পৃথিবী ও মংগলে কোন বস্তুর মুক্তিবেগ 11.2kms-1 ও 5.12kms-1, পৃথিবীর ভর মঙ্গলের ভরের 9 গুণ
পৃথিবীর অভিকবৃজ ত্বরণ মঞ্চালের অভিকর্ষজ ত্বরনের কত গুন ?
2.56 গুন
প্রশ্নের বিশ্লেষণ:
প্রথমত, পৃথিবী ও মঙ্গলের মুক্তিবেগ (Escape Velocity) দেওয়া হয়েছে যথাক্রমে:
- পৃথিবীর মুক্তিবেগ, \( v_{e1} = 11.2\, \text{km/s} \)
- মঙ্গলের মুক্তিবেগ, \( v_{e2} = 5.12\, \text{km/s} \)
প্রশ্নে দেওয়া হয়েছে:
- পৃথিবীর ভর, \( M_1 \)
- মঙ্গলের ভর, \( M_2 \)
- পৃথিবীর ভর মঙ্গলের ভরের ৯ গুণ: \( M_1 = 9 M_2 \)
- অভিকর্ষ ত্বরণ (Gravitational acceleration): \( g \)
সমাধান:
মুক্তিবেগের সূত্র অনুযায়ী:
\( v_{e} = \sqrt{\frac{2GM}{R}} \)
অর্থাৎ, মুক্তিবেগের বর্গফল সমান:
\( v_{e}^2 = \frac{2GM}{R} \)
এখানে, \( M \) হলো সেই পৃষ্ঠের উপর অবস্থিত গ্রহের ভর এবং \( R \) হলো তার অভ্যন্তরীণ অক্ষাংশ।
তাই, দুটি গ্রহের জন্য:
\( v_{e1}^2 = \frac{2 G M_1}{R_1} \)
\( v_{e2}^2 = \frac{2 G M_2}{R_2} \)
প্রশ্নে, ভর সম্পর্কিত তথ্য: \( M_1 = 9 M_2 \)
অভিকর্ষ ত্বরণ (g):
\( g = \frac{GM}{R^2} \)
তাহলে, অভিকর্ষ ত্বরণ অনুযায়ী:
\( G M = g R^2 \)
প্রতিটি গ্রহের জন্য:
\( G M_1 = g_1 R_1^2 \)
\( G M_2 = g_2 R_2^2 \)
অতএব, মুক্তিবেগের সূত্রে:
\( v_{e1}^2 = 2 g_1 R_1 \)
\( v_{e2}^2 = 2 g_2 R_2 \)
আমাদের লক্ষ্য হলো, অভিকর্ষ ত্বরণ মঞ্চালের (surface gravity) কত গুণ:
\( \frac{g_1}{g_2} \)
তাহলে, মুক্তিবেগের অনুপাত:
\( \frac{v_{e1}}{v_{e2}} = \sqrt{\frac{g_1 R_1}{g_2 R_2}} \)
অথবা, মুক্তিবেগের বর্গফল:
\( \left(\frac{v_{e1}}{v_{e2}}\right)^2 = \frac{g_1 R_1}{g_2 R_2} \)
প্রশ্নে, \( v_{e1} = 11.2\, \text{km/s} \), \( v_{e2} = 5.12\, \text{km/s} \)
তাই:
\( \left(\frac{11.2}{5.12}\right)^2 = \frac{g_1 R_1}{g_2 R_2} \)
\( \left(2.1875\right)^2 \approx 4.785 \)
অতএব,
\( \frac{g_1 R_1}{g_2 R_2} \approx 4.785 \)
এখন, ভরের সম্পর্ক অনুযায়ী:
\( M_1 = 9 M_2 \)
এবং, \( G M_1 = g_1 R_1^2 \), \( G M_2 = g_2 R_2^2 \)
অর্থাৎ:
\( g_1 R_1^2 = 9 g_2 R_2^2 \)
এবং, \( \frac{g_1 R_1^2}{g_2 R_2^2} = 9 \)
তাহলে, \( \frac{g_1}{g_2} \times \left(\frac{R_1}{R_2}\right)^2 = 9 \)
এবং, \( \frac{g_1 R_1}{g_2 R_2} = \frac{g_1}{g_2} \times \frac{R_1}{R_2} \)
উপরের দুই সমীকরণ থেকে, আমরা পাই:
\( \frac{g_1 R_1}{g_2 R_2} = 4.785 \)
এবং, \( \frac{g_1}{g_2} \times \left(\frac{R_1}{R_2}\right)^2 = 9 \)
ধরি, \( x = \frac{R_1}{R_2} \), তাহলে:
\( \frac{g_1}{g_2} \times x^2 = 9 \)
এবং, \( \frac{g_1 R_1}{g_2 R_2} = \frac{g_1}{g_2} \times x = 4.785 \)
অতএব,
\( \frac{g_1}{g_2} = \frac{4.785}{x} \)
প্রতিটি সমীকরণে রাখলে:
\( \frac{4.785}{x} \times x^2 = 9 \)
অর্থাৎ, \( 4.785 x = 9 \)
সুতরাং,
\( x = \frac{9}{4.785} \approx 1.88 \)
আবার,
\( \frac{g_1}{g_2} = \frac{4.785}{x} \approx \frac{4.785}{1.88} \approx 2.55 \)
উপসংহার:
অভিকর্ষ ত্বরণের অনুপাত:
\( \frac{g_1}{g_2} \approx 2.56 \)
উত্তর:
2.56 গুণ