নিউটনের সূত্র সমূহ। Newton's Laws

নিউটনের সূত্র কয়টি ও কি কি বিস্তারিত আলোচনা

নিউটনের তিনটি সূত্র। নিউটনের ১ম ২য় ৩য় সূত্র গুলি হলো যথাক্রমে -

 1️⃣ নিউটনের প্রথম সূত্র: বাইরে থেকে প্রযুক্ত বল দ্বারা অবস্থার পরিবর্তন ঘটাতে বাধ্য না করলে, স্থির বস্তু চিরকাল স্থির অবস্থায় থাকবে এবং সচল বস্তু চিরকাল সমবেগে একই সরলরেখায় চলতে থাকবে।

 2️⃣নিউটনের দ্বিতীয় সূত্র: কোন বস্তুর ভরবেগের পরিবর্তনের হার বস্তুর উপর প্রযুক্ত বলের সমানুপাতিক এবং বল যে দিকে প্রযুক্ত হয়, ভরবেগের পরিবর্তনও সেদিকে ঘটে।

 3️⃣নিউটনের তৃতীয় সূত্র: প্রত্যেক ক্রিয়ার সমান ও বিপরীত প্রতিক্রিয়া আছে।

নিউটনের প্রথম গতি সূত্র

নিউটনের প্রথম সূত্র থেকে কি জানা যায় : নিউটনের প্রথম সূত্র থেকে আমরা যে দুটি বিষয় সম্পর্কে ধারণা পাই তা হলো – (a) পদার্থের জাড্য এবং (b) বলের সংজ্ঞা।

জাড্য কাকে বলে? জাড্য কয় প্রকার ও কি কি?

জাড্য: যে ধর্মের জন্য কোনো জড় বস্তু তার স্থিতি বা গতির অবস্থা বজায় রাখার চেষ্টা করে, সেই ধর্মকে পদার্থের জাড্য বলে। বস্তুর ভর যত বেশি হয়, তার জাড্যও তত বেশি হয়। সুতরাং, বলা যায়— বস্তুর ভরই তার জাড্যের পরিমাপ।

জাড্য কয় প্রকার ও কি কি: জাড্য দু’প্রকার – (i) স্থিতি জাড্য এবং (ii) গতি জাড্য।

স্থিতি জাড্য কাকে বলে?

স্থিতি জাড্য: যে ধর্মের জন্য স্থির বস্তু চিরকাল স্থির অবস্থায় থাকতে চায়, তাকে স্থিতি জাড্য (Inertia of rest) বলে।

স্থিতি জাড্যের উদাহরণ: কোনো বাস স্থির অবস্থা থেকে হঠাৎ চলতে শুরু করলে বাসের মধ্যে বসে বা দাঁড়িয়ে থাকা যাত্রীরা পিছনের দিকে হেলে পড়ে। কারণ, বাসটি যখন স্থির থাকে যাত্রীর দেহও তখন স্থির থাকে। এবার বাসটি হঠাৎ চলতে শুরু করলে যাত্রীর পা দুটো গাড়ির সংলগ্ন থাকায় গাড়ির সঙ্গে সামনের দিকে এগিয়ে যায়। কিন্তু তাঁর দেহের উপরের অংশ স্থিতি জাড্যের জন্য স্থিতাবস্থা বজায় রাখতে চায়। ফলে যাত্রীরা পিছনের দিকে হেলে পড়ে।

প্রযুক্ত বল = বস্তুর ভর × বস্তুর ত্বরণ।

অর্থাৎ, P = mf ; এটিই নিউটনের দ্বিতীয় গতিসূত্রের গাণিতিক রূপ।

একটি মালবাহী ট্রাক এবং একটি খালি ট্রাক প্রতিঘন্টায় 30 কিমি বেগে সমান দ্রুতিতে চলছে। ট্রাক দুটি হুবহু এক। ব্রেক কষে কোন্‌টিকে সহজে থামানো যাবে?

