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।
-
৪৮১
G-এর উপর যে তাপমাত্রার কোন প্রভাব নেই তা আবিষ্কার করেন?
- ক নিউটন
- খ ম্যাকেঞ্জি
- গ ইওটভস
- ঘ পয়েন্টিং এবং ফিলিপস
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) পয়েন্টিং এবং ফিলিপস
পয়েন্টিং ও ফিলিপস পরীক্ষা করে দেখান যে G-এর মান তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে না।
ম্যাকেঞ্জি দেখান যে G-এর মান মধ্যবর্তী মাধ্যমের উপর নির্ভর করে না; ইওটভস দেখান যে মহাকর্ষীয় ভর ও জড় ভর সমতুল্য।
ক্যাভেন্ডিস 1798 সালে টর্শন ব্যালেন্স দিয়ে প্রথম G-এর মান নির্ণয় করেন; বয়েস পরে আরও সূক্ষ্মভাবে মাপেন।
G = 6.67 × 10−11 Nm2kg−2, মাত্রা M−1L3T−2। -
৪৮২
কোন বস্তুকে অসীম দূরত্বে সরাতে যে কাজ করতে হবে তার সমীকরণ-
- ক W = −GMr
- খ W = GMmr × α
- গ W = GMmr
- ঘ W = GMr
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) W = GMmr
M ভরের বস্তু থেকে r দূরত্বে m ভরের বস্তুর মহাকর্ষীয় বিভব শক্তি U = −GMmr (অসীমে শূন্য ধরে); বস্তুকে অসীমে সরাতে কৃত কাজ W = U_∞ − Ur = 0 − (−GMmr) = GMmr।
এটিই m ভরের বন্ধন শক্তি; মুক্তি বেগের হিসাব: (12)mve2 = GMmR থেকে ve = 2GMR = 2gR ≈ 11.2 km/s।
মহাকর্ষীয় বিভব V = −GMr (একক ভরের বিভব শক্তি), একক J/kg; −GMr বিভবের সমীকরণ, কাজের নয়। -
৪৮৩
কেপলারের দ্বিতীয় সূত্র কোন ভৌত রাশির নিত্যতা সূত্র থেকে প্রমাণ করা যায়?
- ক কৌণিক ভরবেগ
- খ রৈখিক ভরবেগ
- গ শক্তি
- ঘ যান্ত্রিক শক্তি
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) কৌণিক ভরবেগ
কেপলারের ২য় সূত্র কৌণিক ভরবেগের নিত্যতা সূত্র থেকে প্রমাণ করা যায়। -
৪৮৪
পৃথিবীর ভর M এবং ব্যাসার্ধ R হলে পৃথিবীপৃষ্ঠে gG এর অনুপাত হবে
- ক MR2
- খ RM
- গ MR2
- ঘ M2R
-
৪৮৫
2 kg ভরের কোনো বস্তু থেকে 2m দূরে একটি বিন্দু অবস্থিত।।
ঐ বিন্দুতে মহাকর্ষীয় বিভব কত?- ক - 6.673×10-11 J kg-1
- খ -3.3365×10-11 J kg-1
- গ 6.673×10-11 J kg-1
- ঘ 3.3365×10-11 J kg-1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) - 6.673×10-11 J kg-1
V=−GMr=−6.673×10-11×22=−6.673×10-11 J kg-1। -
৪৮৬
গ্রহগুলোর গতিপথ উপবৃত্তাকার—এই সূত্রটি কোন বিজ্ঞানীর?
