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।
-
৬০১

i. A বিন্দুতে মহাকর্ষীয় প্রাবল্য সর্বোচ্চ
ii. B বিন্দুতে g-এর মান A বিন্দুর অর্ধেক
iii. B ও C বিন্দুতে বস্তুটির ওজন সমান
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: ক) i ও ii
i সঠিক: A বিন্দু ভূপৃষ্ঠ; লেখচিত্রে এখানেই g, অর্থাৎ মহাকর্ষীয় প্রাবল্য সর্বোচ্চ।
ii সঠিক: B বিন্দু কেন্দ্র থেকে R2 দূরত্বে; অভ্যন্তরে gB = g(xR) = g2, অর্থাৎ A-র অর্ধেক।
iii ভুল: C বিন্দু কেন্দ্র থেকে 3R2 দূরত্বে; gC = g(R3R2)2 = (49)g ≈ 0.44g, যা B-র 0.5g থেকে কম, তাই ওজন সমান নয়।
পৃথিবীর ভেতরে g দূরত্বের সাথে রৈখিকভাবে বাড়ে, বাইরে দূরত্বের বর্গের ব্যস্তানুপাতে কমে। -
৬০২
S.I পদ্ধতিতে মহাকর্ষীয় ধ্রুবকের একক—
- ক m kg s−1
- খ m2 kg s−3
- গ m2 kg−1 s−2
- ঘ m3 kg−1 s−2
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) m3 kg−1 s−2
মহাকর্ষীয় ধ্রুবকের SI একক m3 kg−1 s−2।
F = Gm1m2r2 থেকে G = Fr2m1m2, তাই একক = N × m2kg2 = Nm2kg−2।
N = kg m s−2 বসালে Nm2kg−2 = kg m s−2 × m2 × kg−2 = m3 kg−1 s−2।
m2 kg s−3 হলো ক্ষমতার একক (W); G-এর মান 6.673 × 10−11 Nm2kg−2, মাত্রা [M−1L3T−2]। -
৬০৩
মেরু অঞ্চল অপেক্ষা বিষুবীয় অঞ্চলে অভিকর্ষজ ত্বরণ কত কম?
- ক ω2R
- খ ωR
- গ ωR cos2λ
- ঘ ωR2 cos2λ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) ω2R
এখানে, মেরুতে অক্ষাংশ λ = 90°, বিষুবীয় অঞ্চলে λ = 0°, W = ω (পৃথিবীর কৌণিক বেগ)
আমরা জানি, gλ = g − ω2R cos2λ
∴ মেরুতে gp = g − ω2R cos290° = g, বিষুবীয় অঞ্চলে ge = g − ω2R cos20° = g − ω2R
∴ gp − ge = ω2R
আহ্নিক গতির কারণে কমার পরিমাণ ω2R ≈ (7.27 × 10−5)2 × 6.4 × 106 ≈ 0.034 ms−2। -
৬০৪
মহাকর্ষীয় ধ্রুবকের মাত্রা কোনটি?
- ক [M−1T−2L3]
- খ [M−1L−1T2]
- গ [M−1L−2T3]
- ঘ [M−1L−1T3]
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) [M−1T−2L3]
মহাকর্ষীয় ধ্রুবকের মাত্রা [M−1L3T−2] = [M−1T−2L3]।
G = Fr2m1m2 থেকে মাত্রা = [MLT−2] × [L2][M2] = [M−1L3T−2]।
একক m3 kg−1 s−2 বা Nm2kg−2।
G একটি সার্বজনীন ধ্রুবক, মাধ্যম বা বস্তুর প্রকৃতির উপর নির্ভর করে না। -
৬০৫
কোনো দোলক ঘড়িকে পৃথিবীর কেন্দ্রে নিয়ে গেলে ঘড়িটির—
i. দোলন থেমে যাবে
ii. দোলনকাল অসীম হবে
iii. দোলকটি দ্রুত দুলবে
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: ক) i ও ii
i সঠিক: পৃথিবীর কেন্দ্রে g = 0, তাই দোলককে সাম্যাবস্থায় ফেরানোর বল থাকে না, দোলন থেমে যায়।
ii সঠিক: T = 2πLg সূত্রে g = 0 হলে T অসীম হয়।
iii ভুল: g কমলে দোলনকাল বাড়ে, অর্থাৎ দোলক ধীরে দোলে; কেন্দ্রে দোলনই থাকে না।
একই কারণে কৃত্রিম উপগ্রহের ভেতরে (ওজনহীন অবস্থায়) দোলক ঘড়ি চলে না। -
৬০৬
ভূপৃষ্ঠ থেকে যে গভীরতায় এবং উচ্চতায় অভিকর্ষজ ত্বরণের মান সমান হয় তাদের অনুপাত কোনটি?
