১. তরলের চাপের বৈশিষ্ট্য (Properties of Liquid Pressure)
- তরলের অভ্যন্তরে যেকোনো বিন্দুতে তরল সবদিকে (ঊর্ধ্ব, নিম্ন এবং পার্শ্ব) চাপ প্রয়োগ করে।
- স্থির তরলের মধ্যে কোনো নির্দিষ্ট গভীরতায় সকল বিন্দুতে চাপের মান সমান থাকে।
- তরলের চাপ মূলত তিনটি বিষয়ের উপর নির্ভর করে: বিন্দুর গভীরতা (h), তরলের ঘনত্ব (ρ), এবং ওই স্থানের অভিকর্ষজ ত্বরণ (g)।
- তরলের মধ্যে একই অনুভূমিক তলে অবস্থিত সকল বিন্দুতে চাপের মান সমান হয়।
২. তরলের সমোচ্চশীলতা ধর্ম (Communicating Vessels)
সংজ্ঞা: কয়েকটি ভিন্ন আকারের পাত্রকে যদি পরস্পরের সঙ্গে সংযুক্ত করা হয় এবং তাদের একটিতে তরল ঢালা হয়, তাহলে কিছু সময় পর সব পাত্রেই তরল সমান উচ্চতায় উঠে আসে। তরলের এই ধর্মকে সমোচ্চশীলতা ধর্ম বলে।
- শহরের বাড়ি, হাসপাতাল, এবং কারখানায় জল সরবরাহের জন্য জলের ট্যাংকে উঁচু স্থানে বসানো হয়।
- নদীতে বাঁধ দিয়ে জলবিদ্যুৎ উৎপাদন এবং জমিতে জলসেচ এই ধর্মের উপর নির্ভরশীল।
- আর্টেজীয় কূপ হলো সমোচ্চশীলতা ধর্মের একটি প্রাকৃতিক দৃষ্টান্ত।
৩. বায়ুমণ্ডলীয় চাপ (Atmospheric Pressure)
সংজ্ঞা: ভূপৃষ্ঠের উপর কোনো বিন্দুর চারপাশে একক ক্ষেত্রফলের উপর বায়ুমণ্ডল তার ওজনের জন্য লম্বভাবে যে বল প্রয়োগ করে, তাকে ওই স্থানের বায়ুমণ্ডলীয় চাপ বলে।
চাপ সৃষ্টির কারণ: বায়ুর ওজন আছে, তাই এর চাপ দেওয়ার ক্ষমতাও আছে। পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলকে অনেকগুলো অনুভূমিক স্তরের সমষ্টি হিসেবে ভাবা যায়। প্রতিটি স্তর তার নিচের স্তরের উপর ওজন প্রয়োগ করে, এভাবেই বায়ুমণ্ডলীয় চাপ সৃষ্টি হয়।
প্রমাণ বায়ুমণ্ডলীয় চাপ (Standard Atmospheric Pressure)
সংজ্ঞা: 45° অক্ষাংশে সমুদ্রপৃষ্ঠে 0°C উষ্ণতায় 76 সেমি (বা 760 মিমি) উঁচু পারদস্তম্ভ যে চাপ প্রয়োগ করে, তাকে প্রমাণ বায়ুমণ্ডলীয় চাপ বা 1 atm বলে।
প্রমাণ চাপের মান নির্ণয় (CGS ও SI পদ্ধতিতে)
সূত্র, চাপ (P) = hρg
ক) CGS পদ্ধতিতে:
- উচ্চতা (h) = 76 cm
- পারদের ঘনত্ব (ρ) = 13.6 g/cm³
- অভিকর্ষজ ত্বরণ (g) ≈ 980 cm/s²
P = 76 × 13.6 × 980 ≈ 1.013 × 10⁶ dyne/cm²
খ) SI পদ্ধতিতে:
- উচ্চতা (h) = 76 cm = 0.76 m
- পারদের ঘনত্ব (ρ) = 13.6 × 10³ kg/m³ = 13600 kg/m³
- অভিকর্ষজ ত্বরণ (g) = 9.8 m/s²
P = 0.76 × 13600 × 9.8 ≈ 1.013 × 10⁵ N/m² (বা Pascal)
৪. ব্যারোমিটার (Barometer)
সংজ্ঞা: যে যন্ত্রের সাহায্যে বায়ুমণ্ডলের চাপ মাপা হয়, তাকে ব্যারোমিটার বলে।
প্রকারভেদ: ফর্টিন ব্যারোমিটার, অ্যানিরয়েড ব্যারোমিটার ইত্যাদি।
ব্যারোমিটারের পাঠ ও আবহাওয়ার পূর্বাভাস
- পারদস্তম্ভের উচ্চতা হঠাৎ কমে গেলে - ঝড় বা সাইক্লোনের সম্ভাবনা।
- পারদস্তম্ভের উচ্চতা ধীরে ধীরে কমলে - বৃষ্টির সম্ভাবনা।
- পারদস্তম্ভের উচ্চতা ধীরে ধীরে বাড়লে - আবহাওয়া পরিষ্কার ও শুষ্ক থাকবে।
ব্যারোমিটারে পারদ ব্যবহারের সুবিধা
- পারদ খুব ঘন হওয়ায় অল্প উচ্চতার নল দিয়েই বায়ুর চাপ মাপা যায়।
