণ বল সবসময় অভিলম্ব প্রতিক্রিয়া ছাড়া কেবল ভর ও ঘর্ষণ গুণাঙ্কের গুণফল (μm) হিসেবে কাজ করে।
বাস্তবে কোথায় দেখা যায়
- বাসাবাড়িতে ভারী আসবাবপত্র বা রেফ্রিজারেটর সহজে সরানোর জন্য নিচে চাকাযুক্ত ট্রলি বা স্ট্যান্ড ব্যবহার করা, যা আবর্ত ঘর্ষণের মাধ্যমে ঘর্ষণ বল বহুলাংশে কমিয়ে দেয়।
- বর্ষাকালে পিচ্ছিল মেঝে বা বাথরুমের ভেজা টাইলসে পিছলে পড়া এড়াতে খাঁজকাটা জুতো বা রবারের অ্যান্টি-স্লিপ ম্যাট ব্যবহার করে ঘর্ষণ বৃদ্ধি করা।