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।
-
৫৪১
একটি পানিপূর্ণ কুয়ার গভীরতা 10 m এবং ব্যাস 1.5 m। একটি পাম্প 25 মিনিটে কুয়াটিকে পানিশূন্য করতে পারে।
0.4 HP ক্ষমতার আরও একটি পাম্প যুক্ত করলে কী পরিমাণ সময় সাশ্রয় হবে?- ক 24.36 মিনিট
- খ 8.52 মিনিট
- গ 16.48 মিনিট
- ঘ 0.63 মিনিট
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 8.52 মিনিট
এখানে, W = 865901.5 J, P1 = 577.27 W, P2 = 0.4 HP = 0.4 × 746 = 298.4 W, t1 = 25 min
আমরা জানি, t2 = WP1 + P2
∴ t2 = 865901.5577.27 + 298.4 = 865901.5875.67 = 988.8 s = 16.48 min
∴ সাশ্রয়কৃত সময় = t1 − t2 = 25 − 16.48 = 8.52 min
16.48 min হলো দুই পাম্প একসাথে চালালে প্রয়োজনীয় সময়, সাশ্রয় নয়। -
৫৪২
m ভরের একটি বস্তু E গতিশক্তিতে চলছে। এর রৈখিক ভরবেগ কত?
- ক mE
- খ 2mE
- গ mE
- ঘ 2 mE
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 2mE
আমরা জানি, E = p22m
∴ p2 = 2mE বা, p = 2mE
একক যাচাই: kg × J = kg2 m2 s−2 = kgms−1, যা ভরবেগের একক। -
৫৪৩
একটি মার্বেলকে সুতায় বেঁধে বৃত্তাকার পথে ঘুরালে কাজের পরিমাণ হবে—
- ক সর্বোচ্চ
- খ ঋণাত্মক
- গ শূন্য
- ঘ ধনাত্মক
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) শূন্য
সুতায় বাঁধা মার্বেল বৃত্তাকার পথে ঘুরালে সুতার টান (কেন্দ্রমুখী বল) সবসময় কেন্দ্রের দিকে, আর সরণ স্পর্শক বরাবর।
তাই θ = 90°, W = Fs cos90° = 0, কাজ শূন্য।
একই কারণে পৃথিবীর চারদিকে বৃত্তাকার কক্ষপথে ঘূর্ণায়মান উপগ্রহের ওপর মহাকর্ষ বলের কাজ শূন্য।
কেন্দ্রমুখী বল গতির দিক বদলায়, কিন্তু দ্রুতি ও গতিশক্তি বদলায় না। -
৫৪৪
200 g ভরের একটি বস্তু 100 m ওপর থেকে পড়লে ভূমি স্পর্শ করার পূর্ব মুহূর্তে এর গতিশক্তি কত?
- ক 196 J
- খ 39.2 J
- গ 78.4 J
- ঘ 98 J
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 196 J
এখানে, m = 200 g = 0.2 kg, h = 100 m, g = 9.8 ms−2
আমরা জানি, ভূমি স্পর্শের পূর্ব মুহূর্তে গতিশক্তি = হারানো বিভবশক্তি, Ek = mgh
∴ Ek = 0.2 × 9.8 × 100 = 196 J
যান্ত্রিক শক্তির সংরক্ষণ অনুযায়ী মুক্তভাবে পড়ন্ত বস্তুর বিভবশক্তি ও গতিশক্তির যোগফল সব অবস্থানে সমান থাকে। -
৫৪৫
1 kg ভরের একটি বস্তুকে 0.5 m ব্যাসার্ধের একটি অনুভূমিক বৃত্তাকার পথে 2 ms−1 সমদ্রুতিতে ঘোরানো হচ্ছে। এক পূর্ণ ঘূর্ণনের জন্য প্রয়োজনীয় কাজের মান কত?
