ভৌত পরিবেশ

ভৌতবিজ্ঞানে বাইরে থেকে যা প্রয়োগ করে কোনো স্থির বস্তুকে গতিশীল বা গতিশীল বস্তুর গতির পরিবর্তন ঘটানো হয় বা ঘটানোর চেষ্টা করা হয়, তাকে বল (Force) বলে।

• স্পর্শ বল (Contact Force): দুটি বস্তুর প্রত্যক্ষ ভৌত সংযোগের মাধ্যমে ক্রিয়াশীল বল—যেমন পেশীয় বল, প্রতিক্রিয়া বল এবং ঘর্ষণ বল (Frictional Force) যা সর্বদা সংস্পর্শে থাকা তলদ্বয়ের আপেক্ষিক গতিকে বাধা দেয়।
• স্পর্শহীন বল (Action-at-a-Distance Force): কোনো প্রত্যক্ষ শারীরিক সংযোগ ছাড়াই শূন্যস্থানের মধ্য দিয়ে দূর থেকে ক্রিয়াশীল বল—যেমন মহাকর্ষ বল (সকল ভরের মধ্যে পারস্পরিক আকর্ষণ), স্থির তড়িৎ বল (আধানের মধ্যে আকর্ষণ/বিকর্ষণ) এবং চৌম্বক বল (চৌম্বক মেরুদ্বয়ের মধ্যে বল)।

কোনো বস্তুর ভরবেগের পরিবর্তনের হার তার ওপর প্রযুক্ত অসমান বলের সমানুপাতিক এবং বল যেদিকে প্রযুক্ত হয় ভরবেগের পরিবর্তনও সেদিকে ঘটে:

$$\mathbf{F = m \cdot a} \quad (\text{বল} = \text{ভর} \times \text{ত্বরণ})$$

• SI একক: নিউটন (N)। $১\text{ kg}$ ভরের বস্তুতে $১\text{ m/s}^2$ ত্বরণ সৃষ্টি করতে যে পরিমাণ বলের প্রয়োজন হয়, তাকে $১\text{ N}$ বলে।
• CGS একক: ডাইন (dyne)। $১\text{ g}$ ভরের বস্তুতে $১\text{ cm/s}^2$ ত্বরণ সৃষ্টিকারী বল।
• একক রূপান্তর: $১\text{ N} = ১\text{ kg} \times ১\text{ m/s}^2 = ১০^৩\text{ g} \times ১০^২\text{ cm/s}^2 = \mathbf{১০^৫\text{ ডাইন}}$।

বিজ্ঞানের ভাষায় ভর ও ভার সম্পূর্ণ ভিন্ন দুটি রাশি:

মহাবিশ্বের প্রতিটি বস্তু বা কণা একে অপরকে নিজের কেন্দ্রের দিকে আকর্ষণ করে। এই আকর্ষণ বলের মান কণা দুটির ভরের গুণফলের সমানুপাতিক এবং তাদের মধ্যবর্তী দূরত্বের বর্গের ব্যস্তানুপাতিক:

$$\mathbf{F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}}$$

• সার্বজনীন মহাকর্ষীয় ধ্রুবক ($G$): একক দূরত্বের ব্যবধানে রাখা দুটি একক ভরের বস্তুর পারস্পরিক আকর্ষণ বল। SI পদ্ধতিতে $\mathbf{G = ৬.৬৭৩ \times ১০^{-১১}\text{ N}\cdot\text{m}^২/\text{kg}^২}$ এবং CGS-এ $৬.৬৭৩ \times ১০^{-৮}\text{ dyn}\cdot\text{cm}^২/\text{g}^২$।
• বস্তু দুটির মধ্যবর্তী মাধ্যম, উষ্ণতা বা রাসায়নিক গঠনের ওপর $G$-এর মান নির্ভর করে না বলে একে সার্বজনীন ধ্রুবক বলে।

