কাজ, শক্তি ও ক্ষমতা — বহুনির্বাচনি প্রশ্ন ও সমাধান
HSC পদার্থবিজ্ঞান ১ম পত্রের ৫ম অধ্যায়। এখানে ৬৮২টি 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।
-
৫০১
কোন উক্তিটি সত্য নয়?
- ক সুষম বেলনাকৃতি বস্তুর অভিকর্ষকেন্দ্র এর অক্ষের মধ্য বিন্দুতে অবস্থিত
- খ গড় মুক্ত পথ গ্যাসের ঘনত্বের ব্যস্তানুপাতিক।
- গ স্বাভাবিক অবস্থা বা অবস্থান পরিবর্তন করে কোন বস্তুকে অন্য কোন অবস্থায় বা অবস্থানে আনলে বস্তু কাজ করার যে সামর্থ্য অর্জন করে তাকে বিভব শক্তি বলে।
- ঘ সংরক্ষণশীল বল দ্বারা কৃতকাজ সম্পূর্ণরূপে পুনরুদ্ধার করা সম্ভব নয়।
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) সংরক্ষণশীল বল দ্বারা কৃতকাজ সম্পূর্ণরূপে পুনরুদ্ধার করা সম্ভব নয়।
সংরক্ষণশীল বলের (অভিকর্ষ, স্প্রিং বল, স্থির তড়িৎ বল) বিরুদ্ধে কৃত কাজ বিভব শক্তিরূপে সঞ্চিত থাকে এবং সম্পূর্ণরূপে পুনরুদ্ধার করা যায়; বদ্ধ পথে মোট কাজ শূন্য, কাজ পথের উপর নির্ভর করে না।
অসংরক্ষণশীল বলের (ঘর্ষণ, সান্দ্র বল) কাজ পথের উপর নির্ভর করে, তাপে রূপান্তরিত হয়, পুনরুদ্ধার হয় না।
সুষম বেলনের ভরকেন্দ্র/অভিকর্ষকেন্দ্র অক্ষের মধ্যবিন্দুতে।
গড় মুক্ত পথ λ = 12 πd2n, n = অণুর সংখ্যা ঘনত্ব, তাই λ ∝ 1/ঘনত্ব।
অবস্থা বা অবস্থান পরিবর্তনে বস্তু কাজ করার যে সামর্থ্য পায় তা বিভব শক্তি, U = mgh। -
৫০২
কোন তথ্যটি গতিশক্তির জন্য প্রযোজ্য নয়?
- ক গতিশক্তি বস্তুর অণু-পরমাণুর আপেক্ষিক অবস্থানের উপর নির্ভর করে
- খ কোন বস্তু গতিশীল হওয়ার জন্য যে শক্তি অর্জন করে।
- গ 'm' ভরের বস্তুর বেগ 'v' হলে বস্তুর গতিশক্তি = (12)mv2
- ঘ বস্তুর বেগ না থাকলে, গতিশক্তি থাকে না।
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) গতিশক্তি বস্তুর অণু-পরমাণুর আপেক্ষিক অবস্থানের উপর নির্ভর করে
গতির জন্য কোনো বস্তু যে শক্তি অর্জন করে তাকে গতিশক্তি বলে; Ek = (12)mv2 = p22m, যেখানে p = mv ভরবেগ।
গতিশক্তি স্কেলার রাশি, সর্বদা ধনাত্মক; বেগ শূন্য হলে গতিশক্তি শূন্য; একক J, মাত্রা ML2T−2।
কণাসমূহের আপেক্ষিক অবস্থান বা বিন্যাসের উপর নির্ভর করে বিভব শক্তি (যেমন স্প্রিংয়ের স্থিতিশক্তি (12)kx2), গতিশক্তি নয়।
কাজ-শক্তি উপপাদ্য: লব্ধি বলের কৃতকাজ = গতিশক্তির পরিবর্তন। -
৫০৩
কোনটি সংরক্ষণশীল বলের বৈশিষ্ট্য?