- ক 1 J
- খ 4 J
- গ 0 J
- ঘ 2 J
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 0 J
সমদ্রুতিতে বৃত্তাকার পথে ঘোরাতে যে বল লাগে তা কেন্দ্রমুখী বল, যা সবসময় ব্যাসার্ধ বরাবর কেন্দ্রের দিকে ক্রিয়া করে।
প্রতিটি মুহূর্তে সরণ (স্পর্শক বরাবর) ও কেন্দ্রমুখী বলের মধ্যবর্তী কোণ θ = 90°, তাই W = Fs cos90° = 0।
তাছাড়া দ্রুতি অপরিবর্তিত থাকায় গতিশক্তির পরিবর্তন শূন্য, কাজ-শক্তি উপপাদ্য অনুযায়ী কাজও শূন্য।
এক পূর্ণ ঘূর্ণনে মোট সরণও শূন্য; তাই ভর, ব্যাসার্ধ বা দ্রুতি যা-ই হোক, কাজ = 0 J। -
৫৪৬
একটি কুয়ার গভীরতা 10 m এবং ব্যাস 6 m। একটা পাম্পের সাহায্যে কুয়াটিকে 20 মিনিটে সম্পূর্ণ পানি শূন্য করা হলে পাম্পের ক্ষমতা কত?
- ক 15.5 HP
- খ 2.14 HP
- গ 3.12 HP
- ঘ 3.58 HP
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 15.5 HP
এখানে, কুয়ার গভীরতা h = 10 m, ব্যাসার্ধ r = 62 = 3 m, সময় t = 20 min = 1200 s, ρ = 1000 kgm−3, g = 9.8 ms−2
আমরা জানি, পানির ভর m = πr2hρ এবং পানির ভারকেন্দ্র h2 উচ্চতায় ওঠে, তাই P = mg(h2)t
∴ m = 3.1416 × 32 × 10 × 1000 = 282743 kg
∴ P = 282743 × 9.8 × 51200 = 11545 W = 11545746 HP ≈ 15.5 HP -
৫৪৭
15 ওয়াট ক্ষমতা বলতে বুঝায়—
- ক 1 সেকেন্ডে 15 জুল কাজ
- খ 3 সেকেন্ডে 5 জুল কাজ
- গ 5 সেকেন্ডে 3 জুল কাজ
- ঘ 15 সেকেন্ডে 1 জুল কাজ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 1 সেকেন্ডে 15 জুল কাজ
ক্ষমতা হলো একক সময়ে সম্পাদিত কাজ, P = Wt; এর SI একক ওয়াট (W) = Js−1।
15 W ক্ষমতা মানে প্রতি সেকেন্ডে 15 J কাজ করা বা 15 J শক্তি রূপান্তর।
3 সেকেন্ডে 5 J কাজে ক্ষমতা ≈ 1.67 W, 5 সেকেন্ডে 3 J কাজে 0.6 W, আর 15 সেকেন্ডে 1 J কাজে ≈ 0.067 W।
1 kW = 1000 W, 1 HP = 746 W। -
৫৪৮
বস্তুর আকার পরিবর্তনের জন্য স্থিতিশক্তি লাভ করে—
i. ধনুকে তীর লাগিয়ে টানলে
ii. ধাতব পাতকে বাঁকালে
iii. রবারকে প্রসারিত করলে
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
তিনটি ক্ষেত্রেই বস্তুর আকার বা আকৃতির পরিবর্তন ঘটে বলে স্থিতিস্থাপক বিভবশক্তি সঞ্চিত হয়।
i. ধনুকে তীর লাগিয়ে টানলে ধনুক বেঁকে যায়, সঞ্চিত বিভবশক্তি ছাড়লে তীরের গতিশক্তিতে রূপান্তরিত হয় — সঠিক।
ii. ধাতব পাত বাঁকালে এর বিকৃতিজনিত বিভবশক্তি জমা হয় — সঠিক।
iii. রবার প্রসারিত করলে (যেমন গুলতি) স্থিতিস্থাপক বিভবশক্তি সঞ্চিত হয় — সঠিক।
অবস্থানের কারণে (উচ্চতায় তোলা) যে বিভবশক্তি জমে তা অভিকর্ষজ বিভবশক্তি। -
৫৪৯
ক্ষমতা P, বল F ও বেগ v-এর মধ্যে সম্পর্ক হলো—
- ক P = Fv
- খ F = Pv2
- গ P = Fv
- ঘ v = PF
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) P = Fv
ক্ষমতা P = Wt = Fst = F(st) = Fv; অর্থাৎ ক্ষমতা = বল × বেগ।
বল ও বেগ θ কোণে থাকলে P = F · v = Fv cosθ।
এ থেকে F = Pv এবং v = PF; তাই P = Fv, F = Pv2 বা v = PF — কোনোটিই মাত্রাগতভাবে শুদ্ধ নয়।
একই ক্ষমতার ইঞ্জিনে বেগ কম হলে টানবল বেশি পাওয়া যায় (যেমন খাড়া পথে গাড়ি নিচু গিয়ারে চলে)। -
৫৫০
2 N বল কোনো নির্দিষ্ট ভরের বস্তুর ওপর ক্রিয়া করায় বস্তুটির বলের দিকের সাথে 60° কোণ উৎপন্ন করে 5 m দূরে সরে গেলে কাজের পরিমাণ কত?

