আর্কিমিডিসের নীতি নিয়ে বিস্তারিত জানবো এখন আমরা। আমাদের প্রাত্যহিক জীবনের অভিজ্ঞতা থেকে দেখতে পাই যে কোনো কঠিন বস্তুকে পানিতে ডুবালে হাল্কা বলে মনে হয়। তোমরা যারা সাঁতার কাটতে জানো তারা নিশ্চয়ই লক্ষ করেছ পানির ভিতরে নিজেদেরকে অনেক হালকা মনে হয়। শুধু পানি নয়, যে কোনো তরল বা বায়বীয় পদার্থে কোনো বস্তু ডুবালে এর ওজন কম মনে হয়। এর কারণ, তরল বা বায়বীয় পদার্থে ডুবন্ত অবস্থায় বস্তুর উপর ক্রিয়াশীল ঊর্ধ্বচাপজনিত বল বস্তুর ওজনের বিপরীত দিকে ক্রিয়া করে, ফলে বস্তুর ওজন কম মনে হয়। বস্তুর প্লবতার জন্য এরকম হয়।
কোনো বস্তু সম্পূর্ণ বা আংশিকভাবে কোনো স্থির তরল বা বায়বীয় পদার্থে নিমজ্জিত করলে তরল বা বায়বীয় পদার্থের চাপের জন্য বস্তু উপরের দিকে যে লব্ধি বল অনুভব করে তাকে প্লবতা বলে।
তরল বা বায়বীয় পদার্থে নিমজ্জিত বস্তুর উপর তরল বা বায়বীয় পদার্থ যে ঊর্ধ্বমুখী বল প্রয়োগ করে গ্রিক বিজ্ঞানী আর্কিমিডিস সর্বপ্রথম তা পরিমাপ করতে সক্ষম হন। তার পরীক্ষার ফলাফল বর্তমানে আর্কিমিডিসের নীতি নামে পরিচিত।
আর্কিমিডিসের নীতি
বস্তুকে কোনো স্থির তরল অথবা বায়বীয় পদার্থে আংশিক বা সম্পূর্ণ ডুবালে বস্তুটি কিছু ওজন হারায়। এই হারানো ওজন বস্তুটির দ্বারা অপসারিত তরল বা বায়বীয় পদার্থের ওজনের সমান।
কোনো কঠিন পদার্থকে তরল বা বায়বীয় পদার্থে ডুবালে ওজন কম মনে হয়। আর্কিমিডিসের নীতি থেকে আমরা এ ওজন হ্রাসের পরিমাণ জানতে পারি। চিত্রে একটি বস্তু আংশিকভাবে কোনো তরলে ডুবানো আছে। পদার্থের অভেদ্যতা ধর্ম অনুযায়ী বস্তুটি তরল পদার্থের মধ্যে যতটুকু জায়গা অধিকার করে আছে ঠিক ততটুকু জায়গা থেকে তরল পদার্থ অপসারিত হয়েছে। পরীক্ষা করলে দেখা যাবে বস্তুটির হারানো ওজন বস্তুটির দ্বারা অপসারিত তরলের ওজনের সমান।
আর্কিমিডিসের নীতির পরীক্ষামূলক প্রমাণ
তরল বা বায়বীয় পদার্থে নিমজ্জিত বস্তুর ওজন হ্রাস যে বস্তু দ্বারা অপসারিত তরল বা বায়বীয় পদার্থের ওজনের সমান তা নিচের পরীক্ষার সাহায্যে প্রমাণ করা যায়।
ধরা যাক A ও B দুটি সিলিন্ডার। A সিলিন্ডারটির উপরের মুখ খোলা ও ফাঁকা এবং B সিলিন্ডারটি নিরেট। A সিলিন্ডারটির মাপ এমন যেন B সিলিন্ডারটি এর মাঝে বসে যায়। অর্থাৎ, A এর ভিতরের আয়তন B এর বাইরের আয়তনের সমান। একটি তরল স্থৈতিক নিক্তির বামপাশে এদের ঝুলিয়ে অপর পাশ অনুভূমিক করা হল। এরপর B সিলিন্ডারটি সম্পূর্ণ পানিতে ডুবানো হল। এর ফলে নিক্তির বাম দিক উপরে ওঠে যাবে এবং ডান দিক নিচে নেমে যাবে অর্থাৎ, বাম দিক হালকা হয়ে গেল। এ অবস্থায় যদি A সিলিন্ডারটিকে ধীরে ধীরে পানি পূর্ণ করা হয় তাহলে নিক্তির বাম দিক আবার নিচে নামতে থাকবে এবং A সিলিন্ডারটি সম্পূর্ণ ভর্তি হয়ে গেলে নিক্তি আবার অনুভূমিক হয়ে যাবে। এতে প্রমাণিত হয় যে, B সিলিন্ডারটি পানিতে ডুবানোর ফলে যে ওজন হারিয়েছিল তা A সিলিন্ডারের ভিতরের আয়তনের সমান। সুতরাং পানিতে ডুবালে বস্তুর ওজন যে পরিমাণ কমে তা পানিতে ডুবানো কতুর সমআয়তন পানির ওজনের সমান অর্থাৎ, আর্কিমিডিসের নীতি প্রমাণিত হল।
বস্তুর ভাসা ও নিমজ্জনের কারণ
কোনো বস্তুকে যখন কোনো তরল পদার্থে ডুবানো হয় তখন ঐ বস্তুটির ওপর দুটি বল ক্রিয়াশীল হয়। বস্তুটির ওজন W সরাসরি নিচের দিকে ক্রিয়া করে এবং তরল পদার্থের চাপজনিত লব্ধি বল W1 উপরের দিকে ক্রিয়া করে। দুটি বল একই সরলরেখা বরাবর বিপরীত দিকে ক্রিয়া করায় বস্তুটি তরল পদার্থে ডুববে না ভাসবে তা এই বল দুটির ওপর নির্ভর করবে। এখানে তিন ধরনের ঘটনা ঘটতে পারে :
W > W1 হলে অর্থাৎ, বস্তুর ওজন বস্তু দ্বারা অপসারিত তরল পদার্থের ওজনের চেয়ে বেশি হলে বস্তুটি তরলে ডুবে যাবে। এক্ষেত্রে বস্তুর ঘনত্ব তরলের ঘনত্বের চেয়ে বেশি।
W< W1 হলে অর্থাৎ, বস্তুর ওজনের চেয়ে বস্তুটি দ্বারা অপসারিত তরলের ওজন বেশি হলে বস্তুটি ঐ তরলে ভেসে থাকবে। এক্ষেত্রে তরলের ঘনত্ব বস্তুর ঘনত্বের চেয়ে বেশি।
W = W1 হলে অর্থাৎ, বস্তু দ্বারা অপসারিত তরল পদার্থের ওজন বস্তুর ওজনের সমান হলে বস্তুটি ঐ তরলে সম্পূর্ণ নিমজ্জিত অবস্থায় ভাসবে। এক্ষেত্রে বস্তুর ঘনত্ব তরলের ঘনত্বের সমান হয়।
