একটি কণা স্থিরাবস্থা হতে সমত্বরণে এক সরলরেখায় চলে এবং ২ সেকেন্ডে 1 মিটার দূরত্ব যাওয়ার পর সমবেগে চলতে থাকে। পরবর্তী 1 মিটার যেতে কণাটির কত সময় লাগবে?
প্রশ্ন অনুযায়ী, কণা প্রথমে সমতলভাবে চলে এবং ২ সেকেন্ডে ১ মিটার দূরত্ব অতিক্রম করে। এরপর থেকে এটি সমবেগে চলতে শুরু করে।
ধরা যাক, প্রথম ২ সেকেন্ডে কণাটির গতি \(v_0\)।
প্রথম ২ সেকেন্ডে অতিক্রমিত দূরত্ব: \(s_1 = 1\, \text{m}\)
সময়: \(t_1 = 2\, \text{sec}\)
প্রথম পর্যায়ে, কণা সমতলভাবে চলে, অর্থাৎ এটি কোনও অগ্রগতির কারণে গতি বৃদ্ধি পায় না। তাই, গতি: \(v_0 = \frac{s_1}{t_1} = \frac{1}{2} = 0.5\, \text{m/sec}\)
পরবর্তী পর্যায়ে, কণাটি সমবেগে চলতে শুরু করে।
ধরা যাক, সমবেগ: \(a\), এবং অতিক্রমিত দূরত্ব: \(s_2 = 1\, \text{m}\)
প্রথম থেকে শুরু করে, গতি: \(v_0 = 0.5\, \text{m/sec}\)
সময়: \(t\)
সমবেগের জন্য, অতিক্রমিত দূরত্বের সূত্র:
\(s_2 = v_0 t + \frac{1}{2} a t^2\)
অতএব,
\(1 = 0.5 t + \frac{1}{2} a t^2\) --- (1)
অপরদিকে, কণাটি সমবেগে চলার সময়, তার গতি:
\(v = v_0 + a t\)
প্রথমে, কণাটির গতি ছিল \(0.5\, \text{m/sec}\), এবং তাকে সমবেগে চলতে হবে।
আসুন, প্রথমে \(a\) নির্ণয় করি। চূড়ান্ত গতি \(v\) এর জন্য, এটি অতিক্রমের শেষে হবে। তবে, আমাদের যদি জানি না, তাহলে অন্য উপায়ে সমাধান করি।
প্রথম ২ সেকেন্ডে কণাটির গতি ছিল \(0.5\, \text{m/sec}\)। সমবেগে চলার সময়, গতি পরিবর্তিত হয়।
সাধারণত, কণা যখন সমবেগে চলতে শুরু করে, তখন তার গতি:
\(v = v_0 + a t\)
অতএব, আমাদের লক্ষ্য, এই \(a\) নির্ণয় করা।
আমরা জানি, প্রথম ২ সেকেন্ডে গতি ছিল \(0.5\, \text{m/sec}\)। এখন, এই গতি থেকে, কণাটির গতি পরবর্তী সময়ে \(v\) হবে:
\(v = 0.5 + a t\)
তবে, এখানে আমাদের আরও তথ্য দরকার।
অতএব, সহজ উপায় হলো, প্রথমে কণাটির গতি \(v_0 = 0.5\, \text{m/sec}\)। এরপর, চলার জন্য, এটি সমবেগে চলা শুরু করে।
প্রথমে, অতিক্রমের জন্য গড় গতি:
\(v_{avg} = \frac{v_0 + v}{2}\)
অতএব, 1 মিটার দূরত্ব অতিক্রমের জন্য, সময়:
\(t = \frac{s}{v_{avg}}\)
অর্থাৎ,
\(t = \frac{1}{(v_0 + v)/2}\)
পরবর্তী 1 মিটার অতিক্রম করতে, যখন গতি \(v\), তখন:
তাই, এই গতি নির্ণয় করতে হবে।
আমাদের জন্য সহজ উপায় হলো, চূড়ান্ত গতি: \(v\), যা অতিক্রমের শেষে হবে।
চূড়ান্ত গতি নির্ণয়ের জন্য, মনে করি, প্রথম ২ সেকেন্ডে গতি ছিল ০.৫ মিটার/সেকেন্ড। এরপর, সমবেগে চলার জন্য, গতি বাড়বে।
আমরা জানি, অতিক্রমের জন্য গড় গতি:
\(v_{avg} = \frac{v_0 + v}{2}\)
এবং, অতিক্রমের সময়:
\(t = \frac{1}{v_{avg}}\)
এবং, গতি বাড়ার জন্য:
\(v = v_0 + a t\)
তাই, আমাদের, দুইটি সমীকরণ:
1) \(v = 0.5 + a t\)
2) \(t = \frac{1}{(0.5 + v)/2}\)
এখানে, দুটি সমীকরণে \(v\) এর মান প্রকাশ করতে হবে।
উপসংহার: কণা প্রথম ২ সেকেন্ডে 1 মিটার অতিক্রম করে, তার গতি ছিল 0.5 মিটার/সেকেন্ড। এরপর, সমবেগে চলা শুরু করে।
অতএব, আমরা জানি, সমবেগে চলার জন্য, প্রথম গতি এবং অতিক্রমের দূরত্ব থেকে, পরবর্তী 1 মিটার অতিক্রমের জন্য সময়:
গড় গতি: \(v_{avg} = \frac{v_0 + v}{2}\)
অতএব, সময়:
\(t = \frac{1}{v_{avg}}\)
আরও, জানি, গতি বাড়ছে, এবং গড় গতি হবে মধ্যবর্তী মান।
প্রাক্কলন অনুযায়ী, এই গতি প্রায় 1 মিটার/সেকেন্ডের কাছাকাছি।
অতএব, পরবর্তী 1 মিটার অতিক্রমের জন্য সময়:
\(t \approx 1\, \text{sec}\)
অতএব, উত্তর: 1 sec