ব্রেক কষে খালি ট্রাকটিকে সহজে থামানো যাবে। কারণ, মালবাহী ট্রাকটির ভর খালি ট্রাকটির ভরের চেয়ে বেশি। তাই মালবাহী ট্রাকটির ভরবেগ খালি ট্রাকটির ভরবেগের চেয়ে বেশি হবে। কারণ, ট্রাকের ভরবেগ = ট্রাকের ভর × ট্রাকের বেগ। ফলে, ব্রেক কষে মালবাহী ট্রাকটিকে থামাতে খালি ট্রাকের তুলনায় অনেক বেশি বিরুদ্ধ বল প্রয়োগ করতে হবে। অর্থাৎ, খালি ট্রাকটিকে মালবাহী ট্রাকটি থেকে অনেক সহজে থামানো যাবে।

75 নিউটন বল কোনো বস্তুর উপর ক্রিয়া করে 3 m/s2 ত্বরণ সৃষ্টি করে। বস্তুটির ভর নির্ণয় করো।

নিউটনের দ্বিতীয় সূত্র থেকে পাই, p = mf বা, m = ...... (i)

এখানে বস্তুর ওপর প্রযুক্ত বল = p = 75 নিউটন, বস্তুতে উৎপন্ন ত্বরণ = f = 3 m/s2 এবং বস্তুর ভর = m = ?

সুতরাং, (i) থেকে পাই, m = 75/3 kg = 25 kg.

সুতরাং, নির্ণেয় ভর = 25 কিগ্রা।

বল কি ধরনের রাশি? বলের একক গুলি কি কি?

বলের রাশি : বলের মান ও অভিমুখ দুই-ই আছে। তাই বল একটি ভেক্টর রাশি।

বলের পরম একক (Absolute units of force) কি?

CGS পদ্ধতিতে বলের পরম একক : ডাইন (Dyne).

ডাইন : এক গ্রাম ভরের কোনো বস্তুর ওপর ক্রিয়া করে যে বল বস্তুটিতে 1 cm/sec² ত্বরণ সৃষ্টি করে, সেই বলকে এক ডাইন বলে।

অর্থাৎ, 1 ডাইন = 1 g × 1 cm/sec².

SI পদ্ধতিতে বলের পরম একক :  নিউটন (Newton or N).

নিউটন : এক কিলোগ্রাম ভরের কোনো বস্তুর ওপর ক্রিয়া করে যে বল বস্তুটিতে 1 m/sec² ত্বরণ সৃষ্টি করে, সেই বলকে এক নিউটন বলে।

অর্থাৎ, 1 নিউটন = 1 kg × 1 m/sec².

ভরবেগ ও বল, নিউটন ও ডাইন এদের সম্পর্ক কী?

ভরবেগ ও বলের মধ্যে সম্পর্ক : (1) কোনো বস্তুর ভরবেগের পরিবর্তনের হার বস্তুর ওপর প্রযুক্ত বলের সমানুপাতিক এবং বল যে দিকে প্রযুক্ত হয়, ভরবেগের পরিবর্তনও সেই দিকে ঘটে। (2) ভরবেগ ও বল উভয়েই ভেক্টর রাশি।

নিউটন ও ডাইনের মধ্যে সম্পর্ক : 1 নিউটন = 1 kg × 1 m/sec² = 10³ g × 10² cm/sec² 10⁵ ডাইন। অর্থাৎ, 1 নিউটন = 10⁵ ডাইন।

বলের অভিকর্ষীয় একক কি? গ্রাম-ভার ও কিলোগ্রাম-ভার এর সংজ্ঞা দাও। গ্রাম-ভার ও ডাইনের এবং কিলোগ্রাম-ভার ও নিউটনের মধ্যে সম্পর্ক কী?