- ক টলেমি
- খ কেপলার
- গ পিথাগোরাস
- ঘ গ্যালিলিও
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) কেপলার
গ্রহগুলো সূর্যকে একটি ফোকাসে রেখে উপবৃত্তাকার পথে ঘোরে, এটি কেপলারের প্রথম সূত্র (কক্ষপথের সূত্র)।
দ্বিতীয় সূত্র: সমান সময়ে সমান ক্ষেত্রফল; তৃতীয় সূত্র: T2 ∝ r3।
টলেমি: ভূকেন্দ্রিক মতবাদ; পিথাগোরাস: সমকোণী ত্রিভুজের উপপাদ্য; গ্যালিলিও: দুরবিন দিয়ে জ্যোতির্বিদ্যা পর্যবেক্ষণ ও পড়ন্ত বস্তুর সূত্র।
কেপলার টাইকো ব্রাহের পর্যবেক্ষণ উপাত্ত ব্যবহার করে সূত্রগুলো দেন। -
৪৮৭
গ্রহের পর্যায়কাল T এবং সূর্য হতে গ্রহের গড় দূরত্ব r হলে কেপলারের তৃতীয় সূত্রানুসারে—
- ক T ∝ r
- খ T ∝ r2
- গ T2 ∝ r
- ঘ T2 ∝ r3
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) T2 ∝ r3
কেপলারের তৃতীয় সূত্র (পর্যায়কালের সূত্র): সূর্যের চারদিকে প্রতিটি গ্রহের আবর্তনকালের বর্গ সূর্য থেকে গ্রহের গড় দূরত্বের (অর্ধপরাক্ষের) ঘনফলের সমানুপাতিক, অর্থাৎ T2 ∝ r3।
প্রথম সূত্র (কক্ষপথের সূত্র): প্রতিটি গ্রহ সূর্যকে একটি ফোকাসে রেখে উপবৃত্তাকার পথে ঘোরে।
দ্বিতীয় সূত্র (ক্ষেত্রফলের সূত্র): সূর্য ও গ্রহের সংযোজক রেখা সমান সময়ে সমান ক্ষেত্রফল অতিক্রম করে (ক্ষেত্রফলীয় বেগ ধ্রুব)।
নিউটনের মহাকর্ষ সূত্র থেকে T2 = (4π2GM)r3 পাওয়া যায়। -
৪৮৮
নিম্নের বিবৃতিগুলো লক্ষ কর—
i. দুটি বস্তুর মধ্যে আকর্ষণ বল তাদের মধ্যকার দূরত্বের বর্গের ব্যস্তানুপাতিক
ii. মুক্তভাবে পড়ন্ত বস্তুর অতিক্রান্ত দূরত্ব সময়ের বর্গের সমানুপাতিক
iii. সূর্যের চারদিকে প্রতিটি গ্রহের আবর্তনকালের বর্গ সূর্য থেকে ওই গ্রহের কক্ষপথের অর্ধপরাক্ষের ঘনফলের সমানুপাতিক
নিচের কোনটি সঠিক?- ক ii
- খ i ও ii
- গ ii ও iii
- ঘ i, ii ও iii
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) i, ii ও iii
i সঠিক: নিউটনের মহাকর্ষ সূত্রে F = Gm1m2d2, অর্থাৎ আকর্ষণ বল দূরত্বের বর্গের ব্যস্তানুপাতিক।
ii সঠিক: মুক্তভাবে পড়ন্ত বস্তুর ক্ষেত্রে (স্থির অবস্থা থেকে) h = (12)gt2, তাই h ∝ t2 (গ্যালিলিওর পড়ন্ত বস্তুর সূত্র)।
iii সঠিক: এটি কেপলারের তৃতীয় সূত্র, T2 ∝ a3, যেখানে a কক্ষপথের অর্ধপরাক্ষ।
তাই i, ii ও iii তিনটিই সঠিক। -
৪৮৯
মহাকর্ষীয় ধ্রুবকের একক হলো—
- ক Nm kg−2
- খ Nm−2 kg−2
- গ Nm2 kg−2
- ঘ Nm−2 kg2
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) Nm2 kg−2
এখানে, F = Gm1m2d2 থেকে G = Fd2m1m2
∴ G-এর একক = N × m2kg × kg = Nm2kg−2
G-এর মাত্রা [M−1L3T−2], মান 6.673 × 10−11 Nm2kg−2।
G একটি সার্বজনীন ধ্রুবক; এটি বস্তুর ভর, মাধ্যম বা স্থানের ওপর নির্ভর করে না। -
৪৯০
চিত্রে P ও Q বস্তুদ্বয়ের ভর যথাক্রমে m1 ও m2 এবং এদের মধ্যবর্তী দূরত্ব R। এদের মধ্যকার আকর্ষণ বল F হলে—

