তরল এবং কঠিন পদার্থের ঘনত্ব নির্ধারণ করতে, আপনাকে তাদের ভর এবং আয়তন জানতে হবে। যদি ভর পরিমাপ করতে কোন সমস্যা না হয়, তাহলে শরীরের আয়তনের সঠিক মান পাওয়া যাবে যদি এটি একটি পরিচিত নিয়মিত জ্যামিতিক আকৃতি থাকে, উদাহরণস্বরূপ, একটি প্রিজম বা পিরামিডের আকৃতি। যদি শরীরের একটি নির্বিচারে আকৃতি থাকে, তবে আদর্শ জ্যামিতিক উপায়ে এর আয়তন সঠিকভাবে নির্ধারণ করা অসম্ভব। যাইহোক, একটি তরল বা কঠিন পদার্থের ঘনত্বের মান হাইড্রোস্ট্যাটিক ব্যালেন্স ব্যবহার করে উচ্চ নির্ভুলতার সাথে পরিমাপ করা যেতে পারে।
ঐতিহাসিক পটভূমি
মানবজাতি প্রাচীনকাল থেকেই দেহের আয়তন এবং ঘনত্ব পরিমাপের বিষয়ে আগ্রহী। বেঁচে থাকা ঐতিহাসিক প্রমাণ অনুসারে, আর্কিমিডিস প্রথম সফলভাবে এই সমস্যাটির সমাধান করেছিলেন যখন তিনি সোনার মুকুটটি নকল কিনা তা নির্ধারণ করার জন্য তাকে দেওয়া দায়িত্বের সাথে মোকাবিলা করেছিলেন।
আর্কিমিডিসখ্রিস্টপূর্ব তৃতীয় শতাব্দীতে বসবাস করতেন। এটির আবিষ্কারের পর, একটি উদ্ভাবন তৈরি করতে মানবজাতির প্রায় 2000 বছর লেগেছে যা গ্রীক দ্বারা প্রণীত ভৌত নীতিকে তার কাজে ব্যবহার করে। এটি একটি হাইড্রোস্ট্যাটিক ভারসাম্য। 1586 সালে গ্যালিলিও আবিষ্কার করেন। এই ভারসাম্যগুলি দীর্ঘকাল ধরে সঠিকভাবে বিভিন্ন তরল এবং কঠিন পদার্থের ঘনত্ব পরিমাপের প্রধান উপায়। গ্যালিলিওর হাইড্রোস্ট্যাটিক ব্যালেন্সের একটি ছবি নীচে দেখানো হয়েছে৷
পরবর্তীকালে, তাদের বিভিন্নতা দেখা দেয় - মোহর-ওয়েস্টফাল আঁশ। তাদের মধ্যে, দুটি অভিন্ন লিভারের পরিবর্তে, শুধুমাত্র একটি ব্যবহার করা হয়েছিল, যার উপর পরিমাপ করা লোড স্থগিত করা হয়েছিল এবং যার সাথে ভারসাম্য অর্জনের জন্য একটি পরিচিত ভরের লোড স্লিড হয়েছিল। মোহর-ওয়েস্টফাল স্কেল নীচে দেখানো হয়েছে৷
বর্তমানে, বৈজ্ঞানিক পরীক্ষাগারগুলিতে হাইড্রোস্ট্যাটিক ভারসাম্য খুব কমই দেখা যায়। এগুলিকে আরও নির্ভুল এবং সহজে ব্যবহারযোগ্য যন্ত্র যেমন পাইকনোমিটার বা ইলেকট্রনিক স্কেল দ্বারা প্রতিস্থাপিত করা হয়েছে৷
গ্যালিলিওর দাঁড়িপাল্লার উপাদান
এই যন্ত্রটির একই দৈর্ঘ্যের দুটি বাহু রয়েছে যা একটি কেন্দ্রীয় অনুভূমিক অক্ষের চারপাশে অবাধে ঘুরতে পারে। প্রতিটি লিভারের শেষ থেকে একটি কাপ সাসপেন্ড করা হয়। এটি পরিচিত ভরের ওজন ধরে রাখার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। কাপের নীচে একটি হুক রয়েছে। আপনি এটি থেকে বিভিন্ন লোড ঝুলিয়ে রাখতে পারেন।
ওজন ছাড়াও, হাইড্রোস্ট্যাটিক ব্যালেন্সে দুটি ধাতব সিলিন্ডার রয়েছে। তাদের একই ভলিউম রয়েছে, তাদের মধ্যে শুধুমাত্র একটি সম্পূর্ণরূপে ধাতু দিয়ে তৈরি এবং দ্বিতীয়টি ফাঁপা। এছাড়াও একটি গ্লাস সিলিন্ডার অন্তর্ভুক্ত।যা পরিমাপের সময় তরলে ভরা হয়।
আর্কিমিডিসের আইন প্রদর্শন করতে এবং তরল এবং কঠিন পদার্থের ঘনত্ব নির্ধারণ করতে প্রশ্নে থাকা যন্ত্রটি ব্যবহার করা হয়।
আর্কিমিডিসের আইনের প্রদর্শন
