স্থিতিস্থাপকতা (পদার্থবিজ্ঞান)

বল প্রয়োগের কারণে বিকৃত হয়ে যাওয়া কোন বস্তুর বল সরিয়ে নেয়ার পর পূর্বের অবস্থায় ফিরে যেতে চাওয়ার প্রবণতাকে পদার্থবিজ্ঞানের ভাষায় স্থিতিস্থাপকতা (ইংরেজি ভাষায়: Elasticity) বলা হয়। যে সকল বস্তুর এই গুণ আছে তাদেরকে স্থিতিস্থাপক বা ইলাস্টিক বস্তু বলে।

বিজ্ঞানী রবার্ট হুক ১৬৭৫ সালে আবিষ্কার করেন যে, অধিকাংশ স্থিতিস্থাপক বস্তুর সামান্য বিকৃতি ঘটানো হলে তা রৈখিক স্থিতিস্থাপকতা প্রদর্শন করে। অর্থাৎ বিকৃতির জন্য তার উপর প্রয়োগকৃত বল সরাসরি বিকৃতির পরিমাণের সমানুপাতিক হয়। এই ধ্রুব নীতিকে বর্তমানে হুকের সূত্র বলা হয়। গাণিতিকভাবে বলা যায়, কোন বস্তুর উপর F বল প্রয়োগের ফলে বস্তুটির x সরণ ঘটলে,

$F=-kx$

যেখানে k একটি ধ্রুবক যাকে হার বা স্প্রিং ধ্রুবক বলা হয়। বল এবং সরণের পরিবর্তে স্থিতিস্থাপকতার সূত্রকে পীড়ন (stress, $\sigma$) এবং অত্যাচারের (strain, $\epsilon$) মধ্যবর্তী সম্পর্ক হিসেবেও প্রকাশ করা যায়,

$\sigma =E\epsilon$

যেখানে E আরেকটি ধ্রুবক যাকে স্থিতিস্থাপকতার গুণাঙ্ক বা ইয়ং-এর গুণাঙ্ক বলা হয়।

স্থিতিস্থাপক ক্লান্তি(Elastic Fatigue)

কোন তারের ওপর ক্রমাগত পীড়নের হ্রাস-বৃদ্ধি করলে বস্তুর স্থিতিস্থাপকতা হ্রাস পায়। এর ফলে বল অপসারণের সাথে সাথে বস্তু আগের অবস্থা ফিরে পায় না কিছুটা দেরী হয়। বস্তুর এই অবস্থাকে স্থিতিস্থাপক (Elastic Fatigue) বলে। তখন অসহ ভারের চেয়ে কম ভারে এমনকি স্থিতিসাধক সীমার মধ্যেই তারটি ছিঁড়ে যেতে পারে।

স্থিতিস্থাপক সীমা

সর্বোচ্চ যে পরিমাণ বল প্রয়োগ করলে বস্তু তার পূর্বের অবস্থায় ফিরে যেতে পারে, তাকে স্থিতিস্থাপক সীমা বলে।

পূর্ণ স্থিতিস্থাপক বস্তু

প্রয়োগকৃত বল সরিয়ে নেওয়া হলে বস্তুটি যদি সম্পূর্ণ ভাবে আগের অবস্থায় ফিরে যায়,তবে সেই বস্তুকে পূর্ণ স্থিতিস্থাপক বস্তু বলে।

পূর্ণ প্লাস্টিক বস্তু

বল প্রয়োগ করে কোন বস্তুকে বিকৃত করা হলে,বল অপসারনের পরেও যদি বস্তুটি সম্পূর্ণ ভাবে বিকৃত অবস্থা বজায় রাখে,তবে তাকে পূর্ণ স্থিতিস্থাপক বস্তু বলে।