- ক 1:2
- খ 2:1
- গ 1:1
- ঘ 1:3
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 2:1
এখানে, গভীরতা d ও উচ্চতা h-এ g-এর মান সমান, h ≪ R
আমরা জানি, gd = g(1 − dR), gh ≈ g(1 − 2hR)
∴ g(1 − dR) = g(1 − 2hR) বা, d = 2h, তাই d : h = 2 : 1
অর্থাৎ ভূপৃষ্ঠের কাছে h উচ্চতায় g যতটা কমে, 2h গভীরতায় গেলে ততটা কমে। -
৬০৭
সূর্য হতে একটি গ্রহের গড় দূরত্ব r এবং গ্রহের পর্যায়কাল T হলে কেপলারের তৃতীয় সূত্রানুসারে—
- ক T2 ∝ r3
- খ T ∝ r2
- গ T ∝ r
- ঘ T2 ∝ r
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) T2 ∝ r3
কেপলারের তৃতীয় সূত্র (পর্যায়কালের সূত্র): গ্রহের পর্যায়কালের বর্গ সূর্য থেকে গড় দূরত্বের ঘনফলের সমানুপাতিক, T2 ∝ r3।
নিউটনের সূত্র থেকে T2 = (4π2GM)r3, যেখানে M সূর্যের ভর।
প্রথম সূত্র (কক্ষপথের সূত্র): গ্রহগুলো সূর্যকে একটি ফোকাসে রেখে উপবৃত্তাকার পথে ঘোরে।
দ্বিতীয় সূত্র (ক্ষেত্রফলের সূত্র): সূর্য ও গ্রহের সংযোজক রেখা সমান সময়ে সমান ক্ষেত্রফল অতিক্রম করে। -
৬০৮
পৃথিবীর মেরু অঞ্চলে অভিকর্ষজ ত্বরণের মান বেশি, কারণ—
i. উচ্চতার তারতম্য
ii. অক্ষাংশ 90°
iii. আহ্নিক গতি
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: পৃথিবী মেরুতে কিছুটা চাপা, মেরুর ব্যাসার্ধ বিষুবীয় ব্যাসার্ধ থেকে প্রায় 21 km কম; মেরুপৃষ্ঠ কেন্দ্রের কাছে বলে g বেশি।
ii সঠিক: মেরুর অক্ষাংশ λ = 90°, তাই gλ = g − ω2R cos2λ সূত্রে cos90° = 0 হওয়ায় g কমে না।
iii সঠিক: আহ্নিক গতির কেন্দ্রবিমুখী প্রভাব বিষুবীয় অঞ্চলে সর্বোচ্চ (ω2R) এবং মেরুতে শূন্য।
ফলে মেরুতে g ≈ 9.83 ms−2 এবং বিষুবীয় অঞ্চলে g ≈ 9.78 ms−2। -
৬০৯

80 kg ভরের একটি বস্তুকে A থেকে B বিন্দুতে নিয়ে গেলে এর ওজন হবে—- ক 245 N
- খ 272 N
- গ 392 N
- ঘ 490 N
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 392 N
এখানে, m = 80 kg, ভূপৃষ্ঠে (A) g = 9.8 ms−2, B বিন্দুর কেন্দ্র থেকে দূরত্ব x = R − R2 = R2
আমরা জানি, পৃথিবীর অভ্যন্তরে gB = g(xR), ওজন W = mgB