মধ্যবর্তী দূরত্ব R-এর মান দ্বিগুণ করা হলে আকর্ষণ বলের মান F′ পূর্বের মানের কত গুণ হবে?- ক এক-তৃতীয়াংশ
- খ এক-চতুর্থাংশ
- গ অর্ধেক
- ঘ দুই-তৃতীয়াংশ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) এক-চতুর্থাংশ
এখানে, প্রাথমিক দূরত্ব = R, নতুন দূরত্ব = 2R
আমরা জানি, F = Gm1m2R2, অর্থাৎ F ∝ 1R2
∴ F′F = (R2R)2 = 14
অর্থাৎ দূরত্ব দ্বিগুণ হলে আকর্ষণ বল পূর্বের এক-চতুর্থাংশ হবে। -
৪৯১
পৃথিবী পৃষ্ঠ হতে h গভীরে g এর মান—
- ক gh = g(1 − 2hR)
- খ gh = g(1 − hR)
- গ gh = g(1 + 2hR)
- ঘ gh = g(1 + hR)
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) gh = g(1 − hR)
পৃথিবী পৃষ্ঠ থেকে h গভীরতায় অভিকর্ষজ ত্বরণ gh = g(1 − hR)।
গভীরতায় কেবল ভেতরের (R − h) ব্যাসার্ধের গোলকের ভর আকর্ষণ করে, তাই g গভীরতার সাথে রৈখিকভাবে কমে এবং কেন্দ্রে (h = R) শূন্য হয়।
উচ্চতায় gh = g(RR + h)2, আর h ≪ R হলে gh ≈ g(1 − 2hR)।
তাই সমান h-এর জন্য উচ্চতায় g বেশি হারে কমে। -
৪৯২
দুটি বস্তুর মধ্যে যে দূরত্ব আছে তা অর্ধেকে নেমে আসলে মহাকর্ষ বল—
- ক দ্বিগুণ কমে
- খ দ্বিগুণ বাড়ে
- গ চারগুণ কমে
- ঘ চারগুণ বাড়ে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) চারগুণ বাড়ে
এখানে, প্রাথমিক দূরত্ব = d, নতুন দূরত্ব = d2
আমরা জানি, F = Gm1m2d2, অর্থাৎ F ∝ 1d2
∴ F′F = (dd2)2 = 22 = 4
অর্থাৎ দূরত্ব অর্ধেক হলে মহাকর্ষ বল চারগুণ বাড়ে। -
৪৯৩
নিচের কোনটি নিউটনের মহাকর্ষ সূত্র—
- ক F = q1q2d2
- খ F = Gm1m2d2
- গ F = mq1q2d2
- ঘ F = Gm1m2d3
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) F = Gm1m2d2
নিউটনের মহাকর্ষ সূত্র: F = Gm1m2d2, অর্থাৎ দুটি বস্তুর মধ্যকার আকর্ষণ বল তাদের ভরের গুণফলের সমানুপাতিক এবং দূরত্বের বর্গের ব্যস্তানুপাতিক।
G = 6.673 × 10−11 Nm2kg−2 হলো সার্বজনীন মহাকর্ষীয় ধ্রুবক।
F = q1q2d2 ধাঁচের রাশি দুটি আধানের মধ্যকার কুলম্বের সূত্রের রূপ (F = kq1q2d2)।
মহাকর্ষ বল সর্বদা আকর্ষণধর্মী এবং বিপরীত বর্গীয় (d2 দ্বারা ভাগ), d3 নয়। -
৪৯৪
মহাকর্ষীয় ধ্রুবক G-এর ক্ষেত্রে প্রযোজ্য—
i. ইহা মাধ্যমের প্রকৃতির ওপর নির্ভর করে
ii. G-এর মান বস্তুর ভরের ওপর নির্ভর করে না
iii. G একটি স্কেলার রাশি
নিচের কোনটি সঠিক?- ক i ও ii
- খ ii ও iii
- গ i ও iii
- ঘ i, ii ও iii
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) ii ও iii
i ভুল: G একটি সার্বজনীন ধ্রুবক; এর মান মাধ্যমের প্রকৃতির ওপর নির্ভর করে না (কুলম্বের ধ্রুবক k মাধ্যমের ওপর নির্ভর করে)।
ii সঠিক: G-এর মান বস্তুর ভর, আকার, দূরত্ব, তাপমাত্রা কোনোকিছুর ওপর নির্ভর করে না।
iii সঠিক: G-এর কেবল মান আছে, দিক নেই, তাই এটি স্কেলার রাশি।
G-এর মান 6.673 × 10−11 Nm2kg−2, মাত্রা [M−1L3T−2]। -
৪৯৫
মহাকর্ষীয় ধ্রুবক G =?
