৬.১ সংঘর্ষ (Collisions)
ক্রিকেট ব্যাট দিয়ে বল মারলে আসলে কী হয়?
মনেকরো, তুমি একটা ক্রিকেট বল ছুড়লে। বলটা ব্যাটের কাছে আসতেই ব্যাটসম্যান জোরে শট খেলল। মুহূর্তের মধ্যে বলটা উল্টো দিকে ছুটে গেল!
এখন প্রশ্ন হচ্ছে, বলটা যখন ব্যাটে লেগেছিল, ঠিক তখন কী হয়েছিল? কত বল লেগেছিল? সেই বল কতক্ষণ কাজ করেছিল? আর বলের বেগই বা এত দ্রুত বদলে গেল কীভাবে?
নিউটনের সূত্র থেকে জানি, বেগ পরিবর্তন করতে বল লাগে। কিন্তু ব্যাট আর বলের এই ধাক্কাটা এত অল্প সময়ের মধ্যে ঘটে যে পুরো সময়জুড়ে বলের মান কীভাবে ওঠানামা করে, সেটা জানা বেশ কঠিন। এই ধরনের ঘটনাকে বোঝার জন্য আমাদের দরকার সংঘর্ষ (Collision)-এর ধারণা।
সংঘর্ষের তিনটি মুহূর্ত
দুটি বস্তুর সংঘর্ষকে আমরা তিনটি পর্যায়ে ভাগ করে দেখতে পারি:
- সংঘর্ষের আগে: বস্তু দুটি আলাদা আছে; তাদের পারস্পরিক প্রভাব উপেক্ষা করা যায়।
- সংঘর্ষের সময়: তারা একে অপরের ওপর প্রবল বল প্রয়োগ করছে। ফলে তাদের গতি দ্রুত বদলাচ্ছে।
- সংঘর্ষের পরে: তারা আলাদা হয়ে গেছে; নতুন বেগে চলছে।
নিউটনের তৃতীয় সূত্র অনুযায়ী, সংঘর্ষের সময় প্রথম বস্তু দ্বিতীয়টির ওপর যত বল প্রয়োগ করে, দ্বিতীয়টিও প্রথমটির ওপর সমান মানের বিপরীতমুখী বল প্রয়োগ করে।
এখানে হলো দ্বিতীয় বস্তু প্রথমটির ওপর যে বল প্রয়োগ করে, আর হলো প্রথম বস্তু দ্বিতীয়টির ওপর যে বল প্রয়োগ করে। চিহ্নের এই সংজ্ঞা বদলালেও সমান ও বিপরীত হওয়ার সম্পর্ক একই থাকে।
সংঘর্ষের আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য হলো, বস্তুদুটির পারস্পরিক বল সাধারণত আশপাশের অন্যান্য বলের তুলনায় অনেক বেশি হয়। যেমন ব্যাট ও বলের সংস্পর্শের সময় মাধ্যাকর্ষণও বলের ওপর কাজ করছে, কিন্তু ব্যাটের ধাক্কার তুলনায় সেটি খুবই ছোট।
Impulsive force: অল্প সময়ে বিশাল পরিবর্তন
উৎস বইয়ের চিত্র ৬-১-এ ব্যাটে আঘাত পাওয়ার মুহূর্তে বেসবলকে বিকৃত হতে দেখা যায়। বলটা যেন একটু চ্যাপ্টা হয়ে গেছে। কেন? কারণ খুব অল্প সময়ের মধ্যে ব্যাট বলটির ওপর বিশাল বল প্রয়োগ করছে।
যে বল পর্যবেক্ষণের মোট সময়ের তুলনায় অত্যন্ত অল্প সময় ধরে কাজ করে, তাকে বলি Impulsive force বা স্বল্পস্থায়ী প্রবল বল।
খেয়াল করো, এই বল সাধারণত ধাক্কার শুরুতে বাড়ে, মাঝামাঝি সময়ে সর্বোচ্চ হয়, তারপর আবার কমে যায়। তাই শুধু লিখে অঙ্ক করলেই সবসময় সহজে উত্তর পাওয়া যায় না-কারণ নিজেই সময়ের সঙ্গে বদলাচ্ছে।
সংঘর্ষ মানেই কি গায়ে গায়ে ধাক্কা?