∴ gB = 9.8 × 12 = 4.9 ms−2, তাই W = 80 × 4.9 = 392 N
ভূপৃষ্ঠে (A) এই বস্তুর ওজন 80 × 9.8 = 784 N; B-তে তার অর্ধেক। -
৬১০

উদ্দীপকের আলোকে—
i. A বিন্দুতে মহাকর্ষীয় প্রাবল্য সর্বোচ্চ
ii. B ও C বিন্দুতে বস্তুটির ওজন সমান
iii. B বিন্দুতে g-এর মান A বিন্দুর অর্ধেক
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: খ) i ও iii
i সঠিক: A বিন্দু ভূপৃষ্ঠ; এখানে g, অর্থাৎ মহাকর্ষীয় প্রাবল্য সর্বোচ্চ।
ii ভুল: B-তে (কেন্দ্র থেকে R2) gB = g2 = 0.5g, আর C-তে (কেন্দ্র থেকে 3R2) gC = g(R1.5R)2 = (49)g ≈ 0.44g; তাই ওজন সমান নয়।
iii সঠিক: অভ্যন্তরে g ∝ x, তাই x = R2 হলে gB = g2, A বিন্দুর অর্ধেক।
ভূপৃষ্ঠ থেকে সমান দূরত্ব ভেতরে ও বাইরে গেলে g সমান হয় না; বাইরে বেশি কমে। -
৬১১

m1 ও m2 ভরের বস্তুদ্বয়ের ক্রিয়াশীল বলটি—
i. মহাকর্ষ বল
ii. অভিকর্ষ বল
iii. আকর্ষণধর্মী বল
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: খ) i ও iii
i সঠিক: মহাবিশ্বের যেকোনো দুটি বস্তুর মধ্যকার পারস্পরিক আকর্ষণ বলই মহাকর্ষ বল, F = Gm1m2r2।
ii ভুল: অভিকর্ষ বল হলো পৃথিবী ও অন্য কোনো বস্তুর মধ্যকার মহাকর্ষ বল; চিত্রের দুটি সাধারণ বস্তুর বল অভিকর্ষ নয়।
iii সঠিক: মহাকর্ষ বল সর্বদা আকর্ষণধর্মী, কখনো বিকর্ষণ করে না।
মহাকর্ষ বল প্রকৃতির দুর্বলতম মৌলিক বল এবং কেন্দ্রীয় ও সংরক্ষণশীল বল। -
৬১২

উদ্দীপকের বস্তুদ্বয়ের মধ্যে ক্রিয়াশীল বলের মান কত?- ক 6.4 × 106 Nm2kg−2
- খ 6 × 1024 Nm2kg−2
- গ 6.67 × 10−11 Nm2kg−2
- ঘ 6.23 × 1023 Nm2kg−2
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 6.67 × 10−11 Nm2kg−2
এখানে, m1 = 1 kg, m2 = 1 kg, r = 1 m, G = 6.67 × 10−11 Nm2kg−2
আমরা জানি, F = Gm1m2r2
∴ F = 6.67 × 10−11 × 1 × 112 = 6.67 × 10−11 N
একক ভরের দুটি বস্তু একক দূরত্বে থাকলে পারস্পরিক আকর্ষণ বলের মান G-এর সংখ্যামানের সমান; বলের একক N। -
৬১৩
পৃথিবীর পৃষ্ঠ হতে কেন্দ্রের দিকে গতিশীল বস্তুর অভিকর্ষজ ত্বরণের লেখচিত্র কোনটি?
