মহাকর্ষীয় ধ্রুবক বা Gravitational Constant (G) হলো এমন একটি মৌলিক ধ্রুবক যা নিউটনের সর্বজনীন মহাকর্ষ সূত্রে ব্যবহৃত হয়। এই ধ্রুবক দুটি বস্তুর মধ্যে মহাকর্ষীয় আকর্ষণ বল নির্ণয়ে অপরিহার্য ভূমিকা রাখে। নিউটন ১৭শ শতাব্দীতে এই সূত্র প্রবর্তন করেন, যা মহাবিশ্বের প্রতিটি পদার্থের মধ্যে আকর্ষণ বলের সম্পর্ক ব্যাখ্যা করে।

মূল বিষয়গুলো নিচে দেওয়া হলো—

• সংজ্ঞা: মহাকর্ষীয় ধ্রুবক (G) হলো সেই ধ্রুবক যা দিয়ে দুটি বস্তুর ভর ও তাদের মধ্যবর্তী দূরত্বের ভিত্তিতে মহাকর্ষীয় বল নির্ণয় করা হয়।

• সূত্র:
  F = G × (m₁m₂) / r²
  এখানে,
  F = মহাকর্ষীয় আকর্ষণ বল (Newton),
  m₁ ও m₂ = দুই বস্তুর ভর (kilogram),
  r = তাদের মধ্যে দূরত্ব (meter),
  G = মহাকর্ষীয় ধ্রুবক।

• G-এর মান: পরীক্ষামূলকভাবে G-এর মান পাওয়া গেছে 6.67 × 10⁻¹¹ N m² kg⁻²। অর্থাৎ, দুই কেজি ভর যদি ১ মিটার দূরে অবস্থান করে, তবে তাদের মধ্যে মহাকর্ষীয় বল হবে 6.67 × 10⁻¹¹ নিউটন।

• একক বিশ্লেষণ:
  নিউটনের সূত্র অনুযায়ী,
  G = F × r² / (m₁m₂)
  একক হবে N·m²·kg⁻²
  → (Newton × meter² ÷ kilogram²)।

• গুরুত্ব:
  G পদার্থবিজ্ঞানে একটি সার্বজনীন ধ্রুবক। এটি শুধু পৃথিবীর জন্য নয়, পুরো মহাবিশ্বের জন্য একই থাকে। এই ধ্রুবক ব্যবহারের মাধ্যমে আমরা গ্রহ, নক্ষত্র ও উপগ্রহের মধ্যকার আকর্ষণ বল নির্ণয় করতে পারি।

• প্রথম পরীক্ষামূলক পরিমাপ:
  ১৭৯৮ সালে হেনরি ক্যাভেন্ডিশ (Henry Cavendish) "torsion balance" পদ্ধতি ব্যবহার করে প্রথম G-এর মান নির্ধারণ করেন। তার পরীক্ষাটি “Cavendish Experiment” নামে পরিচিত।

• ভৌত তাৎপর্য:
  G-এর মান খুব ছোট, যার মানে মহাকর্ষীয় বল তুলনামূলকভাবে দুর্বল একটি বল। যেমন, দুটি ছোট বস্তুর মধ্যে আকর্ষণ বল প্রায় অনুভবযোগ্য নয়, কিন্তু যখন ভর অনেক বড় হয় (যেমন পৃথিবী বা সূর্য), তখন এই বল বিশাল প্রভাব ফেলে।

• প্রয়োগ:

  • পৃথিবীর ভর ও ঘনত্ব নির্ণয়ে

  • গ্রহ ও উপগ্রহের কক্ষপথ বিশ্লেষণে

  • মহাবিশ্বের গঠন ও সম্প্রসারণ ব্যাখ্যায়

• সম্পর্কিত সূত্র:
  পৃথিবীর পৃষ্ঠে মহাকর্ষজ ত্বরণ g = G × (M / R²)
  এখানে M = পৃথিবীর ভর, R = পৃথিবীর ব্যাসার্ধ।

সংক্ষেপে বলা যায়, মহাকর্ষীয় ধ্রুবক G প্রকৃতির অন্যতম মৌলিক ধ্রুবক যা মহাবিশ্বের প্রতিটি ভরযুক্ত বস্তুর পারস্পরিক আকর্ষণ শক্তি নির্ধারণ করে। এর মান 6.67 × 10⁻¹¹ N·m²/kg², যা পদার্থবিজ্ঞানে সর্বজনীনভাবে গৃহীত।

শক্তি হলো কাজ করার বা তাপ উৎপন্ন করার ক্ষমতা। এই শক্তি বিভিন্নভাবে মাপা যায় এবং এর পরিমাপের জন্য ব্যবহৃত হয় নির্দিষ্ট একক। শক্তির একক নির্ভর করে আমরা কোন ধরনের শক্তি মাপছি—যেমন তাপ শক্তি, বৈদ্যুতিক শক্তি বা যান্ত্রিক শক্তি। বিজ্ঞানে শক্তি মাপার বিভিন্ন পদ্ধতি থাকলেও সবচেয়ে পরিচিত এবং প্রাচীন একক হলো ক্যালরি।

মূল তথ্যগুলো নিচে দেওয়া হলো:

• ক্যালরি (Calorie) হলো তাপ শক্তির একটি একক। এটি এমন পরিমাণ শক্তি যা ১ গ্রাম পানির তাপমাত্রা ১ ডিগ্রি সেলসিয়াস (১৫°C থেকে ১৬°C পর্যন্ত) বাড়াতে প্রয়োজন হয়।

• ১ ক্যালরি = 4.184 জুল, অর্থাৎ আন্তর্জাতিক একক পদ্ধতিতে (SI system) শক্তির মান সাধারণত জুল (Joule) এ প্রকাশ করা হয়। তবে তাপ শক্তি বা খাদ্যের শক্তি মাপতে ক্যালরি ব্যবহৃত হয়।

• বড় একক কিলোক্যালরি (kcal) = ১০০০ ক্যালরি। খাদ্য শক্তি সাধারণত কিলোক্যালরিতে প্রকাশ করা হয়। যেমন, এক টুকরো রুটি প্রায় ৮০ কিলোক্যালরি শক্তি দেয়।

• শক্তির অন্যান্য একক:

  • জুল (Joule): SI একক। ১ জুল শক্তি হলো এমন শক্তি যা ১ নিউটন বল দিয়ে কোনো বস্তু ১ মিটার সরালে উৎপন্ন হয়।

  • ওয়াট-সেকেন্ড: এটি বৈদ্যুতিক শক্তি পরিমাপে ব্যবহৃত হয়। ১ ওয়াট-সেকেন্ড = ১ জুল।

  • ইলেকট্রন-ভোল্ট (eV): ক্ষুদ্রাতিক্ষুদ্র শক্তি, যেমন পরমাণু বা ইলেকট্রনের শক্তি মাপতে ব্যবহৃত হয়।

• খাদ্য শক্তি ও ক্যালরি:
  খাবার থেকে আমরা যে শক্তি পাই, তা দেহের বিভিন্ন কাজ সম্পাদনে ব্যবহৃত হয়। এই শক্তির পরিমাণ ক্যালরিতে নির্ণয় করা হয়।

  • ১ গ্রাম কার্বোহাইড্রেট = ৪ ক্যালরি

  • ১ গ্রাম প্রোটিন = ৪ ক্যালরি

  • ১ গ্রাম ফ্যাট = ৯ ক্যালরি
    তাই খাদ্যের শক্তিমান নির্ণয়ে “ক্যালরি” একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ একক।

• বিজ্ঞানে ব্যবহারের পার্থক্য:
  তাপ শক্তির ক্ষেত্রে “ক্যালরি” বেশি ব্যবহৃত হলেও, পদার্থবিজ্ঞানে “জুল” হলো আন্তর্জাতিকভাবে স্বীকৃত মানক একক।
  উদাহরণস্বরূপ—একটি বাতি জ্বালাতে যে শক্তি লাগে তা জুলে পরিমাপ করা হয়, কিন্তু শরীরের শক্তি বা খাদ্যের শক্তি ক্যালরিতে মাপা হয়।

সংক্ষেপে বলা যায়, ক্যালরি হলো তাপ শক্তি পরিমাপের একক। এটি আমাদের দৈনন্দিন জীবনে খাদ্যের শক্তিমান নির্ণয়ে বেশি ব্যবহৃত হয়, যদিও আন্তর্জাতিকভাবে শক্তির মান প্রকাশে জুল ব্যবহৃত হয়। তবুও “ক্যালরি” শব্দটি মানুষের শক্তি ও খাদ্য সম্পর্কিত বিষয়ে সবচেয়ে প্রচলিত ও পরিচিত একক।

তাপ হলো বস্তুর অভ্যন্তরস্থ অণুসমূহের গতির সঙ্গে সম্পর্কিত একটি শক্তি, যা আমাদের ঠান্ডা বা গরম অনুভূতিতে প্রকাশ পায়। এটি শক্তির একটি রূপ হওয়ায় তাপের এককও শক্তি বা কাজের এককের সমান।

• তাপ শক্তি বস্তুর বা পদার্থের অভ্যন্তরস্থ অণুগুলোর গতির সাথে সম্পর্কিত।

• এটি শক্তির একটি রূপ, তাই S.I একক জুল (J) তাপের জন্য ব্যবহৃত হয়।

• অতীতে তাপ পরিমাপের জন্য ক্যালরি একক ব্যবহার হতো, যা বিশেষ করে পুষ্টি বিজ্ঞানে ব্যবহৃত হয়।

• 1 গ্রাম পানির তাপমাত্রা 1° C বাড়াতে বা কমাতে যে পরিমাণ তাপের প্রয়োজন, তাকে 1 ক্যালরি (Cal) ধরা হতো।

• যান্ত্রিক শক্তি অনুযায়ী, 4.2 জুল = 1 ক্যালরি।

• তাপ পরিমাপের জন্য ব্যবহৃত যন্ত্র হলো ক্যালরিমিটার।

• তাপের প্রবাহ নির্ভর করে না শুধুমাত্র তাপের পরিমাণের ওপর।

• দুটি বস্তুর তাপের পরিমাণ সমান হলেও, তাদের তাপমাত্রা ভিন্ন হতে পারে।