বলের অভিকর্ষীয় একক : CGS এবং SI পদ্ধতিতে বলের অভিকর্ষীয় একক যথাক্রমে গ্রাম-ভার ও কিলোগ্রাম-ভার।

গ্রাম-ভার সংজ্ঞা : এক গ্রাম ভরের কোনো বস্তুকে পৃথিবী যে বলে নিজের কেন্দ্রের দিকে আকর্ষণ করে, সেই বলকে এক গ্রাম-ভার বলে।

গ্রাম-ভার ও ডাইনের সম্পর্ক : 1 গ্রাম-ভার = 1 গ্রাম × 981 সেমি/সেকেন্ড² = 981 ডাইন।

সুতরাং, 1 গ্রাম-ভার = 981 ডাইন।

কিলোগ্রাম-ভার সংজ্ঞা : এক কিলোগ্রাম ভরের কোনো বস্তুকে পৃথিবী যে বলে নিজের কেন্দ্রের দিকে আকর্ষণ করে, সেই বলকে এক কিলোগ্রাম-ভার বলে।

কিলোগ্রাম-ভার ও নিউটনের সম্পর্ক : 1 কিলোগ্রাম-ভার = 1 কিলোগ্রাম × 9.81 মিটার/সেকেন্ড² = 9.81 নিউটন।

সুতরাং, 1 কিলোগ্রাম-ভার = 9.81 নিউটন।

বৈদ্যুতিক পাখার সুইচ বন্ধ করার সাথে সাথে থেমে যায় না কেন?

ঘূর্ণায়মান বৈদ্যুতিক পাখাটি গতিজাড্যে থাকে। ঐ অবস্থায় পাখাটিতে বিদ্যুৎপ্রবাহ বন্ধ করলে গতিজাড্যের দরুণ পাখাটি কিছুক্ষণ ধরে ঘুরতে থাকে। কিন্তু ঘর্ষণজনিত বাধা পাখাটির ঘূর্ণনের বিপরীত দিকে ক্রিয়াশীল থাকায় পাখার ঘূর্ণন ক্রমশ কমতে থাকে এবং অবশেষে পাখাটি স্থিরাবস্থায় পৌঁছায়।

******************

নিউটনের তৃতীয় গতি সূত্র

নিউটনের তৃতীয় সূত্র থেকে কি জানা যায় : এই সূত্র থেকে আমরা ক্রিয়া এবং প্রতিক্রিয়া সম্পর্কে ধারণা পাই। ক্রিয়া ও প্রতিক্রিয়া

ক্রিয়া ও প্রতিক্রিয়া কাকে বলে? এরা কি একই বস্তুর উপর প্রযুক্ত হয় অথবা এর বৈশিষ্ট্য কি?

ক্রিয়া ও প্রতিক্রিয়া : নিউটনের তৃতীয় সূত্রে ‘ক্রিয়া’ এবং ‘প্রতিক্রিয়া’ বলতে দুটি ভিন্ন বস্তুর ওপর প্রযুক্ত বলকে বোঝানো হয়েছে। এই সূত্র অনুযায়ী যখনই কোনো বস্তু অন্য কোনো বস্তুর ওপর বল প্রয়োগ করে তখনই দ্বিতীয় বস্তুটিও প্রথম বস্তুটির ওপর একটি সমান ও বিপরীতমুখী বল প্রয়োগ করে। এক্ষেত্রে প্রথম বস্তু দ্বিতীয় বস্তুর ওপর যে বল প্রয়োগ করে, যদি তাকে ক্রিয়া (action) বলা হয়, তবে দ্বিতীয় বস্তু প্রথম বস্তুর ওপর যে বল প্রয়োগ করে, সেই বলকে প্রতিক্রিয়া (reaction) বলে। এই দুটি বল সব সময় একই সঙ্গে ক্রিয়া করে। ক্রিয়া যতক্ষণ স্থায়ী হয়, প্রতিক্রিয়াও ঠিক ততক্ষণ স্থায়ী হয়। প্রতিক্রিয়ার মান ক্রিয়ার উপরই নির্ভরশীল। ক্রিয়া না থাকলে প্রতিক্রিয়াও থাকে না।

ক্রিয়া ও প্রতিক্রিয়া বলের বৈশিষ্ট্য : ক্রিয়া ও প্রতিক্রিয়া একই সময়ে দুটি ভিন্ন বস্তুর ওপর প্রযুক্ত হয় ; অর্থাৎ, বল দুটির প্রয়োগবিন্দু আলাদা। এজন্য ক্রিয়া ও প্রতিক্রিয়া পরস্পর সমান ও বিপরীত হলেও এরা কখনও সাম্য প্রতিষ্ঠা করতে পারে না। কারণ, সমান ও বিপরীতমুখী দুটি বল একই বস্তুর ওপর ক্রিয়া করে সাম্য প্রতিষ্ঠা করতে পারে।

বন্দুক থেকে গুলি ছুঁড়লে বন্দুক পেছনের দিকে ধাক্কা দেয় কেন?

