মহাকর্ষ ও অভিকর্ষ — বহুনির্বাচনি প্রশ্ন ও সমাধান
HSC পদার্থবিজ্ঞান ১ম পত্রের ৬ষ্ঠ অধ্যায়। এখানে ৬৮৪টি প্রশ্ন আছে — বোর্ড, ঢাবি, বুয়েট আর মেডিকেল ভর্তি পরীক্ষা থেকে বাছাই করা, প্রতিটার নিচে পূর্ণ ব্যাখ্যা দেওয়া। উত্তর দেখার আগে নিজে একবার চেষ্টা করে নিও।
-
৪৬১
সূর্য থেকে পৃথিবীর গড় দূরত্ব কমে গেলে বছরের দৈর্ঘ্য-
- ক স্থির থাকবে
- খ কমে যাবে
- গ অসীম হবে
- ঘ বেড়ে যাবে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) কমে যাবে
কেপলারের তৃতীয় সূত্র: গ্রহের পর্যায়কালের বর্গ সূর্য থেকে গড় দূরত্বের ঘনের সমানুপাতিক, T2 ∝ r3, T = 2πr3GM।
সূর্য থেকে গড় দূরত্ব কমলে T কমে, অর্থাৎ বছরের দৈর্ঘ্য কমে যাবে; দূরত্ব 4 গুণ হলে পর্যায়কাল 8 গুণ হয়।
বুধের বছর 88 দিন, পৃথিবীর 365.25 দিন, মঙ্গলের প্রায় 687 দিন, সূর্য থেকে যত দূরে, বছর তত দীর্ঘ। কক্ষীয় বেগ v = GMr দূরত্ব কমলে বাড়ে।
কেপলারের প্রথম সূত্র: কক্ষপথ উপবৃত্ত, সূর্য একটি ফোকাসে; দ্বিতীয় সূত্র: ক্ষেত্রফলের হার ধ্রুব (কৌণিক ভরবেগের সংরক্ষণ)। -
৪৬২
পৃথিবীর মুক্তিবেগ কত?
- ক 0.112 kms−1
- খ 11.2 kms−1
- গ 112 kms−1
- ঘ 0.9 kms−1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 11.2 kms−1
এখানে, g = 9.8 ms−2, R = 6.4 × 106 m
ve = 2gR = 2 × 9.8 × 6.4 × 106 = 1.12 × 104 ms−1 = 11.2 kms−1
(ve = 2GMR = 2 × v0, v0 = 7.9 kms−1; মুক্তিবেগ বস্তুর ভর-নিরপেক্ষ) -
৪৬৩
মঙ্গল গ্রহের ব্যাস 6000 km। এর পৃষ্ঠে g এর মান 3.8 ms−2 হলে মঙ্গল গ্রহ থেকে কোন বস্তুর মুক্তি বেগ কত?
- ক 9.7 kms−1
- খ 4.77 kms−1
- গ 3.77 kms−1
- ঘ 11.2 kms−1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 4.77 kms−1
এখানে, R = 60002 = 3000 km = 3 × 106 m, g = 3.8 ms−2
ve = 2gR = 2 × 3.8 × 3 × 106 = 2.28 × 107 = 4775 ms−1 ≈ 4.77 kms−1 -
৪৬৪
নিচের কোন তথ্যটি সঠিক?
- ক নিরক্ষীয় অঞ্চলে g এর মান সর্বাধিক
- খ পৃথিবীর অভ্যন্তরে নামলে g এর মান বাড়ে
- গ নিরক্ষীয় অঞ্চলে g এর মান সর্বনিম্ন
- ঘ মেরু অঞ্চলে g এর মান সর্বনিম্ন
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) নিরক্ষীয় অঞ্চলে g এর মান সর্বনিম্ন
পৃথিবীর আবর্তন ও অক্ষীয় চাপ্টা আকৃতির (মেরুতে ব্যাসার্ধ কম, নিরক্ষে বেশি) কারণে g অক্ষাংশের সাথে বদলায়: নিরক্ষীয় অঞ্চলে g সর্বনিম্ন (≈ 9.78 ms−2), মেরুতে সর্বাধিক (≈ 9.83 ms−2)।
অক্ষাংশ λ-তে gλ = gমেরু − ω2R cos2λ; পৃথিবীর আবর্তন থেমে গেলে নিরক্ষে g বাড়ে ω2R ≈ 0.034 ms−2।
পৃথিবীর অভ্যন্তরে d গভীরতায় g' = g(1 − dR), নিচে নামলে g কমে, কেন্দ্রে শূন্য।
h উচ্চতায় g' = g(1 − 2hR) (h ≪ R), উপরে উঠলেও g কমে। -
৪৬৫
কোন বস্তুর ভর ভূপৃষ্ঠে 75 kg হলে চাঁদে এর ভর কত?