- ক 66.7 × 10−12 Nmkg−2
- খ 6.67 × 10−11 Nm−2kg−2
- গ 0.667 × 10−10 Nm2kg−2
- ঘ 0.667 × 10−9 Nm−2kg−2
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 0.667 × 10−10 Nm2kg−2
G = 6.67 × 10−11 Nm2kg−2 = 0.667 × 10−10 Nm2kg−2।
66.7 × 10−12 ও 6.67 × 10−11 সংখ্যাগতভাবে একই মান, কিন্তু সেখানে দেওয়া একক Nmkg−2 বা Nm−2kg−2 ভুল।
0.667 × 10−9 = 6.67 × 10−10, যা প্রকৃত মানের দশগুণ।
G-এর সঠিক একক Nm2kg−2, মাত্রা [M−1L3T−2]; হেনরি ক্যাভেন্ডিস প্রথম পরীক্ষাগারে G নির্ণয় করেন। -
৪৯৬
মহাকর্ষীয় প্রাবল্য ও মহাকর্ষীয় বিভবের মধ্যে সম্পর্ক হলো—
- ক E = dVdr
- খ F = Vr
- গ E = −dVdr
- ঘ E = Vr
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) E = −dVdr
মহাকর্ষীয় প্রাবল্য E = −dVdr, অর্থাৎ প্রাবল্য হলো দূরত্বের সাপেক্ষে বিভবের ঋণাত্মক নতিমাত্রা (বিভব গ্রেডিয়েন্ট)।
ঋণাত্মক চিহ্নের অর্থ: বিভব যেদিকে কমে, প্রাবল্য সেদিকে ক্রিয়া করে।
বিন্দু ভর M-এর জন্য V = −GMr, তাই E = −dVdr = −GMr2, যার মান GMr2 এবং দিক ভরের দিকে।
বিপরীতভাবে V = −∫E dr (অসীম থেকে r পর্যন্ত)। -
৪৯৭
মহাকর্ষীয় বিভবের ক্ষেত্রে—
i. এটি স্কেলার রাশি
ii. এর মাত্রা সমীকরণ L2T−2
iii. মহাকর্ষীয় ক্ষেত্রের কোনো বিন্দুতে এটি ঋণাত্মক
নিচের কোনটি সঠিক?- ক i ও ii
- খ i ও iii
- গ ii ও iii
- ঘ i, ii ও iii
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) i, ii ও iii
i সঠিক: মহাকর্ষীয় বিভব হলো একক ভরের ওপর কৃতকাজ (V = Wm), তাই এটি স্কেলার রাশি।
ii সঠিক: V-এর একক Jkg−1, মাত্রা ML2T−2M = [L2T−2]।
iii সঠিক: V = −GMr; অসীমে বিভব শূন্য ধরা হয়, তাই ক্ষেত্রের যেকোনো বিন্দুতে বিভব ঋণাত্মক।
তাই i, ii ও iii তিনটিই সঠিক। -
৪৯৮
গোলকের অভ্যন্তরে মহাকর্ষীয় বিভব কীরূপ হয়?
- ক বিভব শূন্য হয়
- খ বিভব স্থির থাকে
- গ বিভব অসীম হয়
- ঘ কোনোটিই নয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) বিভব স্থির থাকে
ফাঁপা গোলকীয় খোলসের অভ্যন্তরে প্রতিটি বিন্দুতে মহাকর্ষীয় বিভব সমান ও ধ্রুব, V = −GMR (পৃষ্ঠের বিভবের সমান)।
বিভব ধ্রুব বলে ভেতরে প্রাবল্য E = −dVdr = 0।
গোলকের বাইরে r দূরত্বে V = −GMr, যা দূরত্ব বাড়লে বাড়ে এবং অসীমে শূন্য হয়।
নিরেট গোলকের কেন্দ্রে বিভব V = −3GM2R, যা পৃষ্ঠের বিভবের 1.5 গুণ (বেশি ঋণাত্মক)। -
৪৯৯
পৃথিবী পৃষ্ঠ, পৃথিবী পৃষ্ঠ থেকে h উচ্চতায় ও পৃথিবী পৃষ্ঠ হতে h গভীরতায় অভিকর্ষজ ত্বরণ যথাক্রমে g, gh ও gbh হলে—
- ক gbh < gh < g
- খ gh < gbh < g
- গ gh > gbh > g
- ঘ gh > g > gbh
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) gh < gbh < g
উচ্চতায়: gh = g(RR + h)2 ≈ g(1 − 2hR)
গভীরতায়: gbh = g(1 − hR)
উভয়ই g থেকে কম, কিন্তু উচ্চতায় হ্রাস প্রায় দ্বিগুণ (2hR বনাম hR)।
∴ gh < gbh < g
ভূপৃষ্ঠে g সর্বোচ্চ; উপরে বা নিচে গেলে g কমে। -
৫০০
কোনো গ্রহের ভর ও ব্যাসার্ধ যথাক্রমে পৃথিবীর ভর ও ব্যাসার্ধের দ্বিগুণ হলে ওই গ্রহের পৃষ্ঠে অভিকর্ষজ ত্বরণ হবে পৃথিবী পৃষ্ঠের অভিকর্ষজ ত্বরণের—
- ক দ্বিগুণ
- খ সমান
- গ অর্ধেক
- ঘ এক-চতুর্থাংশ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) অর্ধেক
এখানে, M′ = 2M, R′ = 2R
আমরা জানি, g = GMR2, অর্থাৎ g ∝ MR2
∴ g′g = M′M × (RR′)2 = 2 × (12)2 = 12
অর্থাৎ ওই গ্রহে অভিকর্ষজ ত্বরণ পৃথিবীর অর্ধেক।
মহাকর্ষ ও অভিকর্ষ নিয়ে পরীক্ষা দাও
শুধু এই অধ্যায়ের প্রশ্ন দিয়ে একটা এক্সাম বানাও — সময় ধরে, নেগেটিভ মার্কিংসহ।