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ)
লেখচিত্রটি Y-অক্ষে g মান থেকে শুরু হয়ে গভীরতার সাথে নিম্নমুখী সরলরেখা (গ)।
গভীরতায় gh = g(1 − hR); h = 0 হলে gh = g (Y-অক্ষে ছেদ), h = R (কেন্দ্র) হলে gh = 0।
মূলবিন্দুগামী ঊর্ধ্বমুখী সরলরেখা কেন্দ্র থেকে দূরত্বের সাথে g-এর সম্পর্ক (g ∝ x) বোঝায়, গভীরতার সাথে নয়।
অনুভূমিক রেখা g ধ্রুব বোঝায় এবং Y-অক্ষ ছেদকারী ঊর্ধ্বমুখী রেখা গভীরতার সাথে g বৃদ্ধি বোঝায় — কোনোটিই বাস্তব নয়। -
৬১৪
কোনো গ্রহে অভিকর্ষজ ত্বরণ g6 এবং ব্যাসার্ধ R4। পৃথিবীর পৃষ্ঠে g = 9.81 ms−2 এবং পৃথিবীর ব্যাসার্ধ, R = 6.4 × 106 m।
উক্ত গ্রহটিতে কোনো বস্তুর মুক্তিবেগ কত?- ক 0.56 kms−1
- খ 0.80 kms−1
- গ 2.286 kms−1
- ঘ 2.50 kms−1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 2.286 kms−1
এখানে, gp = g6 = 9.816 = 1.635 ms−2, Rp = R4 = 6.4 × 1064 = 1.6 × 106 m
আমরা জানি, মুক্তিবেগ ve = 2gpRp
∴ ve = 2 × 1.635 × 1.6 × 106 = 5.232 × 106 ≈ 2287 ms−1 ≈ 2.286 kms−1
মুক্তিবেগ নিক্ষিপ্ত বস্তুর ভর বা নিক্ষেপের দিকের উপর নির্ভর করে না। -
৬১৫
কোনো গ্রহে অভিকর্ষজ ত্বরণ g6 এবং ব্যাসার্ধ R4। পৃথিবীর পৃষ্ঠে g = 9.81 ms−2 এবং পৃথিবীর ব্যাসার্ধ, R = 6.4 × 106 m।
পৃথিবীতে একটি বস্তুর ওজন 600 N হলে ঐ গ্রহে বস্তুটিকে নিয়ে গেলে কী পরিমাণ ওজন হারাবে?- ক 500 N
- খ 450 N
- গ 400 N
- ঘ 300 N
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 500 N
এখানে, পৃথিবীতে ওজন W = 600 N, গ্রহে অভিকর্ষজ ত্বরণ gp = g6
আমরা জানি, W = mg, তাই গ্রহে ওজন Wp = mgp = W6
∴ Wp = 6006 = 100 N
∴ ওজন হ্রাস = 600 − 100 = 500 N
ভর দুই স্থানেই অপরিবর্তিত (m = 6009.81 ≈ 61.2 kg), শুধু ওজন বদলায়। -
৬১৬
মহাকর্ষীয় বিভবের একক কোনটি?
- ক Nm2kg−2
- খ Jkg−1
- গ kg ms−1
- ঘ rpm
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) Jkg−1
মহাকর্ষীয় বিভবের একক Jkg−1।
একক ভরের বস্তুকে অসীম থেকে ক্ষেত্রের কোনো বিন্দুতে আনতে কৃত কাজই ঐ বিন্দুর মহাকর্ষীয় বিভব, V = −GMr; তাই একক = J/kg।
মাত্রা [L2T−2]; মহাকর্ষীয় প্রাবল্যের একক Nkg−1 (= ms−2)।
Nm2kg−2 হলো G-এর একক, kg ms−1 ভরবেগের একক, rpm ঘূর্ণন হারের (প্রতি মিনিটে ঘূর্ণন) একক। -
৬১৭
অভিকর্ষজ ত্বরণের উপর কোনটির প্রভাব নেই?