- ক 70 kg
- খ 14 kg
- গ 75 kg
- ঘ 280 kg
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 75 kg
ভর বস্তুর জড়তার পরিমাপ, বস্তুর মধ্যকার পদার্থের পরিমাণ; স্থান পরিবর্তনে (পৃথিবী, চাঁদ, মহাশূন্য) ভর অপরিবর্তিত থাকে। তাই চাঁদেও ভর 75 kg।
ওজন W = mg, বল, স্থানভেদে বদলায়; চাঁদে g ≈ 1.62 ms−2 (পৃথিবীর প্রায় 16), তাই ওজন হয় 75 × 1.62 ≈ 122 N (পৃথিবীতে 735 N)।
ভর স্কেলার, একক kg, নিক্তিতে মাপা হয়; ওজন ভেক্টর, একক N, স্প্রিং নিক্তিতে মাপা হয়। -
৪৬৬
চাঁদের মুক্তি বেগ কত?
- ক 11.2 kmsec
- খ 2.4 kmsec
- গ 4.3 kmsec
- ঘ 5 kmsec
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 2.4 kmsec
মুক্তি বেগ ve = 2GMR = 2gR, বস্তুর ভরের উপর নির্ভর করে না।
এখানে, চাঁদে g = 1.62 ms−2, R = 1.74 × 106 m
ve = 2 × 1.62 × 1.74 × 106 = 5.64 × 106 ≈ 2.37 × 103 ms−1 ≈ 2.4 km/s
পৃথিবীর মুক্তি বেগ 11.2 km/s; চাঁদের মুক্তি বেগ কম বলে গ্যাস অণুর rms বেগের তুলনায় ধরে রাখতে পারে না, তাই বায়ুমণ্ডল নেই। -
৪৬৭
পৃথিবী থেকে 50 m উচ্চতা থেকে একটি বস্তুকে ন্যূনতম কত বেগে নিক্ষেপ করলে মহাশূন্যে চলে যাবে?
- ক 11.2 km/s বেগে
- খ 11.2 km/s এর বেশি বেগ দিতে হবে
- গ 11.2 km/s এর কম বেগ দিতে হবে
- ঘ None
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 11.2 km/s এর কম বেগ দিতে হবে
মুক্তি বেগ ve = 2GMR = 2gR ≈ 11.2 km/s, ভূপৃষ্ঠ থেকে।
h উচ্চতা থেকে ve = 2GMR + h, উচ্চতা বাড়লে মুক্তি বেগ সামান্য কমে; 50 m উচ্চতায় মান 11.2 km/s এর সামান্য কম (11.19996 km/s)।
মুক্তি বেগ নিক্ষিপ্ত বস্তুর ভর বা নিক্ষেপের দিকের উপর নির্ভর করে না; ve = 2 × v0 (v0 = ভূপৃষ্ঠের কাছে কক্ষীয় বেগ ≈ 7.9 km/s)। -
৪৬৮
পৃথিবীর কোন অক্ষাংশের অভিকর্ষজ ত্বরণের মানকে আদর্শমান ধরা হয়?
- ক 54° অক্ষাংশে
- খ 23° অক্ষাংশে
- গ 90° অক্ষাংশে
- ঘ 45° অক্ষাংশে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 45° অক্ষাংশে
অভিকর্ষজ ত্বরণ g অক্ষাংশের সাথে বদলায়, বিষুবরেখায় সর্বনিম্ন (9.78 ms−2), মেরুতে সর্বোচ্চ (9.83 ms−2)। কারণ পৃথিবীর আবর্তন ও উপবৃত্তাকার আকৃতি (বিষুবীয় ব্যাসার্ধ 21 km বেশি)।
45° অক্ষাংশে সমুদ্র সমতলে g-এর মান 9.80665 ms−2, এটিই আদর্শ মান (standard g)।
gφ = g0 − ω2R cos2φ; বিষুবরেখায় ω2R ≈ 0.034 ms−2।
ঢাকায় g ≈ 9.78 ms−2; উচ্চতা h-এ g' = g(1 − 2hR), গভীরতা d-এ g' = g(1 − dR)। -
৪৬৯
সার্বজনীন ধ্রুবক G এর মান কত?
