বলবিদ্যা, শক্তির উৎস ও পরিমাপ: বল, কাজ, ক্ষমতা, গতি ও নবায়নযোগ্য শক্তি | বিসিএস ও চাকরির বিজ্ঞান

For competitive job exams (BCS, Bank, Primary), mastering বলবিদ্যা কাজ ক্ষমতা ও শক্তি is essential for scoring high. In this comprehensive study guide, all core rules, classification charts, and solved previous exam questions of বলবিদ্যা কাজ ক্ষমতা ও শক্তি are explained below.

পদার্থবিজ্ঞানের সবচেয়ে প্রাচীন ও ভিত্তিমূলক শাখা হলো বলবিদ্যা (Mechanics)। এটি বস্তুর স্থিতি, গতি এবং এদের ওপর ক্রিয়ারত বল ও শক্তির রূপান্তর নিয়ে আলোচনা করে। বিসিএস ও পিএসসির পরীক্ষায় এখান থেকে গাণিতিক একক, সূত্র এবং বাস্তব জীবনের প্রয়োগভিত্তিক প্রশ্ন বারবার আসে।

১. বলবিদ্যা কাজ ক্ষমতা ও শক্তি: নিউটনের গতির সূত্রাবলী (Newton’s Laws of Motion)

বিজ্ঞানী স্যার আইজ্যাক নিউটন ১৬৮৭ সালে তাঁর অমর গ্রন্থ ‘Philosophiae Naturalis Principia Mathematica’-তে গতির তিনটি মৌলিক সূত্র প্রকাশ করেন।

প্রথম সূত্র (জড়তা ও বলের সংজ্ঞা):

• বিবৃতি: বাহ্যিক বল প্রয়োগ না করলে স্থির বস্তু চিরকাল স্থির থাকবে এবং গতিশীল বস্তু সুষম দ্রুতিতে সরলরেখায় চলতে থাকবে।
• জড়তা (Inertia): বস্তুর নিজের আদি অবস্থা বজায় রাখার যে স্বাভাবিক প্রবণতা। জড়তার পরিমাপক হলো ভর (Mass)।
• স্থিতিজড়তা: বাস হঠাৎ চলতে শুরু করলে যাত্রীরা পেছনের দিকে হেলে পড়ে।
• গতিজড়তা: চলন্ত বাস হঠাৎ ব্রেক কষলে যাত্রীরা সামনের দিকে ঝুঁকে পড়ে।

দ্বিতীয় সূত্র (বলের পরিমাপ ও ভরবেগ):

• বিবৃতি: বস্তুর ভরবেগের পরিবর্তনের হার তার ওপর প্রযুক্ত বলের সমানুপাতিক এবং বল যেদিকে ক্রিয়া করে ভরবেগের পরিবর্তনও সেদিকে ঘটে।
• সূত্র: $F = ma$ (যেখানে $F$ = বল, $m$ = ভর, $a$ = ত্বরণ)।
• একক: বলের এসআই (SI) একক হলো নিউটন (Newton, N)।
• $1 \text{ N} = 1 \text{ kg}\cdot\text{m/s}^2$। সিজিএস একক ডাইন ($1 \text{ N} = 10^5 \text{ Dyne}$)।

তৃতীয় সূত্র (ক্রিয়া ও প্রতিক্রিয়া):

• বিবৃতি: প্রত্যেক ক্রিয়ারই একটি সমান ও বিপরীত প্রতিক্রিয়া আছে।
• বাস্তব প্রয়োগ:
• বন্দুক থেকে গুলি ছুড়লে বন্দুকের পেছনে ধাক্কা দেওয়া।
• নৌকার দাঁড় টানা বা রকেট ও জেট বিমানের সামনের দিকে ছুটে চলা।
• মাটিতে হাঁটা (পায়ের চাপ = ক্রিয়া, মাটির পাল্টা ধাক্কা = প্রতিক্রিয়া)।

– ১ম সূত্র ➔ বলের গুণগত সংজ্ঞা ও জড়তার ধারণা (Inertia)

– ২য় সূত্র ➔ বলের পরিমাণগত সূত্র ($F = ma$) ও ভরবেগের সংরক্ষণ

– ৩য় সূত্র ➔ রকেট উৎক্ষেপণ ও সমান-বিপরীত প্রতিক্রিয়া ($Action = -Reaction$)

২. মহাকর্ষ ও অভিকর্ষ (Gravitation & Gravity)