- ক দ্রাঘিমা
- খ উচ্চতা
- গ অক্ষাংশ
- ঘ পৃথিবীর ঘূর্ণন ক্রিয়া
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) দ্রাঘিমা
দ্রাঘিমার উপর অভিকর্ষজ ত্বরণ নির্ভর করে না; একই অক্ষাংশ ও উচ্চতায় সব দ্রাঘিমায় g সমান।
উচ্চতা বাড়লে g কমে: gh = g(RR + h)2।
অক্ষাংশ বাড়লে g বাড়ে: gλ = g − ω2R cos2λ; মেরুতে সর্বোচ্চ, বিষুবীয় অঞ্চলে সর্বনিম্ন।
পৃথিবীর ঘূর্ণন (আহ্নিক গতি) g কমায়; ঘূর্ণন থেমে গেলে মেরু ছাড়া সব স্থানে g বাড়বে। -
৬১৮
একটি সেকেন্ড দোলককে মেরু ও বিষুবীয় অঞ্চলে নিয়ে গেলে প্রাপ্ত অভিকর্ষজ ত্বরণের মান যথাক্রমে 9.83 ms−2 এবং 9.78 ms−2।
মেরু অঞ্চলে উক্ত দোলকের কার্যকরী দৈর্ঘ্য কত?- ক 3.12 m
- খ 1.56 m
- গ 1.49 m
- ঘ 0.9959 m
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 0.9959 m
এখানে, সেকেন্ড দোলকের দোলনকাল T = 2 s, মেরুতে g = 9.83 ms−2
আমরা জানি, T = 2πLg, তাই L = gT24π2
∴ L = 9.83 × 224 × 3.14162 = 39.3239.478 ≈ 0.9959 m
সেকেন্ড দোলকের দোলনকাল সবসময় 2 s; তাই যেখানে g বেশি, সেখানে এর কার্যকরী দৈর্ঘ্যও বেশি। -
৬১৯
একটি সেকেন্ড দোলককে মেরু ও বিষুবীয় অঞ্চলে নিয়ে গেলে প্রাপ্ত অভিকর্ষজ ত্বরণের মান যথাক্রমে 9.83 ms−2 এবং 9.78 ms−2।
উদ্দীপকের দোলকের ক্ষেত্রে কোনটি সঠিক?- ক বিষুবীয় অঞ্চলে কার্যকরী দৈর্ঘ্য মেরু অঞ্চল থেকে বাড়বে
- খ মেরু অঞ্চলে দোলনকাল বিষুবীয় অঞ্চল থেকে হ্রাস পাবে
- গ উভয় অঞ্চলের ক্ষেত্রে দোলনকাল পৃথিবীর ব্যাসার্ধের উপর নির্ভরশীল নয়
- ঘ উভয় অঞ্চলের ক্ষেত্রে দোলনকাল পৃথিবীর ঘূর্ণনের উপর নির্ভরশীল নয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) মেরু অঞ্চলে দোলনকাল বিষুবীয় অঞ্চল থেকে হ্রাস পাবে
একই দোলক (দৈর্ঘ্য L স্থির) মেরুতে নিলে g বেশি (9.83 ms−2), তাই T = 2πLg অনুযায়ী দোলনকাল বিষুবীয় অঞ্চলের চেয়ে কম হয়।
সেকেন্ড দোলক হিসেবে রাখতে বিষুবীয় অঞ্চলে দৈর্ঘ্য L = 9.78 × 44π2 ≈ 0.991 m লাগে, যা মেরুর 0.996 m থেকে কম; অর্থাৎ দৈর্ঘ্য বাড়ে না, কমে।
দোলনকাল g-এর উপর নির্ভর করে, আর g = GMR2 হওয়ায় তা পৃথিবীর ব্যাসার্ধের উপরও নির্ভরশীল।
gλ = g − ω2R cos2λ অনুযায়ী g পৃথিবীর ঘূর্ণনের উপর নির্ভর করে, তাই দোলনকালও ঘূর্ণনের উপর নির্ভরশীল। -
৬২০
সূর্যের চারদিকে পৃথিবীর আবর্তনকাল 365 দিন। পৃথিবী এবং সূর্যের মধ্যকার গড় দূরত্ব 1.5 × 1011 m হলে সূর্যের ভর কত? (মহাকর্ষীয় ধ্রুবক, G = 6.7 × 10−11 Nm2kg−2)
- ক 1.56 × 1017 kg
- খ 2 × 1020 kg
- গ 6 × 1024 kg
- ঘ 2 × 1030 kg
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 2 × 1030 kg
এখানে, T = 365 দিন = 365 × 86400 s = 3.1536 × 107 s, r = 1.5 × 1011 m, G = 6.7 × 10−11 Nm2kg−2
আমরা জানি, M = 4π2r3GT2
∴ M = 4 × 3.14162 × (1.5 × 1011)36.7 × 10−11 × (3.1536 × 107)2
∴ M ≈ 2 × 1030 kg
সূর্যের মহাকর্ষ বলই পৃথিবীর কেন্দ্রমুখী বল জোগায়: GMmr2 = m(4π2T2)r, এখান থেকে সূত্রটি আসে।
মহাকর্ষ ও অভিকর্ষ নিয়ে পরীক্ষা দাও
শুধু এই অধ্যায়ের প্রশ্ন দিয়ে একটা এক্সাম বানাও — সময় ধরে, নেগেটিভ মার্কিংসহ।