Fluid Mechanics Experiments 1

 নিচের ভিডিওটা মন দিয়ে দেখ এবং একটু যুক্তি খোঁজার চেষ্টা করো।

প্রশ্ন: 

১) বোতলের মুখটা খোলা থাকলে নিচের ফুটো দিয়ে জল বেরিয়ে এলো কিন্তু যেই মুখটা বন্ধ করে দেওয়া হলো জল বন্ধ হয়ে গেল কেন?

২) মুখটা বন্ধ করার সাথে সাথে কেন জল বেরোনো বন্ধ হলো না ?

---------------------------------------------------------------------------

Solutions:

                                                

আমার যা যুক্তি তা নিচে লিখলাম। ভুল সংশোধন করলে খুবই উপকৃত হব।

উত্তর: এইগুলোর কারণ বায়ুমণ্ডলীয় চাপ! আমরা তা উপলব্ধি করতে পারিনা কারণ আমরা অভিযোজিত! একটু পাতিপাতি ভাবে বললে আমরা চাপ সম্পর্কে যা উপলব্ধি করি তা কোনো বস্তুকে বল প্রয়োগ করার মতো। কিন্তু বিজ্ঞানের ভাষায় একক ক্ষেত্রফলে লম্বভাবে প্রযুক্ত বলকে চাপ বলে। গাণিতিকভাবে,

      ` P = \frac {F_{丄}} {A}` .........(1)

 বা,`P= \lim_{dA\to0} \frac {F}{dA}`

যেখানে `P` চাপ, `F` ঘাতবল, এবং `A` ক্ষেত্রফলকে নির্দেশ করে।Limit দিয়ে বল(Force) কে লম্ব করে দিয়েছি! ওটা না বুঝলেও চলবে। ওটা calculus lover দের জন্য!এখান থেকে এটা বুঝতে পারছি যে চাপ বলের সমানুপাতিক কিন্তু ক্ষেত্রফলের ব্যস্তানুপাতিক! 

বাতাস একটা প্রবাহী(বা fluid)। আমরা যে 3D পৃথিবীতে বাস করছি মাটির ওপরের যেকোনো স্থানে(space) একটা বিন্দু কল্পনা করলে তার উপর সব দিক থেকে বায়ু যে চাপ প্রয়োগ করছে তা সমান যদিনা ঝড় না বয়!

ছিপি খোলা অবস্থায়:

জলের উপর কোথা কোথা থেকে চাপ প্রয়োগ হচ্ছে? বোতলের মুখ দিয়ে এবং ওই ফুটো দিয়ে। এবার আমরা একটু thought experiment করবো। এখানে কোনো ছবি দিলাম না ইচ্ছে করেই! পরের লাইনগুলো পড়তে পড়তে মাথায় situation টা ভাবার চেষ্টা করবো! আমরা কিছু ক্ষণের জন্য বোতলের ভেতরে জল হয়ে যাবো! "আমরা প্রথমে স্থির আছি। কিন্তু যখনই উপরে তাকাই ওপরের বায়ু আমাদের উপরে বল প্রয়োগ করছে, বেশ কষ্ট হচ্ছে।এখানে আর থাকতে ভালো লাগছে না। ওই, ওখানে একটা ফুটো আছে! চিদ্রটার ক্ষেত্রফল টাও কম ওখানে যে বল আসবে ওটা ওপরের থেকে অনেক টাই কম। চল ওই পাশ দিয়ে পালিয়ে চল।"

ওই ঘটনা টাই ঘটছে। এবার অনেকেই বলবে, "Give me mathamatics."! অঙ্ক করিয়ে করিয়ে একদিন মানুষ প্রকৃতিকে mathematics এর equation (সমীকরণে) এর বাধ্য করে দেবে। আচ্ছা চল উপরের সমীকরণটা কাজে লাগানোর সময় চলে এসেছে।

 আমরা ছিপি উপর চাপ কে `P_{1}` এবং ফুটোর মুখে চাপ কে `P_2`। বায়ুমণ্ডলীয় চাপ যেহেতু প্রায় একই(approx নির্ভর করছে তুমি কত accuracy চাইছো,দশমিকের পর ৩-৪ তাৎপর্যপূর্ণ সংখ্যা(significant figure) পর্যন্ত কিছু পরিবর্তন হবে না) তাই `P_1=P_2=P`যেখানে `P` হলো বায়ুমণ্ডলীয় চাপ।

যেহেতু জলের উপর প্রযুক্ত বল(ঘাত),(1) সমীকরণকে ঘুরিয়ে ফিরিয়ে লেখা

`|\vecF|= PA`

=> `F \proptoA`(যেহেতু চাপ সমান উভয় ক্ষেত্রে)

বোতলের মুখের ক্ষেত্রফল খুবই বেশি  ফুটোর থেকে, তাই তার জন্য জলের উপর বেশি বল প্রয়োগ হবে। তাই জল বেরিয়ে এসেছিলো।

এটা মোটামুটি quantitative analysis qualitative নয়।

২য় প্রশ্নের উত্তর: এটাকে ওই thought process দিয়ে করবো। ছিপি টা বন্ধ করার সাথে সাথে বায়ুমণ্ডলীয় চাপ ছিপি দিয়ে বন্ধ হয়ে গেলো কিন্তু ছিপি থেকে জলতলের মধ্যে যে স্থান (space) আছে তাতে এখনও বায়ু আছে। যারা বল প্রয়োগ করছে অন্যদিকে ফুটো দিয়ে পুরো বায়ুমণ্ডল বল প্রয়োগ করছে। একসময় ফুটো দিয়ে প্রযুক্ত বল এই লড়াই তে জিতে যাবে। আর জল আর বেরোবে না!

Fig: চাপের জন্য প্রযুক্ত বল

অন্যান্যদের যুক্তি:

সব্যসাচী এবং সুমন:

"আমার যতটা ধারনা , যখন বোতলের ছিপি খোলা ছিল তখন তরলের চাপ সহ বায়ুমন্ডলীয় চাপ ক্রিয়া করছিল তাই জল নীচের ফুটো দিয়ে বেরোচ্ছিল । যখন ছিপি বন্ধ হল।

তখন বায়ুর চাপ না থাকায় জল বন্ধ হল।

তবে আরেক টা প্রশ্ন ফুটো টা কত টা বড়ো। বড়ো হলে ছিপি বন্ধ থাকলেও তরলের নিজস্ব চাপের জন্য জল বেরোতে থাকবে"

হ্যাঁ ওটা সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ন। এটা নিয়ে আর একটা page লেখা যেতে পারে। এটা নিয়ে কার কি বক্তব্য জানিও comment এ।

Anonymous:

"যখন বোতলের ছিপি খোলা থাকে তখন বোতলের পারিপার্শ্বিক চাপ কম হয় আর আর তখন বোতলের এর ওপরে ঊর্ধ্বমুখী বায়ুমন্ডলীয় চাপ বেশি হয় তাই জলটি পরে

আর যখন বোতলের ছিপি বন্ধ থাকে তখন বোতলের চারপাশের পারিপার্শ্বিক চাপ বেশি হয় এবং বোতলের ওপর এর ঊর্ধ্বমুখী বায়ুমন্ডলীয় চাপ কম হয় তাই জল পড়া বন্ধ হয়ে যায়"