পদার্থ বিজ্ঞান ২য় পত্র • আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের সূচনা • Jashore Board • যশোর বোর্ড ২০২২

পদার্থ বিজ্ঞান ২য় পত্র প্রশ্ন

কবির ও আবির 30 বছর বয়সে যথাক্রমে 0.88 c এবং 0.99 c বেগে গতিশীল দুটি মহাশূন্যযানে করে মহাকাশ ভ্রমণে গেলেন। পৃথিবীর হিসেবে 20 বছর পর তারা পৃথিবীতে ফিরে এলেন ।

  1. ক)

    আইনস্টাইনের আপেক্ষিকতার দ্বিতীয় স্বীকার্যটি লেখ ।

    (1)
  2. খ)

    কী শর্তে লরেন্টজ রূপান্তর গ্যালিলীয় রূপান্তরে কিংবা গ্যালিলীয় রূপান্তর লরেন্টজ রূপান্তরে পরিবর্তিত হয়— ব্যাখ্যা কর ।

    (2)
  3. গ)

    উদ্দীপকের আলোক পৃথিবীতে ফিরে আসার পর তাদের বয়সের ব্যবধান কত হবে?

    (3)
  4. ঘ)

    যাত্রাকালে পৃথিবীতে উভয়ের ভর 70kg হলে গতিশীল অবস্থায় তাদের ভর সমান হবে কিনা— গাণিতিক বিশ্লেষণের মাধ্যমে দেখাও।

    (4)

উত্তর ও ব্যাখ্যা

  1. ক)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর

    আইনস্টাইনের বিশেষ আপেক্ষিকতার দ্বিতীয় স্বীকার্য (বা আলোর দ্রুতির ধ্রুবতা নীতি): শূন্য মাধ্যমে আলোর দ্রুতি পর্যবেক্ষণকারী বা আলোর উৎসের গতির ওপর নির্ভর করে না এবং তা সকল জড় প্রসঙ্গ কাঠামোতেই একটি নির্দিষ্ট ধ্রুব মান (c) বজায় রাখে।

  2. খ)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর

    লরেন্টজ রূপান্তর ও গ্যালিলীয় রূপান্তরের মধ্যকার সম্পর্ক আপেক্ষিক বেগের ওপর নির্ভরশীল।
    ১. গতিশীল প্রসঙ্গ কাঠামোর বেগ আলোর বেগের তুলনায় অত্যন্ত নগণ্য হলে, অর্থাৎ v << c হলে, v/c ≈ 0 হয়। ফলে লরেন্টজ গুণক γ = 1/√(1 - v²/c²) ≈ 1 হয় এবং vx/c² ≈ 0 হয়। এই শর্তে লরেন্টজ রূপান্তরের সমীকরণসমূহ পরিবর্তিত হয়ে ক্লাসিক্যাল গ্যালিলীয় রূপান্তরে রূপান্তরিত হয়।
    ২. অপরপক্ষে, আপেক্ষিক বেগ v বৃদ্ধি পেয়ে যখন আলোর বেগের (c) কাছাকাছি পৌঁছায়, তখন গ্যালিলীয় রূপান্তর আর কার্যকর থাকে না; তা সংশোধন করে লরেন্টজ রূপান্তরের রূপ নেয়।

  3. গ)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর

    দেওয়া আছে,
    যাত্রার শুরুতে কবির ও আবিরের বয়স = ৩০ বছর।
    পৃথিবীর পর্যবেক্ষকের সাপেক্ষে অতিক্রান্ত সময়, t=20t = 20 বছর।
    কবিরের মহাকাশযানের বেগ, v1=0.88cv_1 = 0.88c
    আবিরের মহাকাশযানের বেগ, v2=0.99cv_2 = 0.99c

    কাল দীর্ঘায়নের সূত্রানুযায়ী,
    t=t01−v2/c2t = \frac{t_0}{\sqrt{1 - v^2/c^2}}
    বা, t0=t×1−v2/c2t_0 = t \times \sqrt{1 - v^2/c^2}

    কবিরের ক্ষেত্রে অতিবাহিত সময়,
    t0,কবির=20×1−(0.88c/c)2t_{0,\text{কবির}} = 20 \times \sqrt{1 - (0.88c/c)^2}
    =20×1−0.7744= 20 \times \sqrt{1 - 0.7744}
    =20×0.2256= 20 \times \sqrt{0.2256}
    ≈20×0.47497=9.50\approx 20 \times 0.47497 = 9.50 বছর।

    অতএব, পৃথিবীতে ফিরে আসার পর কবিরের বয়স হবে = 30+9.50=39.5030 + 9.50 = 39.50 বছর।

    আবিরের ক্ষেত্রে অতিবাহিত সময়,
    t0,আবির=20×1−(0.99c/c)2t_{0,\text{আবির}} = 20 \times \sqrt{1 - (0.99c/c)^2}
    =20×1−0.9801= 20 \times \sqrt{1 - 0.9801}
    =20×0.0199= 20 \times \sqrt{0.0199}
    ≈20×0.14107=2.82\approx 20 \times 0.14107 = 2.82 বছর।

    অতএব, পৃথিবীতে ফিরে আসার পর আবিরের বয়স হবে = 30+2.82=32.8230 + 2.82 = 32.82 বছর।

    সুতরাং, পৃথিবীতে ফিরে আসার পর তাদের বয়সের ব্যবধান হবে:
    ΔT=39.50−32.82=6.68\Delta T = 39.50 - 32.82 = 6.68 বছর (বা, 9.50−2.82=6.689.50 - 2.82 = 6.68 বছর)।

  4. ঘ)

    AI-তৈরি নমুনা উত্তর

    দেওয়া আছে,
    উভয়ের নিশ্চল ভর, m0=70 kgm_0 = 70\,\text{kg}
    কবিরের মহাকাশযানের বেগ, v1=0.88cv_1 = 0.88c
    আবিরের মহাকাশযানের বেগ, v2=0.99cv_2 = 0.99c

    ভরের আপেক্ষিকতার সূত্রানুযায়ী,
    m=m01−v2/c2m = \frac{m_0}{\sqrt{1 - v^2/c^2}}

    গতিশীল অবস্থায় কবিরের ভর:
    mকবির=701−(0.88)2m_{\text{কবির}} = \frac{70}{\sqrt{1 - (0.88)^2}}
    =701−0.7744= \frac{70}{\sqrt{1 - 0.7744}}
    =700.2256= \frac{70}{\sqrt{0.2256}}
    =700.47497= \frac{70}{0.47497}
    ≈147.38 kg\approx 147.38\,\text{kg}

    গতিশীল অবস্থায় আবিরের ভর:
    mআবির=701−(0.99)2m_{\text{আবির}} = \frac{70}{\sqrt{1 - (0.99)^2}}
    =701−0.9801= \frac{70}{\sqrt{1 - 0.9801}}
    =700.0199= \frac{70}{\sqrt{0.0199}}
    =700.14107= \frac{70}{0.14107}
    ≈496.22 kg\approx 496.22\,\text{kg}

    যেহেতু mকবির≠mআবিরm_{\text{কবির}} \neq m_{\text{আবির}} (147.38 kg≠496.22 kg147.38\,\text{kg} \neq 496.22\,\text{kg}), তাই গতিশীল অবস্থায় তাদের ভর সমান হবে না; অধিক বেগে গতিশীল থাকায় আবিরের ভর কবিরের ভরের চেয়ে অনেক বেশি হবে।

আরও প্রশ্ন অনুশীলন করতে অ্যাপে যাও

সম্পর্কিত প্রশ্ন