পদার্থ বিজ্ঞান ১ম পত্র • Chattogram Board • চট্টগ্রাম বোর্ড ২০২৩

পদার্থ বিজ্ঞান ১ম পত্র প্রশ্ন

ঘূর্ণনরত বস্তুর ব্যাসার্ধ ভেক্টর,  r⃗=(2ı^+2ȷ^−k^)m\vec{r}=(2 \hat{\imath}+2 \hat{\jmath}-\hat{k}) \mathrm{m} এবং বল,  F⃗=(ı^+4ȷ^−3k^)N\vec{F}=(\hat{\imath}+4 \hat{\jmath}-3 \hat{k}) \mathrm{N} বস্তুটি শুরুতে 200 rpm এ ঘুরতে ছিল। অতপর উক্ত বল 3s ব্যাপি প্রয়োগ করা হলো।

  1. ক)

    সংঘর্ষ কাকে বলে?

    (1)
  2. খ)

    গতিশীল লিফটে বস্তুর কার্যকর ওজনের তারতম্য ব্যাখ্যা কর।

    (2)
  3. গ)

    বস্তুর উপর ক্রিয়াশীল টর্কের মান বের কর ।

    (3)
  4. ঘ)

    বল প্রয়োগের পূর্বের ও পরের পর্যায়কালের তুলনা কর।

    (4)

উত্তর ও ব্যাখ্যা

  1. ক)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর

    খুব অল্প সময়ের জন্য অত্যন্ত তীব্র মানের বল কোনো বস্তুর উপর প্রযুক্ত হয়ে এদের মধ্যে যে পারস্পরিক মিথস্ক্রিয়া ঘটে, তাকে সংঘর্ষ বলে।

  2. খ)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর

    গতিশীল লিফটে আপাত বা কার্যকর ওজনের তারতম্য লিফটের ত্বরণের দিকের ওপর নির্ভর করে।

    যদি mm ভরের কোনো ব্যক্তি একটি লিফটে অবস্থান করেন এবং লিফটটি aa ত্বরণে উপরের দিকে উঠতে থাকে, তবে লিফটের মেঝের ঊর্ধ্বমুখী প্রতিক্রিয়া বল হয় R=m(g+a)R = m(g + a)। ফলে ব্যক্তি নিজেকে স্বাভাবিকের চেয়ে ভারী মনে করেন।
    বিপরীতভাবে, লিফটটি aa ত্বরণে নিচের দিকে নামলে কার্যকর প্রতিক্রিয়া বল হয় R=m(g−a)R = m(g - a), ফলে ব্যক্তি নিজেকে হালকা মনে করেন। কিন্তু লিফটটি যদি সমবেগে (ত্বরণ a=0a = 0) গতিশীল থাকে, তবে R=mgR = mg হয়, অর্থাৎ ওজনের কোনো পরিবর্তন অনুভূত হয় না।

  3. গ)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর

    দেওয়া আছে,
    ব্যাসার্ধ ভেক্টর, r⃗=(2ı^+2ȷ^−k^) m\vec{r} = (2\hat{\imath} + 2\hat{\jmath} - \hat{k})\text{ m}
    প্রযুক্ত বল, F⃗=(ı^+4ȷ^−3k^) N\vec{F} = (\hat{\imath} + 4\hat{\jmath} - 3\hat{k})\text{ N}

    আমরা জানি, টর্ক τ⃗=r⃗×F⃗\vec{\tau} = \vec{r} \times \vec{F}
    τ⃗=∣ı^ȷ^k^22−114−3∣\vec{\tau} = \begin{vmatrix} \hat{\imath} & \hat{\jmath} & \hat{k} \\ 2 & 2 & -1 \\ 1 & 4 & -3 \end{vmatrix}
    =ı^{2(−3)−(−1)(4)}−ȷ^{2(−3)−(−1)(1)}+k^{2(4)−2(1)}= \hat{\imath}\{2(-3) - (-1)(4)\} - \hat{\jmath}\{2(-3) - (-1)(1)\} + \hat{k}\{2(4) - 2(1)\}
    =ı^(−6+4)−ȷ^(−6+1)+k^(8−2)= \hat{\imath}(-6 + 4) - \hat{\jmath}(-6 + 1) + \hat{k}(8 - 2)
    =−2ı^+5ȷ^+6k^ N⋅m= -2\hat{\imath} + 5\hat{\jmath} + 6\hat{k}\text{ N}\cdot\text{m}