- ক ঘর্ষণ বল এই বলের উদাহরণ
- খ কোন কণা একটি পূর্ণ চক্র সম্পন্ন করে তার আদি অবস্থানে ফিরে আসলে, সংরক্ষণশীল বল দ্বারা কৃতকাজ এর পরিমাণ শূন্য হয় না।
- গ যান্ত্রিক শক্তির নিত্যতার সূত্র সংরক্ষণশীল বল এর ক্ষেত্রে খাটে না
- ঘ সংরক্ষণশীল বল দ্বারা কৃতকাজ সম্পূর্ণরূপে পুনরুদ্ধার করা সম্ভব
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) সংরক্ষণশীল বল দ্বারা কৃতকাজ সম্পূর্ণরূপে পুনরুদ্ধার করা সম্ভব
যে বলের কৃতকাজ কেবল আদি ও শেষ অবস্থানের উপর নির্ভর করে, পথের উপর নয়, তাকে সংরক্ষণশীল বল বলে; যেমন মহাকর্ষ বল, স্থির তড়িৎ বল, স্প্রিং বল।
সংরক্ষণশীল বলের বিরুদ্ধে কৃতকাজ বিভব শক্তিরূপে সঞ্চিত থাকে এবং সম্পূর্ণরূপে পুনরুদ্ধার করা যায়; বদ্ধ পথে মোট কৃতকাজ শূন্য।
সংরক্ষণশীল বলের ক্ষেত্রেই যান্ত্রিক শক্তির নিত্যতার সূত্র (Ek + Ep = ধ্রুব) প্রযোজ্য।
ঘর্ষণ ও সান্দ্র বল অসংরক্ষণশীল বল: এদের কৃতকাজ পথের উপর নির্ভর করে ও তাপে রূপান্তরিত হয়। -
৫০৪
একটি রাইফেলের গুলি একটি তক্তাকে কেবল ভেদ করতে পারে। যদি গুলির বেগ তিনগুণ করা হয় তবে অনুরূপ কয়টি তক্তা ভেদ করতে পারবে?
- ক 6
- খ 9
- গ 8
- ঘ 7
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 9
এখানে, n1 = 1, v2 = 3v1; প্রতিটি তক্তার বাধাদানকারী বল F ও পুরুত্ব d একই।
গুলির গতিশক্তি = তক্তা ভেদে কৃত কাজ: 12 mv2 = n F d ⇒ n ∝ v2
n2 = n1 × (v2v1)2 = 1 × 32 = 9
শর্টকাট: বেগ k গুণ হলে ভেদ করা তক্তার সংখ্যা k2 গুণ। -
৫০৫
নিম্নের কোনটি ক্ষমতার জন্য প্রযোজ্য হবে?
- ক ক্ষমতার একক জুল
- খ ক্ষমতার মাত্রা ML2T−3
- গ ক্ষমতার প্রকারভেদ আছে
- ঘ ক্ষমতা নির্ণয়ে সময়ের প্রশ্ন আসে না।
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) ক্ষমতার মাত্রা ML2T−3
ক্ষমতা = কাজসময় = Wt; কাজ করার হারকে ক্ষমতা বলে।
মাত্রা [P] = ML2T−2T = ML2T−3, একক ওয়াট (W) = J s−1; জুল কাজ বা শক্তির একক।
1 hp = 746 W, 1 kW = 1000 W; P = Fv সম্পর্কও ব্যবহৃত হয়।
ক্ষমতা স্কেলার রাশি, এর কোনো প্রকারভেদ নেই এবং সময় ছাড়া ক্ষমতা নির্ণয় সম্ভব নয়। -
৫০৬
বল দ্বারা কাজের পরিমাণ কখন শূন্য হবে?
- ক θ = 60° হলে
- খ θ = 180° হলে
- গ θ = 90° হলে
- ঘ θ = 45° হলে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) θ = 90° হলে
কাজ W = F·s = Fs cosθ, θ = বল ও সরণের মধ্যবর্তী কোণ।
θ = 90° হলে cos90° = 0, তাই W = 0, বল সরণের লম্ব হলে কাজ শূন্য (যেমন বৃত্তাকার গতিতে কেন্দ্রমুখী বল, মাথায় বোঝা নিয়ে সমতলে হাঁটা)।
θ = 0° হলে সর্বোচ্চ ধনাত্মক কাজ, θ = 180° হলে ঋণাত্মক কাজ (W = −Fs), θ = 60°-এ W = Fs2। -
৫০৭
ইলেকট্রন ভোল্ট কি?