- ক 5 J
- খ 8 J
- গ 6 J
- ঘ 10 J
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 5 J
এখানে, F = 2 N, s = 5 m, বল ও সরণের মধ্যবর্তী কোণ θ = 60°
আমরা জানি, W = Fs cosθ
∴ W = 2 × 5 × cos60° = 2 × 5 × 0.5 = 5 J
চিত্রে বল উল্লম্ব BC বরাবর এবং সরণ ঢাল BA বরাবর, এদের মধ্যবর্তী কোণ 60°। -
৫৫১
চিত্রে অনুভূমিকের সাথে θ কোণে আনত একটি ঘর্ষণ-বিহীন ঢালে একটি m kg ভরের বক্সকে দেখানো হলো। বক্সটিকে ঢালের ওপরের দিকে ধ্রুববেগে গতিশীল করতে এর ওপর ঢালের সমান্তরালে F বল প্রয়োগ করা হলো।

বক্সটিকে ঢালের ওপরের দিকে 'x' m দূরত্ব অতিক্রম করার জন্য কত কাজ করতে হবে?- ক mgx sinθ
- খ mgh cosθ
- গ mgx cosθ
- ঘ mgh sinθ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) mgx sinθ
ধ্রুববেগে গতি বলে লব্ধি বল শূন্য; ঘর্ষণহীন ঢালে তাই প্রযুক্ত বল F = mg sinθ (ঢাল বরাবর নিচের দিকে ওজনের উপাংশের সমান)।
আমরা জানি, W = Fx, যেখানে বল ও সরণ একই দিকে
∴ W = mg sinθ × x = mgx sinθ
x দূরত্ব ওঠায় উল্লম্ব উচ্চতা বাড়ে x sinθ, তাই কাজ = বিভবশক্তি বৃদ্ধি = mg(x sinθ) — একই ফল। -
৫৫২
চিত্রে অনুভূমিকের সাথে θ কোণে আনত একটি ঘর্ষণ-বিহীন ঢালে একটি m kg ভরের বক্সকে দেখানো হলো। বক্সটিকে ঢালের ওপরের দিকে ধ্রুববেগে গতিশীল করতে এর ওপর ঢালের সমান্তরালে F বল প্রয়োগ করা হলো।

এখন যদি বক্সটিকে 'v' বেগে গতিশীল রাখার জন্য বলের দিকে 'a' ত্বরণ সৃষ্টি করতে হয়, তবে কত ক্ষমতা প্রয়োগ করতে হবে?- ক mgv + mav sinθ
- খ mav + mgv sinθ
- গ mav + mgv cosθ
- ঘ mgv + mav cosθ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) mav + mgv sinθ
এখন ঢাল বরাবর ওপরের দিকে a ত্বরণ সৃষ্টি করতে লব্ধি বল ma লাগবে, সাথে ওজনের উপাংশ mg sinθ অতিক্রম করতে হবে।
আমরা জানি, F = ma + mg sinθ এবং ক্ষমতা P = Fv
∴ P = (ma + mg sinθ)v = mav + mgv sinθ
ঢাল বরাবর ওজনের উপাংশ mg sinθ, আর ঢালের লম্ব বরাবর উপাংশ mg cosθ (যা অভিলম্ব প্রতিক্রিয়া দ্বারা প্রশমিত হয়)। -
৫৫৩
অসংরক্ষণশীল বলের উদাহরণ কোনটি?