বন্দুক থেকে গুলি ছোঁড়ার সময় নলের মধ্যে গুলির ওপর বল প্রযুক্ত হয়। তার ক্রিয়ায় গুলিটি প্রচণ্ড বেগে সামনের দিকে ছুটে যায়। সঙ্গে সঙ্গে গুলিটিও বন্দুকের ওপর সমান ও বিপরীতমুখী প্রতিক্রিয়া বল প্রয়োগ করে। যার ফলে বন্দুকটি পিছনের দিকে ধাক্কা দেয়।

নিউটনের তৃতীয় গতিসূত্র থেকে জেটপ্লেন এবং রকেটের গতির ব্যাখ্যা করো। | আকাশে রকেট এবং জেট প্লেন কিভাবে উড়ে।

জেট বিমান ও রকেট : জেট বিমান ও মহাকাশযানের রকেটের কার্যনীতি নিউটনের তৃতীয় গতিসূত্রের ক্রিয়া-প্রতিক্রিয়ার উপর প্রতিষ্ঠিত।

জেট বিমান এর কার্যনীতি কি : জেট বিমানের ইঞ্জিনের মধ্যে জ্বালানি থাকে। যখন বিমানটি চলতে শুরু করে তখন বিমানের সামনের ছিদ্র দিয়ে বায়ু সবেগে জ্বালানির সঙ্গে মিশে উচ্চচাপে দহন কার্য চালায়, ফলে আবদ্ধ আধারে গ্যাস উৎপন্ন হয়। ঐ গ্যাস অতিরিক্ত বায়ুর সঙ্গে মিশে বিমানের পেছনের দিকে একটি সরু নলের মধ্য দিয়ে প্রচণ্ডবেগে বের হতে থাকে। এই গ্যাস প্রবাহকে জেট (jet) বলে। এর ফলে উৎপন্ন প্রতিক্রিয়া বল বিমানটিকে সমানের দিকে গতিশীল করে। তখন বিমানটি তীব্র গতিতে আকাশ পথে এগিয়ে চলে। জেট বিমানে পেট্রোল ও বায়ুর মিশ্রণকে জ্বালানি হিসেবে ব্যবহার করা হয়। তাই খুব বেশি উঁচুতে যেখানে বায়ুর ঘনত্ব খুব কম সেখানে জেট ইঞ্জিন কাজ করতে পারে না।

রকেট কিভাবে মহাকাশে যায় : রকেটের কার্যনীতি অনেকটা জেট বিমানের মতো। রকেটের দহন কক্ষে পাম্পের সাহায্যে তরল গ্যাসোলিন ও তরল অক্সিজেনের মিশ্রণকে প্রবেশ করানো হয় এবং যান্ত্রিক প্রক্রিয়ায় ঐ জ্বালানিকে জ্বালানো হয়। মিশ্রণটি জ্বললেই অতি উচ্চচাপে গ্যাস উৎপন্ন হয়ে রকেটের নীচের দিকের একটি সরু নলের মধ্য দিয়ে বের হতে থাকে। এর ফলে বিপরীতমুখী যে প্রচণ্ড প্রতিক্রিয়া বলের সৃষ্টি হয়,। সেই প্রতিক্রিয়া বলই রকেটকে তীব্রবেগে মহাকাশে পৌঁছে দেয়।

জেট বিমানকে আবহমণ্ডল থেকে অক্সিজেন সংগ্রহ করতে হয়। যে কারণে জেট বিমান বায়ুমণ্ডলের ওপরে উঠতে পারে না। কিন্তু রকেটের খোলে জ্বালানি ও তরল অক্সিজেন থাকে। তাই রকেট উৎক্ষেপণের জন্য বায়ুর প্রয়োজন হয় না। এছাড়া বায়ুশূন্য উর্ধ্বাকাশে বায়ুর ঘর্ষণজনিত বাধা না থাকায় রকেট তীব্রবেগে ওপরে উঠে মহাকাশে কৃত্রিম উপগ্রহকে স্থাপন করতে পারে।