পূর্ণ দৃঢ় বস্তু

বল প্রয়োগ করেও যদি কোন বস্তুকে বিকৃত করা না যায়,তবে তাকে পূর্ণ দৃঢ় বস্তু বলে। পূর্ণ দৃঢ় বস্তু বাস্তবে পাওয়া যায় না।

স্থিতিস্থাপকতার বিভিন্ন গুণাঙ্ক(Elastic Moduli)

হুকের সূত্র থেকে আমরা পাই, স্থিতিসাধক সীমার মধ্যে কোন বস্তুর পীড়ন ও বিকৃতির অনুপাত একটি ধ্রুব সংখ্যা। এই ধ্রুবকই বস্তুর উপাদানের স্থিতিস্থাপক গুণাঙ্ক।

সংজ্ঞা

স্থিতিস্থাপক সীমার মধ্যে কোন বস্তুর পীড়ন ও বিকৃতির অনুপাত একটি ধ্রুব সংখ্যা। এই ধ্রুব সংখ্যাকে বস্তুর উপাদানের স্থিতিসাধক গুণাঙ্ক বলে।

অতএব স্থিতিসাধক গুণাঙ্ক, E= পীড়ন /বিকৃতি

রাশি

পীড়ন ও বিকৃতি স্কেলার রাশি বলে স্থিতিস্থাপক গুণাঙ্ক একটি স্কেলার রাশি।

মাত্রা

যেহেতু বিকৃতির কোন মাত্রা নেই, সুতরাং স্থিতিস্থাপক গুণাঙ্কের মাত্রা হবে পীড়নের মাত্রা অর্থাৎ বল/ক্ষেত্রফল, এর মাত্রা

অতএব [E] = M/LT^2

একক

যেহেতু বিকৃতির কোন একক নেই, সুতরাং স্থিতিসাধক গুণাঙ্কের একক হবে পীড়নের একক অর্থাৎ বল/ক্ষেত্রফল, এর একক। এস. আই পদ্ধতিতে স্থিতিসাধক গুণাঙ্কের একক N/m^2 বা, Pa।

ইয়ং গুণাঙ্ক বা দৈর্ঘ্য গুণাঙ্ক(Young's modulus)

স্থিতিস্থাপক সীমার মধ্যে বস্তুর দৈর্ঘ্য পীড়ন ও দৈর্ঘ্য বিকৃতির অনুপাত একটি ধ্রুব সংখ্যা। এই ধ্রুব সংখ্যাকে বস্তুর উপাদানের দৈর্ঘ্য গুণাঙ্ক বা ইয়ং গুণাঙ্ক বলে। একে Y দ্বারা প্রকাশ করা হয়।

ইয়ং গুণাঙ্ক, Y= দৈর্ঘ্য পীড়ন /দৈর্ঘ্য বিকৃতি

ইয়ং গুণাঙ্ক একটি স্কেলার রাশি।

আয়তন গুণাঙ্ক(Bulk modulus)

স্থিতিসাধক সীমার মধ্যে বস্তুর আয়তন পীড়ন ও আয়তন বিকৃতির অনুপাত একটি ধ্রুব সংখ্যা। এই ধ্রুব সংখ্যাকে বস্তুর উপাদানের আয়তন গুণাঙ্ক বলে।

আয়তন গুণাঙ্ককে B দ্বারা প্রকাশ করা হয়। অর্থাৎ, আয়তন গুণাঙ্ক, B= আয়তন পীড়ন/আয়তন বিকৃতি

দৃঢ়তার গুণাঙ্ক বা ব্যবর্তন গুণাঙ্ক বা মোচড় গুণাঙ্ক(Modulus of rigidity)

স্থিতিসাধক সীমার মধ্যে বস্তুর ব্যবর্তন পীড়ন ও ব্যবর্তন বিকৃতির অনুপাত একটি ধ্রুব সংখ্যা। এই ধ্রুব সংখ্যাকে বস্তুর উপাদানের দৃঢ়তার গুণাঙ্ক বলে।

আরো দেখুন

হুকের সূত্র