Why a ship floats in water but a needle sinks in water?

বস্তুর ভেসে থাকা বা ডুবে যাওয়ার বিষয়টি আর্কিমিডিসের সূত্র (Archimedes' Principle) এবং বস্তুর ঘনত্ব (density) ও প্লবতা (buoyancy) নীতির উপর নির্ভরশীল।

    
•         আর্কিমিডিসের সূত্র: কোনো বস্তুকে কোনো তরল বা বায়বীয় পদার্থে আংশিক বা সম্পূর্ণরূপে নিমজ্জিত করলে, বস্তুটি যে পরিমাণ তরল বা বায়বীয় পদার্থ অপসারিত করে, সেই অপসারিত পদার্থের ওজনের সমান একটি ঊর্ধ্বমুখী বল বস্তুর উপর প্রযুক্ত হয়। এই বলকে প্লবতা বা ঊর্ধ্বমুখী চাপ বলে।     
    
•         ভেসে থাকা বা ডুবে যাওয়া:         
              
  • যদি বস্তুর ওজন অপসারিত তরলের ওজনের চেয়ে কম হয়, তাহলে বস্তুটি ভেসে থাকবে।
              
  • যদি বস্তুর ওজন অপসারিত তরলের ওজনের সমান হয়, তাহলে বস্তুটি তরলে ভাসমান অবস্থায় থাকবে (আংশিক নিমজ্জিত অবস্থায়)।
              
  • যদি বস্তুর ওজন অপসারিত তরলের ওজনের চেয়ে বেশি হয়, তাহলে বস্তুটি ডুবে যাবে।
          
      

এখন প্রশ্নোক্ত বিষয়টি ব্যাখ্যা করা যাক:

একটি জাহাজের গড় ঘনত্ব (average density) পানির ঘনত্বের চেয়ে কম। জাহাজটি তার বিশাল আয়তনের কারণে প্রচুর বায়ু ধারণ করে, যা তার সামগ্রিক ভরকে বিস্তৃত করে। ফলে, জাহাজটি পানিতে তার ওজনের সমপরিমাণ পানি অপসারণ করলেই ভেসে থাকে। অর্থাৎ, জাহাজটি যখন পানিতে থাকে, তখন এটি যে পরিমাণ পানি অপসারণ করে, সেই পানির ওজন জাহাজের মোট ওজনের সমান হয়। যেহেতু একটি জাহাজকে এমনভাবে ডিজাইন করা হয় যাতে এর মোট ভর দ্বারা অপসারিত পানির ওজন জাহাজের মোট ওজনের চেয়ে বেশি হতে পারে (যদি এটি সম্পূর্ণ ডুবে যায়), তাই এটি তার ওজনের সমান পানি অপসারণ করে ভেসে থাকে।

অন্যদিকে, একটি সূঁচের গড় ঘনত্ব পানির ঘনত্বের চেয়ে অনেক বেশি। সূঁচটি ছোট হওয়ায় খুব কম পরিমাণ পানি অপসারণ করে। এই অপসারিত পানির ওজন সূঁচের ওজনের চেয়ে অনেক কম হয়, তাই সূঁচটি ডুবে যায়।

সঠিক বিকল্পের ব্যাখ্যা:

    
• বিকল্প ৩: Ship displaces water weight of which is more than its own weight (জাহাজ তার নিজের ওজনের চেয়ে বেশি ওজনের পানি অপসারণ করে)। এই বিকল্পটি আর্কিমিডিসের নীতির মূল ভাবটি তুলে ধরে। একটি জাহাজ ভাসার জন্য তার ওজনের সমান ওজনের পানি অপসারণ করে। যদি এটি সম্পূর্ণ ডুবে যায়, তবে এটি তার নিজের ওজনের চেয়ে বেশি ওজনের পানি অপসারণ করতে সক্ষম হবে কারণ এর গড় ঘনত্ব পানির চেয়ে কম। এই ক্ষমতা থাকার কারণেই জাহাজ ভেসে থাকতে পারে, অর্থাৎ এটি এমনভাবে ডিজাইন করা হয় যেন এটি তার নিজের ওজনের সমান বা তার চেয়ে বেশি ওজনের পানি সরাতে পারে। এই কারণে এটি পানিতে নিমজ্জিত হয়ে নিজের ওজনের সমপরিমাণ পানি অপসারণ করে ভেসে থাকে।

ভুল বিকল্পগুলোর ব্যাখ্যা:

    
• বিকল্প ১: Needle can pass through the water (সূঁচ পানির মধ্য দিয়ে যেতে পারে)। এটি একটি সাধারণ পর্যবেক্ষণ, কিন্তু এটি কোনো বৈজ্ঞানিক কারণ নয় যে কেন সূঁচ ডুবে যায় বা কেন জাহাজ ভাসে। সব বস্তুই পানির মধ্য দিয়ে যেতে পারে।
    
• বিকল্প ২: Needle passes through spaces between the mobcubes of water (সূঁচ পানির কণার মধ্যবর্তী স্থান দিয়ে যায়)। এটি সম্পূর্ণ ভুল এবং অবৈজ্ঞানিক ধারণা। পানি অণু (molecules) দ্বারা গঠিত, "mobcubes" দ্বারা নয়। পানির অণুগুলির মধ্যে ফাঁকা স্থান থাকলেও তা বস্তুর ভেসে থাকা বা ডুবে যাওয়ার মূল কারণ নয়, বরং ঘনত্ব এবং প্লবতাই আসল কারণ।
    
• বিকল্প ৪: Needle has less volume than ship (সূঁচের আয়তন জাহাজের চেয়ে কম)। এটি সত্য যে সূঁচের আয়তন জাহাজের চেয়ে কম, কিন্তু শুধুমাত্র আয়তন দিয়ে ভেসে থাকা বা ডুবে যাওয়া নির্ধারণ করা যায় না। বস্তুর ঘনত্ব (mass per unit volume) এবং এর দ্বারা অপসারিত পানির ওজনই মূল বিবেচ্য বিষয়। কম আয়তনের একটি খুব ঘন বস্তু ডুবে যেতে পারে, আবার বেশি আয়তনের একটি কম ঘন বস্তু (যেমন একটি ফাঁপা জাহাজ) ভেসে থাকতে পারে।