• মহাকর্ষ: মহাবিশ্বের যেকোনো দুটি বস্তুর মধ্যকার পারস্পরিক আকর্ষণ বল।
• নিউটনের মহাকর্ষ সূত্র: $F = G \frac{m_1 m_2}{d^2}$
• $G$ হলো মহাকর্ষীয় ধ্রুবক, যার মান $6.673 \times 10^{-11} \text{ N}\cdot\text{m}^2/\text{kg}^2$।
• অভিকর্ষ: পৃথিবী এবং অন্য যেকোনো বস্তুর মধ্যকার আকর্ষণ বল।
• অভিকর্ষজ ত্বরণ ($g$): ভূপৃষ্ঠে মুক্তভাবে পড়ন্ত কোনো বস্তুর বেগ বৃদ্ধির হার। আদর্শ মান $9.8 \text{ m/s}^2$।
• $g$-এর মানের ভিন্নতা:
• মেরু অঞ্চলে (পৃথিবীর ব্যাসার্ধ কম): $g$-এর মান সর্বোচ্চ ($9.832 \text{ m/s}^2$)।
• বিষুবীয় বা নিরক্ষীয় অঞ্চলে: $g$-এর মান সর্বনিম্ন ($9.780 \text{ m/s}^2$)।
• পৃথিবীর কেন্দ্রে: $g$-এর মান শূন্য ($0$), অর্থাৎ কেন্দ্রে বস্তুর কোনো ওজন থাকে না।
• চাঁদে $g$-এর মান: পৃথিবীর মানের ছয় ভাগের এক ভাগ ($\frac{1}{6}$)।

—

৩. কাজ, ক্ষমতা ও শক্তি (Work, Power & Energy)

১. কাজ (Work):

• বল প্রয়োগের ফলে বস্তুর সরণ ঘটলে কাজ সম্পন্ন হয়: $W = F \times s \times \cos\theta$।
• এসআই একক: জুল (Joule, J)। বল প্রয়োগ সত্ত্বেও সরণ না হলে কাজের মান শূন্য।

২. ক্ষমতা (Power):

• কাজ করার হারকে ক্ষমতা বলে: $P = \frac{W}{t}$।
• এসআই একক: ওয়াট (Watt, W) বা জুল/সেকেন্ড।
• অশ্বক্ষমতা (Horsepower – HP): $1 \text{ HP} = 746 \text{ Watt}$।

৩. শক্তি ও শক্তির সংরক্ষণশীলতা:

• শক্তি অবিনশ্বর; একে ধ্বংস বা সৃষ্টি করা যায় না, কেবল এক রূপ থেকে অন্য রূপে পরিবর্তিত হয়।
• গতিশক্তি (Kinetic Energy): $E_k = \frac{1}{2}mv^2$ (বেগ দ্বিগুণ হলে গতিশক্তি চারগুণ হয়)।
• বিভবশক্তি (Potential Energy): $E_p = mgh$।

—

৪. শক্তির উৎস: নবায়নযোগ্য বনাম অনবায়নযোগ্য

• নবায়নযোগ্য শক্তি (Renewable Energy): যে শক্তি বারবার ব্যবহার করা যায় এবং কখনোই নিঃশেষ হয় না।
• সৌরশক্তি (সোলার প্যানেল ফটোইলেকট্রিক প্রভাবে কাজ করে)।
• বায়ুশক্তি (উইন্ড টারবাইন)।
• জলবিদ্যুৎ (কাপ্তাই জলবিদ্যুৎ কেন্দ্র—পানির বিভবশক্তিকে গতিশক্তিতে রূপান্তর করে টারবাইন ঘোরানো হয়)।
• বায়োগ্যাস (প্রধান উপাদান: মিথেন ৬৫%, কার্বন ডাই-অক্সাইড ৩৫%)।
• ভূ-তাপীয় ও জোয়ার-ভাটার শক্তি।
• অনবায়নযোগ্য শক্তি: কয়লা, পেট্রোলিয়াম, প্রাকৃতিক গ্যাস ও ইউরেনিয়াম।

—

বিগত বিসিএস ও চাকরির প্রশ্নব্যাংক

১. চলন্ত বাস ব্রেক করলে যাত্রীরা সামনের দিকে ঝুঁকে পড়ে কেন?

• উত্তর: গতিজড়তার কারণে [৪৪তম বিসিএস, ৩২তম বিসিএস]।

২. ১ অশ্বক্ষমতা (Horsepower) সমান কত ওয়াট?

• উত্তর: ৭৪৬ ওয়াট [৪৩তম বিসিএস, ২৬তম বিসিএস]।

৩. পৃথিবীর কেন্দ্রে কোনো বস্তুর ওজন কত?

• উত্তর: শূন্য [৪১তম বিসিএস, ৩৫তম বিসিএস]।

৪. চাঁদে নিয়ে গেলে কোনো বস্তুর ওজনের কী পরিবর্তন হবে?

• উত্তর: ওজন কমে যাবে (পৃথিবীর ওজনের ১/৬ অংশ হবে) [৩৯তম বিসিএস]।

৫. বায়োগ্যাসের প্রধান উপাদান কী?

• উত্তর: মিথেন গ্যাস (CH4) [৪০তম বিসিএস, ৩৭তম বিসিএস]।