- ক 6.67 × 10−11 Nm−2kg−2
- খ 6.67 × 10−17 Nm2kg−2
- গ 6.67 × 10−11 Nm2kg−2
- ঘ 6.67 × 10−12 Nm2kg−2
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 6.67 × 10−11 Nm2kg−2
সার্বজনীন মহাকর্ষীয় ধ্রুবক G = 6.67 × 10−11 N m2 kg−2 (বা m3 kg−1 s−2), মাত্রা M−1L3T−2।
F = Gm1m2r2 থেকে G = Fr2m1m2: 1 kg ভরের দুটি বস্তু 1 m দূরত্বে থাকলে তাদের মধ্যকার আকর্ষণ বল G এর সমান।
G এর মান স্থান, মাধ্যম, বস্তুর প্রকৃতি ও তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে না; ক্যাভেন্ডিশ 1798 সালে মোচড় তুলাযন্ত্রে এর মান নির্ণয় করেন।
g = GMR2, g স্থানভেদে বদলায়, G বদলায় না। -
৪৭০
মহাকর্ষীয় ধ্রুবকের মাত্রা সমীকরণ কোনটি?
- ক [ML3T−2]
- খ [M−1T−2L3]
- গ [M−1T−2L−3]
- ঘ [MT−2L3]
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) [M−1T−2L3]
F = Gm1m2r2 ⇒ G = Fr2m1m2
[G] = [MLT−2]L2M2 = [M−1L3T−2]
G = 6.67 × 10−11 N m2 kg−2, একক N m2 kg−2 বা m3 kg−1 s−2 -
৪৭১
একক ভরের দুটি বস্তু কণা একক দূরত্বে পরস্পরকে যে বল দ্বারা আকর্ষণ করে সেটি হলো-
- ক অভিকর্ষজ ত্বরণ
- খ মহাকর্ষীয় ধ্রুবক
- গ একক বল
- ঘ প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবক
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) মহাকর্ষীয় ধ্রুবক
নিউটনের মহাকর্ষ সূত্র: F = Gm1m2r2; m1 = m2 = 1 kg এবং r = 1 m হলে F = G।
সুতরাং একক ভরের দুটি কণা একক দূরত্বে পরস্পরকে যে বলে আকর্ষণ করে তার মান মহাকর্ষীয় ধ্রুবক G-এর সমান।
G = 6.673 × 10−11 Nm2kg−2, মাত্রা M−1L3T−2; এটি সার্বজনীন ধ্রুবক, মাধ্যম, তাপমাত্রা বা স্থানের উপর নির্ভর করে না।
G প্রথম পরীক্ষাগারে নির্ণয় করেন হেনরি ক্যাভেন্ডিশ (1798); অভিকর্ষজ ত্বরণ g = GMR2 স্থানভেদে বদলায়। -
৪৭২
দুইটি বস্তুর মধ্যে দূরত্ব চারগুণ বৃদ্ধি পেলে অভিকর্ষ বল হবে-
- ক চারভাগের একভাগ
- খ চারগুন
- গ ষোলভাগের একভাগ
- ঘ ষোলগুণ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) ষোলভাগের একভাগ
এখানে, r2 = 4r1 (দূরত্ব চারগুণ হলো)
F = Gm1m2r2 ⇒ F ∝ 1r2
F2F1 = (r1r2)2 = (14)2 = 116, অর্থাৎ বল ষোলভাগের একভাগ হয়।
শর্টকাট: দূরত্ব n গুণ হলে বল 1n2 গুণ; দূরত্ব অর্ধেক হলে বল 4 গুণ। -
৪৭৩
ভূ-পৃষ্ঠে এক ব্যক্তির ওজন 50 N। কত উচ্চতায় গেলে তার ওজন অর্ধেক হবে?