    অতএব, ক্রিয়াশীল টর্কের মান:
    ∣τ⃗∣=(−2)2+52+62|\vec{\tau}| = \sqrt{(-2)^2 + 5^2 + 6^2}
    =4+25+36=65≈8.062 N⋅m= \sqrt{4 + 25 + 36} = \sqrt{65} \approx 8.062\text{ N}\cdot\text{m}

    সুতরাং, বস্তুর উপর ক্রিয়াশীল টর্কের মান 8.062 N⋅m8.062\text{ N}\cdot\text{m} (বা 65 N⋅m\sqrt{65}\text{ N}\cdot\text{m})।

  4. ঘ)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর

    দেওয়া আছে,
    বস্তুর ভর, m=20 gm=0.02 kgm = 20\text{ gm} = 0.02\text{ kg}
    ব্যাসার্ধ ভেক্টরের মান, r=∣r⃗∣=22+22+(−1)2=4+4+1=3 mr = |\vec{r}| = \sqrt{2^2 + 2^2 + (-1)^2} = \sqrt{4 + 4 + 1} = 3\text{ m}

    বস্তুটির ঘূর্ণন অক্ষের সাপেক্ষে জড়তার ভ্রামক,
    I=mr2=0.02×(3)2=0.18 kg⋅m2I = mr^2 = 0.02 \times (3)^2 = 0.18\text{ kg}\cdot\text{m}^2

    'গ' থেকে পাই, টর্কের মান τ=65≈8.062 N⋅m\tau = \sqrt{65} \approx 8.062\text{ N}\cdot\text{m}
    সুতরাং, কৌণিক ত্বরণ α=τI=8.0620.18≈44.79 rad/s2\alpha = \frac{\tau}{I} = \frac{8.062}{0.18} \approx 44.79\text{ rad/s}^2

    আদি ঘূর্ণন সংখ্যা, N1=200 rpmN_1 = 200\text{ rpm}
    আদি কৌণিক বেগ, ω1=2πN160=2π×20060≈20.944 rad/s\omega_1 = \frac{2\pi N_1}{60} = \frac{2\pi \times 200}{60} \approx 20.944\text{ rad/s}

    অতএব, বল প্রয়োগের পূর্বে বস্তুর পর্যায়কাল:
    T1=2πω1=60200=0.3 sT_1 = \frac{2\pi}{\omega_1} = \frac{60}{200} = 0.3\text{ s}

    t=3 st = 3\text{ s} সময়ব্যাপী বল প্রয়োগের পর বস্তুর শেষ কৌণিক বেগ:
    ω2=ω1+αt\omega_2 = \omega_1 + \alpha t
    =20.944+(44.79×3)= 20.944 + (44.79 \times 3)
    =20.944+134.37=155.314 rad/s= 20.944 + 134.37 = 155.314\text{ rad/s}

    অতএব, বল প্রয়োগের পরের পর্যায়কাল:
    T2=2πω2=2×3.1416155.314≈0.0405 sT_2 = \frac{2\pi}{\omega_2} = \frac{2\times 3.1416}{155.314} \approx 0.0405\text{ s}

    তুলনা:
    T1T2=0.30.0405≈7.41\frac{T_1}{T_2} = \frac{0.3}{0.0405} \approx 7.41
    অর্থাৎ, T1≈7.41 T2T_1 \approx 7.41\, T_2

    সুতরাং, বল প্রয়োগের পূর্বের পর্যায়কাল পরের পর্যায়কালের তুলনায় প্রায় ৭.৪১ গুণ বেশি ছিল (অথবা বল প্রয়োগের পর পর্যায়কাল উল্লেখযোগ্য হারে হ্রাস পায়)।

আরও প্রশ্ন অনুশীলন করতে অ্যাপে যাও

সম্পর্কিত প্রশ্ন