আর্কিমিডিস প্রতিষ্ঠা করেছিলেন যে একটি তরলে নিমজ্জিত একটি দেহ এটিকে স্থানচ্যুত করে এবং স্থানচ্যুত তরলের ওজন শরীরের উপর ঊর্ধ্বমুখী প্রফুল্ল শক্তির সমান। আমরা দেখাব কিভাবে হাইড্রোস্ট্যাটিক ব্যালেন্স ব্যবহার করে এই আইন যাচাই করা যায়।
যন্ত্রের বাম বাটিতে আমরা প্রথমে একটি ফাঁপা ধাতব সিলিন্ডার ঝুলিয়ে রাখব এবং তারপরে একটি সম্পূর্ণ। আমরা যন্ত্রের ভারসাম্যের জন্য দাঁড়িপাল্লার ডান দিকে ওজন রাখি। এখন কাচের সিলিন্ডারটি জল দিয়ে পূর্ণ করা যাক এবং বাম পাত্রের সম্পূর্ণ ধাতব ওজনটি এতে রাখুন যাতে এটি সম্পূর্ণরূপে নিমজ্জিত হয়। এটি লক্ষ্য করা যায় যে ডান বাটির ওজন বেশি হবে এবং ডিভাইসের ভারসাম্য বিঘ্নিত হবে।
তারপর আমরা ফাঁপা উপরের সিলিন্ডারে জল আঁকি। আসুন দেখি কিভাবে দাঁড়িপাল্লা আবার তাদের ভারসাম্য পুনরুদ্ধার করে। যেহেতু ধাতব সিলিন্ডারের আয়তন সমান, তাই দেখা যাচ্ছে যে একটি পূর্ণ সিলিন্ডার দ্বারা স্থানচ্যুত হওয়া জলের ওজন তরল থেকে এটিকে ঠেলে দেওয়ার শক্তির সমান হবে৷
নিচের ছবিটি বর্ণনা করা অভিজ্ঞতা তুলে ধরে।
কঠিন পদার্থের ঘনত্ব পরিমাপ
এটি হাইড্রোস্ট্যাটিক ওজনের দাঁড়িপাল্লার অন্যতম প্রধান কাজ। পরীক্ষাটি নিম্নলিখিত ধাপগুলির আকারে করা হয়:
- শরীরের ওজন পরিমাপ করা হয়, যার ঘনত্ব খুঁজে পাওয়া উচিত। এটি করার জন্য, এটি একটি বাটির হুক থেকে স্থগিত করা হয় এবং উপযুক্ত ভরের ওজন দ্বিতীয় বাটিতে স্থাপন করা হয়। আসুন আমরা যা পেয়েছি তা বোঝাইলোড চিহ্নের ওজনের মান m1.
- পরিমাপ করা দেহটি পাতিত জলে ভরা একটি কাচের সিলিন্ডারে সম্পূর্ণ নিমজ্জিত। এই অবস্থানে, শরীরের আবার ওজন করা হয়। ধরুন পরিমাপ করা ভর ছিল m2.
- নিম্নলিখিত সূত্র ব্যবহার করে ঘনত্বের মান ρs গণনা করুন:
ρs=ρlm1/(m 1- m2)
এখানে ρl=1 g/cm3 হল পাতিত জলের ঘনত্ব৷
এইভাবে, একটি কঠিন দেহের ঘনত্ব নির্ণয় করতে, বাতাসে এবং তরল পদার্থে এর ওজন পরিমাপ করা প্রয়োজন যার ঘনত্ব জানা যায়।
তরল পদার্থের ঘনত্ব নির্ণয়
আর্কিমিডিসের নীতি, যা হাইড্রোস্ট্যাটিক ব্যালেন্স পরিচালনার ভিত্তি, আপনাকে প্রশ্নে থাকা ডিভাইসটি ব্যবহার করে যে কোনও তরলের ঘনত্ব পরিমাপ করতে দেয়। আসুন বর্ণনা করি কিভাবে এটি করা হয়:
- একটি নির্বিচারে লোড নেওয়া হয়। এটি একটি ধাতব কঠিন সিলিন্ডার বা নির্বিচারে আকৃতির অন্য কোন শরীর হতে পারে। তারপরে, লোডটিকে একটি পরিচিত ঘনত্ব ρl1 সহ একটি তরলে নিমজ্জিত করা হয় এবং লোডের ওজন মাপা হয় m1.
- একই লোড একটি অজানা ঘনত্ব ρl2 সহ একটি তরলে সম্পূর্ণ নিমজ্জিত। এই ক্ষেত্রে এর ভরের মান লিখুন (m2)।
- মাপা মানগুলি সূত্রে প্রতিস্থাপিত হয় এবং তরলের ঘনত্ব নির্ধারণ করে ρl2:
ρl2=ρl1m2/m ১
Bপাতিত জল প্রায়ই পরিচিত ঘনত্বের সাথে তরল হিসাবে ব্যবহৃত হয় (ρl1=1 g/cm3).
এইভাবে, গ্যালিলিওর হাইড্রোস্ট্যাটিক ভারসাম্য পদার্থ এবং পদার্থের ঘনত্ব নির্ধারণ করতে ব্যবহার করা বেশ সহজ। তাদের ফলাফলের যথার্থতা 1% এর মধ্যে।
