offSchoolবেটা

পদার্থবিজ্ঞান · অধ্যায় ১০

স্থির চার্জের আকর্ষণ ও কুলম্বের সূত্র

মান বদলাও, চালাও, আর দেখো কী ঘটে।

শুকনো চুলে একটি প্লাস্টিকের চিরুনি ঘষলে এতে -২ µC চার্জ জমা হয় এবং তা কাগজের একটি +২ µC চার্জযুক্ত টুকরোকে আকর্ষণ করে। এদের মধ্যবর্তী দূরত্ব ০.৩ m হলে আকর্ষণ বলের মান ০.৪ N। যদি চিরুনিটিকে কাগজের আরও কাছে এনে দূরত্ব অর্ধেক করে ০.১৫ m করা হয়, তবে আকর্ষণ বলের মান কত হবে?

দূরত্ব অর্ধেক (০.১৫ m) করা হলে আকর্ষণ বল কত হবে?

  1. ০.৮ N — দূরত্ব অর্ধেক হওয়ায় আকর্ষণ বল দ্বিগুণ হবে
  2. ১.৬ N — দূরত্বের বর্গের ব্যস্তানুপাতে বল চার গুণ বৃদ্ধি পাবে
  3. ০.২ N — দূরত্ব কমে যাওয়ায় আকর্ষণ বলও অর্ধেক হয়ে যাবে

যা বদলাতে পারবে

  • চিরুনির চার্জ (q₁): −২০ থেকে ২০ µC
  • কাগজের চার্জ (q₂): −২০ থেকে ২০ µC
  • মধ্যবর্তী দূরত্ব (r): ০.০৫ থেকে ১ m

যা মেপে দেখাবে

  • তড়িৎ বলের মান (N)
  • বলের প্রকৃতি

চালানোর সময় খেয়াল করো

  • দূরত্ব স্লাইডারটি ০.৩ m থেকে কমিয়ে ০.১৫ m (অর্ধেক) করো। বলের মান কি দ্বিগুণ হলো, নাকি চার গুণ?

নিজে করে দেখো

  1. ০.৩ m দূরত্বে দুটি আধান এমনভাবে বেছে নাও যাতে এরা ঠিক ৩.৬ N বলে পরস্পরকে বিকর্ষণ করে।
    ইঙ্গিত

    F = k q₁q₂ ÷ r²। বিকর্ষণের জন্য দুটি আধানের চিহ্ন একই হতে হবে।

  2. আকর্ষণ বল ০.৪ N-ই থাকবে, কিন্তু আধান দুটির দূরত্ব হবে দ্বিগুণ, ০.৬ m। কোন আধান লাগবে?
    ইঙ্গিত

    দূরত্ব দ্বিগুণ হলে বল চার ভাগের এক ভাগ হয়, তাই q₁q₂ চার গুণ করতে হবে।

ধারণাটা কী?আগে নিজে চালিয়ে দেখো, তারপর খোলো।

কুলম্বের সূত্র ও দূরত্বের ব্যস্তানুপাতিক বর্গীয় নিয়ম

F=k∣q1q2∣r2F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}

কুলম্বের সূত্র অনুযায়ী, দুটি স্থির বিন্দু আধানের মধ্যকার তড়িৎ বল তাদের চার্জদ্বয়ের পরিমাণের গুণফলের সমানুপাতিক এবং এদের মধ্যবর্তী দূরত্বের বর্গের ব্যস্তানুপাতিক (F ∝ 1/r²)। এখানে চার্জ দুটি বিপরীতধর্মী (-২ µC ও +২ µC) হওয়ায় এদের মধ্যে আকর্ষণ বল কাজ করে। দূরত্ব অর্ধেক (r/২) করা হলে হরে (১/২)² = ১/৪ হয়, ফলে বল ৪ গুণ বেড়ে ০.৪ N থেকে ১.৬ N হয়।

অন্য উত্তরগুলো কেন ভুল

অনেকে মনে করে দূরত্ব অর্ধেক হলে বল দ্বিগুণ হবে (সরল ব্যস্তানুপাতিক সম্পর্ক)। কিন্তু কুলম্বের বল দূরত্বের নয়, দূরত্বের বর্গের ব্যস্তানুপাতিক। তাই দূরত্ব অর্ধেক (১/২) করলে বল ২ গুণ নয়, বরং ২² = ৪ গুণ বৃদ্ধি পায়। আবার দূরত্ব কমলে আধানদ্বয় কাছাকাছি আসে, ফলে আকর্ষণ বল কখনো কমে না বরং দ্রুত বৃদ্ধি পায়।

যেসব ভুল ধারণা হয়

  • তড়িৎ বল দূরত্বের ব্যস্তানুপাতিক, দূরত্বের বর্গের নয়
  • দূরত্ব কমলে তড়িৎ বল কমে যায়

বাস্তবে কোথায় দেখা যায়

  • ফটোকপিয়ার ও লেজার প্রিন্টারে টোনার স্থানান্তর — ড্রামে নির্দিষ্ট প্যাটার্নে স্থির তড়িৎ চার্জ সৃষ্টি করে বিপরীত চার্জযুক্ত কালির (টোনার) সূক্ষ্ম কণাকে তীব্র আকর্ষণে কাগজের ওপর নিখুঁতভাবে বসানো হয়।
  • ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক রং স্প্রে — কারখানা ও ওয়ার্কশপে গাড়ি বা ধাতব আসবাবপত্রে রং করার সময় রঙের সূক্ষ্ম কণাকে চার্জিত করা হয়, যা বিপরীত চার্জযুক্ত ধাতব বস্তুর কুলম্ব আকর্ষণে অপচয়হীন ও মসৃণভাবে চারদিকে প্রলেপ ফেলে।

পাঠ্যবইয়ের টপিক