- ক 2650 km
- খ 1600 km
- গ 3200 km
- ঘ 6400 km
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 2650 km
এখানে, R = 6400 km, W' = W2 অর্থাৎ g' = g2
g' = gR2(R + h)2 ⇒ (R + h)2 = 2R2 ⇒ R + h = 2 R
h = (2 − 1)R = 0.414 × 6400 ≈ 2650 km
এখানে h ≪ R নয়, তাই g' = g(1 − 2hR) আসন্ন সূত্র খাটবে না।
শর্টকাট: ওজন n ভাগের এক ভাগ হলে h = (n − 1)R; অর্ধেকে 0.414R, এক-চতুর্থাংশে h = R। -
৪৭৪
চন্দ্র ও পৃথিবীর দূরত্ব যদি দ্বিগুণ হয়, তবে তাদের মধ্যে মহাকর্ষ বল পূর্বের তুলনায়-
- ক দ্বিগুণ হবে
- খ চারভাগের একভাগ হবে
- গ অর্ধেক হবে
- ঘ চারগুণ হবে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) চারভাগের একভাগ হবে
এখানে, F = GMmr2, দূরত্ব r' = 2r
F' = GMm(2r)2 = GMm4r2 = F4
অর্থাৎ মহাকর্ষ বল পূর্বের চারভাগের একভাগ হবে। -
৪৭৫
অভিকর্ষজ ত্বরণ 'g'-এর বেলায় সঠিক নয় কোনটি?
- ক পৃথিবীর কেন্দ্রে g-এর মান শূন্য
- খ বিষুবীয় অঞ্চলে g-এর মান 9.78 ms−2
- গ অক্ষাংশ বাড়লে g বাড়ে
- ঘ মেরু অঞ্চলে g-এর মান সবচেয়ে কম
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) মেরু অঞ্চলে g-এর মান সবচেয়ে কম
মেরু অঞ্চলে g-এর মান সবচেয়ে কম নয়, বরং সবচেয়ে বেশি (≈ 9.832 ms−2)।
পৃথিবীর কেন্দ্রে g = 0, বিষুবীয় অঞ্চলে g ≈ 9.78 ms−2 (সর্বনিম্ন)।
gλ = g − ω2R cos2λ অনুযায়ী অক্ষাংশ বাড়লে g বাড়ে।
মেরুতে ব্যাসার্ধ কম এবং ঘূর্ণনের প্রভাব শূন্য বলে g সর্বাধিক। -
৪৭৬
প্রতিটি গ্রহের পর্যায়কালের বর্গ সূর্য হতে ঐ গ্রহের গড় দূরত্বের ঘনফলের সমানুপাতিক। নিচের কোন বিজ্ঞানী সূত্রটির প্রবক্তা?
- ক টলেমী
- খ কোপার্নিকাস
- গ টাইকো ব্রাহে
- ঘ কেপলার
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) কেপলার
কেপলারের গ্রহীয় গতির তিনটি সূত্র (টাইকো ব্রাহের পর্যবেক্ষণ তথ্য বিশ্লেষণ করে):
1) কক্ষপথ সূত্র, প্রতিটি গ্রহ সূর্যকে একটি ফোকাসে রেখে উপবৃত্তাকার পথে ঘোরে।
2) ক্ষেত্রফল সূত্র, সূর্য ও গ্রহের সংযোগ রেখা সমান সময়ে সমান ক্ষেত্রফল অতিক্রম করে (কৌণিক ভরবেগ সংরক্ষণ)।
3) পর্যায়কাল সূত্র, T2 ∝ r3, অর্থাৎ T2r3 সব গ্রহের জন্য সমান; নিউটন এ সূত্র থেকেই মহাকর্ষের বর্গের ব্যস্তানুপাত পান।
কোপার্নিকাস সৌরকেন্দ্রিক মডেল, টলেমি ভূকেন্দ্রিক মডেল দেন। -
৪৭৭
দুইটি সার্বিকভাবে একইরূপে মহাশূন্যযান A ও B মুক্তভাবে পৃথিবীর দিকে নামছে। B এর চেয়ে A পৃথিবীর কাছে হলে কোন তথ্যটি সঠিক নয়?