- পারদ অস্বচ্ছ ও চকচকে হওয়ায় পাঠ নেওয়া সহজ।
- পারদ কাচের গায়ে লেগে থাকে না।
- পারদ সহজে বাষ্পীভূত হয় না (কম উদ্বায়ী)।
- বিশুদ্ধ পারদ সহজেই পাওয়া যায়।
৫. কিছু প্রাকৃতিক ও বৈজ্ঞানিক ঘটনা
উচ্চতার সঙ্গে বায়ুমণ্ডলীয় চাপের পরিবর্তন
ভূপৃষ্ঠ থেকে যত উপরে ওঠা যায়, বায়ুর স্তর তত পাতলা হয় এবং বায়ুর ঘনত্ব কমে। ফলে, উচ্চতা বাড়ার সাথে সাথে বায়ুমণ্ডলীয় চাপ কমতে থাকে। এই কারণে:
- পর্বতারোহীর অক্সিজেন সিলিন্ডার: পাহাড়ের উপরে বায়ুর চাপ ও অক্সিজেনের ঘনত্ব কম থাকায় শ্বাসকষ্ট হয়। তাই পর্বতারোহীরা অক্সিজেন সিলিন্ডার ব্যবহার করেন।
- পাহাড়ি অঞ্চলে প্রেশার কুকার: উচ্চতায় বায়ুর চাপ কম হওয়ায় জলের স্ফুটনাঙ্ক (Boiling Point) 100°C এর নিচে নেমে আসে। ফলে খাবার সহজে সেদ্ধ হয় না। প্রেশার কুকার চাপ বাড়িয়ে স্ফুটনাঙ্ক বৃদ্ধি করে, ফলে রান্না দ্রুত হয়।
টিকটিকি কীভাবে খাড়া দেয়ালে চলে?
টিকটিকির পায়ের তলায় ছোট ছোট বায়ুপূর্ণ ছিদ্র থাকে। দেয়ালে চলার সময় পা দিয়ে চাপ দিয়ে ওই ছিদ্র থেকে বাতাস বের করে দেয়, ফলে একটি শূন্যস্থান তৈরি হয়। বাইরের বায়ুর চাপে পা দেয়ালের সঙ্গে আটকে থাকে, যা টিকটিকিকে চলাচল করতে সাহায্য করে।
জলের বুদবুদ উপরে উঠলে আয়তনে বাড়ে কেন?
জলের গভীরে বুদবুদের উপর মোট চাপ = (বায়ুমণ্ডলীয় চাপ + জলস্তম্ভের চাপ)। যত উপরে ওঠা যায়, জলস্তম্ভের উচ্চতা কমে, ফলে মোট চাপও কমে। বয়েলের সূত্র অনুযায়ী, চাপ কমলে গ্যাসের আয়তন বাড়ে। তাই বুদবুদ উপরে ওঠার সাথে সাথে আয়তনে বড় হতে থাকে।
৬. গাণিতিক সমস্যা ও সমাধান
প্রশ্ন ১: 10 মিটার গভীর একটি পরিষ্কার জলের হ্রদের তলদেশে জলের চাপ কত?
দেওয়া আছে: গভীরতা (h) = 10 m, জলের ঘনত্ব (ρ) = 1000 kg/m³, g = 9.8 m/s²
সূত্র: P = hρg
সমাধান: P = 10 × 1000 × 9.8 = 98,000 Pa
প্রশ্ন ২: কোনো স্থানের বায়ুমণ্ডলীয় চাপ 750 mm Hg হলে SI-তে চাপের পরিমাণ নির্ণয় করো।
দেওয়া আছে: h = 750 mm = 0.75 m, পারদের ঘনত্ব (ρ) = 13.6 × 10³ kg/m³, g = 9.8 m/s²
সূত্র: P = hρg
সমাধান: P = 0.75 × (13.6 × 10³) × 9.8 = 99,960 Pa ≈ 1.0 × 10⁵ Pa
প্রশ্ন ৩: 77 কেজি ভরের একজন লোক তার 4 সেমি ব্যাসের গোড়ালির ওপর দাঁড়ালে মাটিতে কত চাপ পড়বে?
ধাপ ১: বল নির্ণয় (F): F = mg = 77 kg × 9.8 m/s² = 754.6 N
ধাপ ২: ক্ষেত্রফল নির্ণয় (A): ব্যাস (d) = 4 cm = 0.04 m, ব্যাসার্ধ (r) = 0.02 m.
A = πr² = 3.14 × (0.02)² = 0.001256 m²
ধাপ ৩: চাপ নির্ণয় (P): P = F/A = 754.6 / 0.001256 ≈ 6,00,796 Pa ≈ 6.01 × 10⁵ Pa
প্রশ্ন ৪: চোঙাকৃতি একটি বস্তুর ভর 70kg এবং ভূমির ব্যাস 8 সেমি। বস্তুটি মাটিতে কতটা চাপ প্রয়োগ করবে?
ধাপ ১: বল নির্ণয় (F): F = mg = 70 kg × 9.8 m/s² = 686 N
ধাপ ২: ক্ষেত্রফল নির্ণয় (A): ব্যাস (d) = 8 cm = 0.08 m, ব্যাসার্ধ (r) = 0.04 m.
A = πr² = 3.14 × (0.04)² = 0.005024 m²
ধাপ ৩: চাপ নির্ণয় (P): P = F/A = 686 / 0.005024 ≈ 1,36,544 Pa ≈ 1.37 × 10⁵ Pa