- ক কাজের ব্যবহারিক একক
- খ কাজের নিরপেক্ষ একক
- গ বিদ্যুতের একক
- ঘ বৈদ্যুতিক রোধের একক
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) কাজের ব্যবহারিক একক
ইলেকট্রন ভোল্ট (eV) কাজ বা শক্তির ব্যবহারিক একক, 1 V বিভব পার্থক্যে একটি ইলেকট্রনকে ত্বরিত করলে যে শক্তি অর্জন করে।
1 eV = 1.6 × 10−19 J; 1 keV = 103 eV, 1 MeV = 106 eV; পারমাণবিক ও নিউক্লিয় শক্তি প্রকাশে ব্যবহৃত হয়।
কাজের নিরপেক্ষ বা পরম একক জুল (SI) ও আর্গ (CGS); 1 J = 107 erg। -
৫০৮
এক অশ্বক্ষমতা সমান-
- ক 647 J/s
- খ 764 J/s
- গ 746 J/s
- ঘ 467 J/s
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 746 J/s
অশ্বক্ষমতা (hp) ক্ষমতার ব্যবহারিক একক: 1 hp = 550 ft·lbs = 746 W = 746 J/s।
ক্ষমতা P = Wt = Fv, SI একক ওয়াট (W = J/s), মাত্রা ML2T−3; 1 kW = 1000 W ≈ 1.34 hp।
বিদ্যুৎ শক্তির ব্যবহারিক একক kWh: 1 kWh = 3.6 × 106 J। -
৫০৯
100 kgm কে জুলে প্রকাশ কর-
- ক 764.00 J
- খ 981 J
- গ 98.1 J
- ঘ 9.81 J
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 981 J
এখানে, W = 100 kg·m, g = 9.81 ms−2
1 kg·m = 1 kgf × 1 m = 9.81 J
W = 100 × 9.81 = 981 J -
৫১০
কার্যকর শক্তি/মোট প্রদত্ত শক্তি = ?
- ক শক্তি
- খ কর্মদক্ষতা
- গ কাজ
- ঘ কোনোটিই নয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) কর্মদক্ষতা
কর্মদক্ষতা η = কার্যকর শক্তি/মোট প্রদত্ত শক্তি = লভ্য কাজ/প্রদত্ত শক্তি = লভ্য ক্ষমতা/প্রদত্ত ক্ষমতা; সাধারণত শতকরায় প্রকাশ, η% = (কার্যকর শক্তি/মোট শক্তি) × 100%।
কর্মদক্ষতা মাত্রাহীন, একক নেই; ঘর্ষণ, তাপ ইত্যাদিতে শক্তি অপচয়ের কারণে বাস্তব যন্ত্রের η < 1।
ক্ষমতা P = কাজসময় = Wt, একক ওয়াট (W); কাজ W = F s cosθ, একক জুল (J)। -
৫১১
0° ≤ θ < 90° হলে বলের দ্বারা কৃত কাজ-
- ক ঋণাত্মক হবে
- খ ধনাত্মক হবে
- গ কোনো কাজ হবে না
- ঘ কোনটিই নয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) ধনাত্মক হবে
কাজ W = F·s = Fs cosθ, θ = বল ও সরণের মধ্যবর্তী কোণ; 0° ≤ θ < 90° হলে cosθ > 0, তাই কাজ ধনাত্মক (বলের দ্বারা কাজ, যেমন পড়ন্ত বস্তুর উপর অভিকর্ষের কাজ)।
θ = 90° হলে cosθ = 0, কাজ শূন্য (বৃত্তাকার গতিতে কেন্দ্রমুখী বল, অনুভূমিক তলে হাঁটার সময় ওজন)।
90° < θ ≤ 180° হলে cosθ < 0, ঋণাত্মক কাজ (বলের বিরুদ্ধে কাজ, যেমন ঘর্ষণ বল, উপরে ছোড়া বস্তুর উপর অভিকর্ষ)। -
৫১২
1 kW-hr = কত Joule?
- ক 36 J
- খ 3600 J
- গ 600 J
- ঘ 36 × 105 J
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 36 × 105 J
এখানে, P = 1 kW = 1000 W, t = 1 hr = 3600 s
W = Pt = 1000 × 3600 = 3.6 × 106 J = 36 × 105 J
1 kWh = 1 ইউনিট (বাণিজ্যিক একক) = 3.6 MJ -
৫১৩
P1 ও P2 ক্ষমতাবিশিষ্ট দুটি যন্ত্র যথাক্রমে 20 s এবং 10 s-এ 10 kg ভরের একটি কাঠের গুড়িকে একই সমতল
থেকে 1.5 m উচ্চতায় ওঠাতে পারে।
কোন সম্পর্কটি সঠিক?
দেওয়া আছে: g = 9.8m s-2- ক P1 = p22
- খ P1 = P2
- গ P1 > P2
- ঘ P1 >2 P2
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) P1 = p22
P1=W20, P2=W10 ⇒ P1=P22। -
৫১৪
100 kg ভরের একটি পাথরকে ক্রেনের সাহায্যে 0.1m s-1 বেগে ছাদের ওপর ওঠালে ক্রেনের ক্ষমতা কত?