- ক A এর ওজন > B এর ওজন
- খ A এর ভর = B এর ভর
- গ A এর ত্বরণ = B এর ত্বরণ
- ঘ মহাশূন্যযানের নভোচারীগণ ওজনহীনতা অনুভব করবে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) A এর ত্বরণ = B এর ত্বরণ
মহাকর্ষ বল F = GMmr2, পৃথিবীর কাছে থাকায় A-এর ওজন ও ত্বরণ (g = GMr2) দুটোই B-এর চেয়ে বেশি; ত্বরণ সমান নয়।
ভর বস্তুর নিজস্ব ধর্ম, অবস্থানে বদলায় না; A ও B-এর ভর সমান।
মুক্তভাবে পড়ন্ত যানে নভোচারীর উপর লম্ব প্রতিক্রিয়া শূন্য, তাই ওজনহীনতা অনুভূত হয়।
ভূ-পৃষ্ঠ থেকে h উচ্চতায় g' = gR2(R + h)2 -
৪৭৮
অভিকর্ষজ ত্বরণ 'g' সংক্রান্ত নিম্নের কোন তথ্যটি সঠিক নয়?
- ক পৃথিবীর অভ্যন্তরে কমে
- খ ভূ-পৃষ্ঠ থেকে উপরে গেলে বৃদ্ধি পায়
- গ পৃথিবীর কেন্দ্রে শূন্য
- ঘ ভূ-পৃষ্ঠে সর্বোচ্চ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) ভূ-পৃষ্ঠ থেকে উপরে গেলে বৃদ্ধি পায়
ভূ-পৃষ্ঠ থেকে h উচ্চতায় g' = g(1 − 2hR), অর্থাৎ উপরে গেলে g কমে, বাড়ে না।
পৃথিবীর অভ্যন্তরে d গভীরতায় g' = g(1 − dR), কেন্দ্রে (d = R) g = 0।
ভূ-পৃষ্ঠে g সর্বোচ্চ; মেরুতে 9.83 ms−2, বিষুবরেখায় 9.78 ms−2।
g = GMR2, ভরের উপর নির্ভর করে না। -
৪৭৯
মহাকর্ষ বল নির্ভর করে-
- ক বস্তুদ্বয়ের ভরের উপর
- খ বস্তুদ্বয়ের আকৃতি
- গ বস্তুদ্বয়ের অভিমুখ
- ঘ বস্তুদ্বয়ের মাধ্যমের প্রকৃতি
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) বস্তুদ্বয়ের ভরের উপর
নিউটনের মহাকর্ষ সূত্র: F = Gm1m2d2, অর্থাৎ বল দুটি বস্তুর ভরের গুণফলের সমানুপাতিক ও দূরত্বের বর্গের ব্যস্তানুপাতিক।
মহাকর্ষ বল বস্তুর আকৃতি, অভিমুখ, মধ্যবর্তী মাধ্যমের প্রকৃতি বা তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে না; সর্বদা আকর্ষণধর্মী ও কেন্দ্রীয় বল।
G = 6.67 × 10−11 Nm2kg−2, মাত্রা M−1L3T−2। -
৪৮০
মহাকর্ষীয় ধ্রুবক G এর মান-
- ক 6.67 × 10−9 Nm2kg−2
- খ 6.63 × 10−8 Nm2kg−2
- গ 6.76 × 10−10 Nm2kg−2
- ঘ 6.67 × 10−11 Nm2kg−2
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 6.67 × 10−11 Nm2kg−2
মহাকর্ষীয় ধ্রুবক G = 6.67 × 10−11 Nm2kg−2 (CGS-এ 6.67 × 10−8 dyn cm2 g−2), মাত্রা M−1L3T−2।
1 kg ভরের দুটি বস্তুকে 1 m দূরত্বে রাখলে তাদের মধ্যকার আকর্ষণ বলই G-এর সমান।
G সার্বজনীন ধ্রুবক: স্থান, কাল, মাধ্যম বা তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে না; ক্যাভেন্ডিস 1798 সালে প্রথম এর মান নির্ণয় করেন।
মহাকর্ষ ও অভিকর্ষ নিয়ে পরীক্ষা দাও
শুধু এই অধ্যায়ের প্রশ্ন দিয়ে একটা এক্সাম বানাও — সময় ধরে, নেগেটিভ মার্কিংসহ।