- ক ঘর্ষণ বল ও সান্দ্র বল
- খ বৈদ্যুতিক বল ও কুলম্ব বল
- গ চুম্বক বল ও নিউক্লীয় বল
- ঘ অভিকর্ষজ বল ও মহাকর্ষ বল
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) ঘর্ষণ বল ও সান্দ্র বল
ঘর্ষণ বল ও সান্দ্র বল অসংরক্ষণশীল বল — এদের বিরুদ্ধে কাজ পথের ওপর নির্ভর করে এবং বদ্ধ পথে মোট কাজ শূন্য হয় না (শক্তি তাপ হিসেবে ক্ষয় হয়)।
সংরক্ষণশীল বলে কৃত কাজ শুধু আদি ও শেষ অবস্থানের ওপর নির্ভর করে, বদ্ধ পথে কাজ শূন্য।
সংরক্ষণশীল বলের উদাহরণ: অভিকর্ষজ বল, মহাকর্ষ বল, স্থির তড়িৎ (কুলম্ব) বল, চৌম্বক বল, আদর্শ স্প্রিং বল, নিউক্লীয় বল।
অসংরক্ষণশীল বলের আরও উদাহরণ: বায়ুর বাধা, প্লাস্টিক বিকৃতিজনিত বল। -
৫৫৪
ভূমির সাথে 30° কোণে আনত 5 m দীর্ঘ একটি ঢালু পথে 100 g ভরবিশিষ্ট একটি বস্তু যে গতিশক্তি প্রাপ্ত হবে—
- ক 0.49 J
- খ 2.45 J
- গ 0.048 J
- ঘ 1.225 J
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 2.45 J
এখানে, m = 100 g = 0.1 kg, ঢালের দৈর্ঘ্য l = 5 m, θ = 30°, g = 9.8 ms−2
আমরা জানি, উল্লম্ব উচ্চতা h = l sinθ এবং ঘর্ষণহীন ঢালের শীর্ষ থেকে পাদদেশে নামলে Ek = mgh
∴ h = 5 × sin30° = 2.5 m
∴ Ek = 0.1 × 9.8 × 2.5 = 2.45 J -
৫৫৫
বল ও সরণের মধ্যবর্তী কোণ θ হলে ঋণাত্মক কাজের শর্ত হবে—
- ক 180° ≥ θ ≥ 90°
- খ 180° ≥ θ > 90°
- গ 180° ≤ θ ≤ 90°
- ঘ 180° < θ ≤ 90°
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 180° ≥ θ > 90°
W = Fs cosθ; cosθ ঋণাত্মক হলে কাজ ঋণাত্মক, আর 90° < θ ≤ 180° সীমায় cosθ < 0।
θ = 90° হলে cos90° = 0, কাজ শূন্য; তাই 90° সীমার মধ্যে পড়ে না, আর θ = 180° হলে W = −Fs (সর্বোচ্চ ঋণাত্মক)।
তাই শর্ত: 180° ≥ θ > 90°।
0° ≤ θ < 90° হলে কাজ ধনাত্মক (যেমন পড়ন্ত বস্তুর ওপর অভিকর্ষের কাজ), θ > 90° হলে ঋণাত্মক (যেমন ঘর্ষণ বলের কাজ)। -
৫৫৬
একটি স্প্রিং-এর এক প্রান্ত দৃঢ় অবলম্বনে আটকিয়ে অপর প্রান্তে ভর ঝুলিয়ে স্প্রিংটি ওপরে নিচে দুলতে দেওয়া হলো। নিচের লেখচিত্রে নির্দেশ করা যায়।
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ)
আদর্শ স্প্রিং-ভর দোলনে কেবল স্প্রিং বল ও অভিকর্ষ বল (দুটিই সংরক্ষণশীল) ক্রিয়া করে, তাই মোট যান্ত্রিক শক্তি সময়ের সাথে ধ্রুব থাকে।
দোলনের সময় গতিশক্তি ও বিভবশক্তি পর্যায়ক্রমে পরস্পরে রূপান্তরিত হয়, কিন্তু এদের যোগফল একই থাকে।
তাই মোট শক্তি বনাম সময় লেখচিত্র সময় অক্ষের সমান্তরাল একটি সরলরেখা (গ চিত্র)।
বাতাসের বাধা বা ঘর্ষণ থাকলে (অবমন্দিত দোলন) মোট শক্তি সময়ের সাথে ক্রমশ কমত। -
৫৫৭
একটি রাইফেলের গুলির বেগ দ্বিগুণ করলে তার গতিশক্তি কতগুণ বাড়বে?