- ক 0.98 W
- খ 10 W
- গ 98 W
- ঘ 9800 W
-
৫১৫
10 N বল প্রয়োগে একটি গাড়িকে 100 m সরাতে কত কাজ করতে হবে? বল ও সরণের মধ্যবর্তী কোণ 60°।
- ক 500 J
- খ 1000 J
- গ 100 J
- ঘ 50 J
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 500 J
এখানে, F = 10 N, s = 100 m, θ = 60°
আমরা জানি, W = Fs cosθ
∴ W = 10 × 100 × cos60° = 1000 × 0.5 = 500 J -
৫১৬
10 kg ভরের একটি বস্তুকে স্প্রিং থেকে ঝুলানো হলো যার স্প্রিং ধ্রুবক 200 N/m। স্প্রিং-এর দৈর্ঘ্য বৃদ্ধি হবে—
- ক 0.05 m
- খ 20.0 m
- গ 2.4 m
- ঘ 0.49 m
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 0.49 m
এখানে, m = 10 kg, k = 200 Nm−1, g = 9.8 ms−2
আমরা জানি, সাম্যাবস্থায় kx = mg বা, x = mgk
∴ x = 10 × 9.8200 = 98200 = 0.49 m -
৫১৭
কাজের মান শূন্য হবে যদি প্রযুক্ত বল ও সরণের মধ্যবর্তী কোণ—
- ক 90°
- খ 180°
- গ 0°
- ঘ 360°
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 90°
W = Fs cosθ; θ = 90° হলে cos90° = 0, তাই W = 0 অর্থাৎ বল সরণের লম্ব দিকে ক্রিয়া করলে কাজ শূন্য।
θ = 0° হলে cos0° = 1, কাজ সর্বোচ্চ ও ধনাত্মক (W = Fs)।
θ = 180° হলে cos180° = −1, কাজ ঋণাত্মক (W = −Fs), যেমন ঘর্ষণ বলের কাজ।
θ = 360° দিক হিসেবে 0°-এর সমান, তাই এক্ষেত্রেও কাজ সর্বোচ্চ। -
৫১৮
শক্তির একক—
i. জুল
ii. kgm2s−2
iii. ইলেকট্রন ভোল্ট
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
তিনটিই শক্তির একক, তাই i, ii ও iii সঠিক।
i. জুল শক্তি ও কাজের SI একক; 1 J = 1 N × 1 m।
ii. 1 J = 1 Nm = 1 kgms−2 × m = 1 kgm2s−2, তাই kgm2s−2 জুলেরই মৌলিক এককে রূপ; মাত্রা ML2T−2।
iii. ইলেকট্রন ভোল্ট পারমাণবিক স্তরে শক্তির একক; 1 eV = 1.6 × 10−19 J।
শক্তির অন্যান্য একক: আর্গ (1 J = 107 erg), kWh (1 kWh = 3.6 × 106 J), ক্যালরি (1 cal = 4.2 J)। -
৫১৯
বল, সরণ ও কাজের মধ্যে সম্পর্ক হলো—
- ক W = F · s
- খ W = F × s
- গ W = Fs sinθ
- ঘ W = F × s cosθ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) W = F · s
কাজ বল ও সরণের স্কেলার গুণফল: W = F · s = Fs cosθ, তাই কাজ একটি স্কেলার রাশি।
F × s ভেক্টর গুণফল, যার মান Fs sinθ; এটি কাজ নয়।
একই গঠনের অন্য ভেক্টর গুণফলের উদাহরণ টর্ক τ = r × F।
ক্ষমতাও স্কেলার গুণফল: P = F · v। -
৫২০
একটি হাল্কা ও একটি ভারী বস্তুর ভরবেগ একই, কোনটির গতিশক্তি বেশি?
i. হাল্কা বস্তুটির
ii. ভারী বস্তুটির
iii. উভয়ের সমান
নিচের কোনটি সঠিক?- ক i
- খ ii
- গ iii
- ঘ i, ii ও iii
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) i
গতিশক্তি ও ভরবেগের সম্পর্ক E = p22m; p সমান হলে E ∝ 1m।
তাই যে বস্তুর ভর কম অর্থাৎ হাল্কা বস্তুটির গতিশক্তি বেশি; কেবল i সঠিক।
ii ভুল, কারণ ভারী বস্তুর হরে m বড়, গতিশক্তি কম।
iii ভুল, কারণ ভর ভিন্ন হলে সমান ভরবেগে গতিশক্তি সমান হতে পারে না।
বিপরীতে গতিশক্তি সমান হলে p = 2mE, তখন ভারী বস্তুর ভরবেগ বেশি।
কাজ, শক্তি ও ক্ষমতা নিয়ে পরীক্ষা দাও
শুধু এই অধ্যায়ের প্রশ্ন দিয়ে একটা এক্সাম বানাও — সময় ধরে, নেগেটিভ মার্কিংসহ।