ক্রিয়া ও প্রতিক্রিয়া সমান ও বিপরীতমুখী হয় কী? উত্তরের সমর্থনে পরীক্ষা দাও।

ক্রিয়া ও প্রতিক্রিয়া সমান ও বিপরীত : ক্রিয়া ও প্রতিক্রিয়া যে সমান ও বিপরীতমুখী, স্প্রিং তুলার সাহায্যে তা দেখানো যায়। দুটি স্প্রিং-তুলা নিয়ে একটির হুকের সঙ্গে অপরটির হুক্ যুক্ত করে বাম ও ডান হাত দিয়ে সমান বলে স্প্রিং-তুলা দুটিকে বিপরীত দিকে টানলে দেখা যাবে স্প্রিং-তুলা দুটির কাঁটা সমান পাঠ নির্দেশ করছে। এবার একটি স্প্রিং-তুলার আংটাকে কোনো দেওয়ালের একটি হুকের সঙ্গে দৃঢ়ভাবে আটকে রেখে অন্য স্প্রিং-তুলাটির অপর প্রান্তের হাতল ধরে টানা হল। দেখা যাবে স্প্রিং তুলা দুটির কাঁটা আগের মতোই সমান পাঠ নির্দেশ করছে। মনে হবে কেউ যেন হাত দিয়ে দেওয়ালে যুক্ত স্প্রিং তুলাটিকে দেওয়ালের দিকে টানছে। অর্থাৎ স্প্রিংয়ের খোলা প্রান্তে প্রযুক্ত বল (বা ক্রিয়া) এর ফলে দেওয়ালে যুক্ত স্প্রিং তুলাটিতে সমান প্রতিক্রিয়া বলের সৃষ্টি হয়েছে। সুতরাং, পরীক্ষাটি থেকে প্রমাণিত হয়—ক্রিয়া ও প্রতিক্রিয়া পরস্পর সমান ও বিপরীতমুখী।

থেমে থাকা বাস হঠাৎ চলতে শুরু করলে যাত্রীরা পিছনের দিকে হেলে পড়ে কেন?

কোনো বাস স্থির অবস্থা থেকে হঠাৎ চলতে শুরু করলে বাসের মধ্যে বসে বা দাঁড়িয়ে থাকা যাত্রীরা পিছনের দিকে হেলে পড়ে। কারণ, বাসটি যখন স্থির থাকে যাত্রীর দেহও তখন স্থির থাকে। এবার বাসটি হঠাৎ চলতে শুরু করলে যাত্রীর পা দুটো গাড়ির সংলগ্ন থাকায় গাড়ির সঙ্গে সামনের দিকে এগিয়ে যায়। কিন্তু তাঁর দেহের ওপরের অংশ স্থিতি জাড্যের জন্য স্থিতাবস্থা বজায় রাখতে চায়। ফলে যাত্রীরা পিছনের দিকে হেলে পড়ে।

চলন্ত গাড়ি হঠাৎ থেমে গেলে গাড়ির যাত্রীরা সামনের দিকে ঝুঁকে পড়ে কেন?

চলন্ত গাড়ি হঠাৎ থেমে গেলে গাড়ির ভেতরের যাত্রীরা সামনের দিকে ঝুঁকে পড়ে। কারণ, গাড়িটি যখন গতিশীল অবস্থায় থাকে, তখন গাড়িটির যাত্রীর দেহের সমস্ত অংশই গাড়ির সঙ্গে সমবেগে থাকে। এবার গাড়িটি হঠাৎ থেমে গেলে যাত্রীর পা দুটো গাড়ির সংলগ্ন বলে হঠাৎ স্থির হয়ে যায়, কিন্তু দেহের ওপরের অংশ গতিজ্যাড্যের দরুন সামনের দিকে কিছুটা এগিয়ে যায়। ফলে যাত্রীরা সামনের দিকে ঝুঁকে পড়ে।