- ক 2
- খ 4
- গ 8
- ঘ 16
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 4
এখানে, আদি বেগ v1 = v, শেষ বেগ v2 = 2v
আমরা জানি, Ek = (12)mv2, অর্থাৎ Ek ∝ v2
∴ E2E1 = (v2v1)2 = 22 = 4, অর্থাৎ গতিশক্তি 4 গুণ হবে
বেগ n গুণ হলে গতিশক্তি n2 গুণ হয়; এ কারণে দ্বিগুণ বেগের গুলি একই তক্তার চার গুণ গভীরে ঢুকতে পারে। -
৫৫৮
2 ক্যালরি তাপ সম্পূর্ণরূপে কাজে রূপান্তরিত হলে কত কাজ হবে?
- ক 8.2 J
- খ 4.2 J
- গ 8.4 J
- ঘ 4.8 J
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 8.4 J
এখানে, তাপ Q = 2 cal, তাপের যান্ত্রিক সমতা J = 4.2 J cal−1
আমরা জানি, W = JQ
∴ W = 4.2 × 2 = 8.4 J
1 cal = 4.2 J (সূক্ষ্ম মান 4.186 J) — অর্থাৎ 1 ক্যালরি তাপ সম্পূর্ণ কাজে রূপান্তরিত হলে 4.2 J কাজ পাওয়া যায়। -
৫৫৯
কোনো গতিশীল বস্তুর গতিশক্তি Ek এবং ভরবেগ P হলে P বনাম E লেখচিত্রটি হবে—
- ক অধিবৃত্ত
- খ আয়তাকার পরাবৃত্ত
- গ উপবৃত্ত
- ঘ সরলরেখা
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) সরলরেখা
আমরা জানি, E = p22m, তাই p = 2mE = 2m × E
নির্দিষ্ট ভরের জন্য 2m ধ্রুবক, তাই p ∝ E, যা y = mx আকারের মূলবিন্দুগামী সরলরেখা।
একইভাবে p বনাম E লেখচিত্র পরাবৃত্ত (p2 = 2mE), আর E বনাম p লেখচিত্রও পরাবৃত্ত (E = p22m)।
একই গতিশক্তির জন্য p বনাম m লেখচিত্রও পরাবৃত্ত (p2 ∝ m), আর xy = ধ্রুবক ধরনের সম্পর্কে আয়তাকার পরাবৃত্ত পাওয়া যায়। -
৫৬০
পড়ন্ত অবস্থায় ভূমি হতে 5 m উঁচুতে বিভবশক্তি ও গতিশক্তির অনুপাত কোনটি?
- ক 1:2
- খ 1:3
- গ 1:4
- ঘ 2:1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 1:3
এখানে, আদি উচ্চতা H = 20 m, বর্তমান উচ্চতা h = 5 m, অতিক্রান্ত দূরত্ব H − h = 15 m
আমরা জানি, বিভবশক্তি Ep = mgh এবং গতিশক্তি Ek = mg(H − h)
∴ Ep : Ek = mg × 5 : mg × 15 = 1 : 3
সাধারণভাবে Ep : Ek = h : (H − h); যান্ত্রিক শক্তি সংরক্ষিত থাকে।
কাজ, শক্তি ও ক্ষমতা নিয়ে পরীক্ষা দাও
শুধু এই অধ্যায়ের প্রশ্ন দিয়ে একটা এক্সাম বানাও — সময় ধরে, নেগেটিভ মার্কিংসহ।