offSchoolবেটা

পদার্থবিজ্ঞান · অধ্যায় ৪

স্লিপারে বিভব ও গতিশক্তি

মান বদলাও, চালাও, আর দেখো কী ঘটে।

পার্কের ৫ মিটার উঁচু একটি মসৃণ স্লিপার থেকে ২০ kg ভরের একটি শিশু পিছলে নিচে নামল। কোনো ঘর্ষণ না থাকায় ভূমিতে পৌঁছানোর মুহূর্তে তার বেগ হলো ৯.৯ m/s। এবার তার দ্বিগুণ ভরের (৪০ kg) একজন কিশোর একই স্লিপার দিয়ে নামলে নিচে তার বেগ কত হবে?

৪০ kg ভরের কিশোরের ক্ষেত্রে নিচে পৌঁছানোর বেগ কত হবে?

  1. ১৯.৮ m/s — ভর দ্বিগুণ, তাই নিচে নামার বেগও দ্বিগুণ হবে
  2. ৯.৯ m/s — বেগ একই থাকবে
  3. ৪.৯৫ m/s — ভারী বস্তুর জড়তা বেশি, তাই বেগ অর্ধেক হবে

যা বদলাতে পারবে

  • ভর: ১০ থেকে ৮০ kg

যা মেপে দেখাবে

  • ভূমিতে বেগ (m/s)
  • শীর্ষে বিভব শক্তি (J)
  • ভূমিতে গতিশক্তি (J)

চালানোর সময় খেয়াল করো

  • ভর ২০ kg থেকে বাড়িয়ে ৪০ kg করো। শীর্ষে বিভব শক্তি ও ভূমিতে গতিশক্তি দ্বিগুণ হলেও বেগের মানে কি কোনো পরিবর্তন হচ্ছে?

নিজে করে দেখো

  1. স্লিপারের নিচে গতিশক্তি ঠিক ২৯৪০ J হবে — এমন একজন আরোহীর ভর বের করো।
    ইঙ্গিত

    ঘর্ষণ নেই, তাই নিচের গতিশক্তি = উপরের বিভব শক্তি = mgh।

ধারণাটা কী?আগে নিজে চালিয়ে দেখো, তারপর খোলো।

ঘর্ষণহীন পথে নিচে নামার বেগ ভরের ওপর নির্ভর করে না

v=2ghv = \sqrt{2gh}

স্লিপারের শীর্ষে থাকা সমস্ত বিভব শক্তি (E_p = mgh) ঘর্ষণ না থাকলে নিচে পৌঁছানোর মুহূর্তে সম্পূর্ণ গতিশক্তিতে (E_k = ½mv²) রূপান্তরিত হয়। শক্তির সংরক্ষণশীলতার নীতি অনুযায়ী, ½mv² = mgh। সমীকরণের উভয় পাশ থেকে ভর (m) বাদ চলে যায়, ফলে v = √(2gh)। তাই ভর যতই বাড়ানো হোক না কেন, নির্দিষ্ট উচ্চতা থেকে নামলে নিচে পৌঁছানোর বেগ একই থাকে।

অন্য উত্তরগুলো কেন ভুল

ভর দ্বিগুণ হলে বিভব শক্তি এবং ভূমির গতিশক্তি দুটোই দ্বিগুণ হয় (৯৮০ J থেকে বেড়ে ১৯৬০ J)। কিন্তু গতিশক্তির সূত্র হলো E_k = ½mv²; অর্থাৎ দ্বিগুণ গতিশক্তিকে দ্বিগুণ ভর দিয়েই ভাগ করতে হয় (v² = 2E_k / m)। ফলে ভর ও শক্তির দ্বিগুণ প্রভাব একে অপরকে বাতিল করে দেয় এবং বেগ অপরিবর্তিত থাকে।

যেসব ভুল ধারণা হয়

  • ভারী বস্তু হালকা বস্তুর চেয়ে দ্রুত নিচে নামে
  • বেশি ভরের কারণে বস্তু ধীরগতিতে চলে

বাস্তবে কোথায় দেখা যায়

  • শিশু পার্ক ও ওয়াটার পার্কের ওয়াটার স্লাইড ডিজাইন — যেখানে শিশু কিংবা প্রাপ্তবয়স্ক সবার জন্য নিচে পৌঁছানোর সর্বোচ্চ নিরাপদ বেগ নির্দিষ্ট উচ্চতা দিয়ে নিয়ন্ত্রণ করা হয়।
  • কাপ্তাই জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রে নির্দিষ্ট উচ্চতা (হাইড্রো হেড) থেকে পানি ফেলে টারবাইন ঘোরানো — যেখানে টারবাইনে আঘাত করা পানির বেগ সরাসরি পতনের উচ্চতার ওপর নির্ভর করে।

পাঠ্যবইয়ের টপিক