না! এই জায়গাটাই মজার।
ধরো, একটা আলফা কণা (হিলিয়াম নিউক্লিয়াস) আরেকটা আধানযুক্ত নিউক্লিয়াসের পাশ দিয়ে যাচ্ছে। তারা সরাসরি স্পর্শ না করেও একে অপরকে তড়িৎ বল দিয়ে বিকর্ষণ করতে পারে। ফলে আলফা কণার পথ বেঁকে যায়। উৎস বইয়ের চিত্র ৬-২-এ এমন কণার গতিপথ দেখা যায়।
আমরা এটাকেও সংঘর্ষ বলতে পারি, কারণ একটি নির্দিষ্ট, তুলনামূলক ছোট সময়ের মধ্যে পারস্পরিক বল কণার গতিকে উল্লেখযোগ্যভাবে পাল্টে দিয়েছে।
আরও বড় পরিসরে দুটো গ্যালাক্সিও সংঘর্ষে জড়াতে পারে। সেক্ষেত্রে ‘অল্প সময়’ বলতে কয়েক মিলিয়ন বা বিলিয়ন বছরের পর্যবেক্ষণের তুলনায় ছোট একটি সময় বোঝাচ্ছি। অর্থাৎ সংঘর্ষের সময় ছোট কি না, সেটা নির্ভর করে তুমি কত বড় সময়সীমায় ঘটনাটা দেখছো তার ওপর।
সংঘর্ষ থেকে আমরা কী জানতে পারি?
কণার সংঘর্ষে বিজ্ঞানীরা সংঘর্ষের পরে তৈরি হওয়া কণাগুলোর পথ, দিক ও বেগ দেখে আগের ঘটনাটা বোঝার চেষ্টা করেন। কখনও সংঘর্ষের পরে আগের কণাগুলো না থেকে একেবারে নতুন অনেক কণা তৈরি হয়। উৎস বইয়ের চিত্র ৬-৪-এ CERN-এর ডিটেক্টর ও সংঘর্ষে তৈরি কণার পথের পুনর্গঠন দেখানো হয়েছে।
একই ধারণা ব্যবহার করে সড়ক দুর্ঘটনার তদন্তকারীরাও গাড়ির ধাক্কার আগের বেগ আর দিক সম্পর্কে ধারণা পান। গাড়ি কোথায় গিয়ে থেমেছে, ধাক্কার জায়গা কোথায়, কোন দিকে ছিটকে গেছে-এসব চিহ্ন থেকেই আগের গতির গল্পটা পুনর্গঠন করা যায়।
মহাকাশযান গ্রহের কাছ দিয়ে গিয়ে দ্রুত হয় কীভাবে?
মনেকরো, কাটুশ তার স্পেসশীপ নিয়ে শনি গ্রহের দিকে যাচ্ছে। কিন্তু সরাসরি যাওয়ার মতো যথেষ্ট জ্বালানি নেই। সে যদি চলন্ত কোনো গ্রহের কাছ দিয়ে উপযুক্তভাবে যায়, গ্রহটির মহাকর্ষের প্রভাবে তার গতিপথ ও সূর্যের তুলনায় বেগ বদলে যেতে পারে। এটাকে বলে Gravity assist বা Slingshot effect।
স্পেসশীপ কিন্তু গ্রহে ধাক্কা দিচ্ছে না! তবুও গ্রহের সঙ্গে এই অল্প সময়ের শক্তিশালী মহাকর্ষীয় মিথস্ক্রিয়াকে সংঘর্ষের ধারণা দিয়ে বিশ্লেষণ করা যায়। বইয়ের উদাহরণে Cassini মহাকাশযানের শুক্র ও পৃথিবীর কাছ দিয়ে যাওয়া এ ধরনের সহায়তার কথা আছে।
নিউটনের সূত্র আছে, তবু নতুন ধারণা লাগবে কেন?
তাত্ত্বিকভাবে সংঘর্ষের প্রতিটি মুহূর্তের বল জানা থাকলে নিউটনের দ্বিতীয় সূত্র দিয়ে সব হিসাব করা সম্ভব। কিন্তু বাস্তবে দুটি সমস্যা:
- ধাক্কার সময় বলের সঠিক মান ও সময়ের ওপর নির্ভরতা অনেক ক্ষেত্রে জানা যায় না।
- বড় বস্তু অসংখ্য কণা দিয়ে তৈরি; প্রতিটি কণার সঙ্গে অন্যটির বলের হিসাব রাখা প্রায় অসম্ভব।
তাহলে কী করব?
আমরা এমন একটা রাশি খুঁজব, যেটা সংঘর্ষের আগে আর পরে তুলনা করতে সাহায্য করবে, মাঝখানের প্রতিটি ক্ষুদ্র ঘটনা না জেনেও। সেই রাশির নাম রৈখিক ভরবেগ (Linear momentum)। পরের অংশে সেটাই শিখব।