কোনো তলের একক ক্ষেত্রফলের ওপর লম্বভাবে প্রযুক্ত বলকে (বা ঘাতকে) চাপ (Pressure) বলে:

$$\mathbf{P = \frac{\text{লম্ব বল (ঘাত)}}{\text{ক্ষেত্রফল}} = \frac{F}{A}}$$

• একক: SI একক পাস্কাল (Pascal, Pa), যেখানে $১\text{ Pa} = ১\text{ N/m}^২$। CGS একক $\text{dyne/cm}^২$ ($১\text{ Pa} = ১০\text{ dyne/cm}^২$)।
• ব্যস্তানুপাতিক প্রভাব ($P \propto \frac{১}{A}$): বল স্থির থাকলে ক্ষেত্রফল যত কমবে, চাপ তত বাড়বে। এই কারণেই পেরেকের ডগা তীক্ষ্ণ করা হয় যাতে অল্প শক্তিতেই কাঠে প্রবেশ করে; ধারালো ছুরি দিয়ে ফল সহজে কাটা যায়; অন্যদিকে ভারী লরির চাকা চওড়া করা হয় যাতে রাস্তার ওপর চাপ কমে যায়।

$\rho$ ঘনত্বের কোনো তরলের মুক্ত তল থেকে $h$ গভীরতায় $A$ ক্ষেত্রফলের ওপর তরলস্তম্ভের ওজন হলো $W = m g = (A \cdot h \cdot \rho) g$। সুতরাং ওই বিন্দুতে তরলের চাপ:

$$\mathbf{P = \frac{W}{A} = \frac{A \cdot h \cdot \rho \cdot g}{A} = h \cdot \rho \cdot g}$$

• তরলের চাপ পাত্রের আকার, তলের আকৃতি বা তরলের মোট পরিমাণের ওপর নির্ভর করে না (Hydrostatic Paradox)।
• চাপ শুধুমাত্র উল্লম্ব গভীরতা ($h$), তরলের ঘনত্ব ($\rho$) এবং স্থানীয় অভিকর্ষজ ত্বরণ ($g$)-এর ওপর প্রত্যক্ষভাবে নির্ভরশীল।

স্থির তরলের চাপ কতগুলি গুরুত্বপূর্ণ ধর্ম প্রদর্শন করে:

• সবদিকে সমচাপ (পাস্কালের নীতি): তরলের ভেতরের যেকোনো বিন্দুতে চাপ সবদিকে সমানভাবে ক্রিয়া করে (নিম্নমুখী, ঊর্ধ্বমুখী ও পার্শ্বমুখী চাপ সমান)।
• অনুভূমিক সমতা: একই স্থির তরলের একই অনুভূমিক তলে অবস্থিত সমস্ত বিন্দুতে চাপ সমান।
• পাত্রের গায়ে লম্ব ক্রিয়া: তরল সর্বদা পাত্রের দেওয়ালের সাথে লম্বভাবে চাপ প্রয়োগ করে।
• তরলের সমোচ্চশীলতা ধর্ম: পরস্পরের সাথে যুক্ত বিভিন্ন আকার ও ব্যাসের পাত্রে তরল ঢাললে সব পাত্রেই তরলের মুক্ত পৃষ্ঠ একই অনুভূমিক উচ্চতায় অবস্থান করে।

কোনো বস্তুকে তরলে নিমজ্জিত করলে বস্তুটির ওপরের তলের (কম গভীরতা $h_1$) চেয়ে নিচের তলের (অধিক গভীরতা $h_2$) ওপর তরলের চাপ বেশি থাকে। তরল কর্তৃক বস্তুর ওপর প্রযুক্ত এই লব্ধি ঊর্ধ্বমুখী বলকে প্লবতা (Buoyancy, $F_b$) বলে:

$$F_b = (P_2 - P_1) A = (h_2 - h_1) \rho g A = V_{\text{sub}} \cdot \rho_l \cdot g$$

যেখানে $V_{\text{sub}}$ হলো বস্তুটির নিমজ্জিত অংশের আয়তন এবং $\rho_l$ হলো তরলের ঘনত্ব।

আর্কিমিডিসের নীতি: কোনো বস্তুকে কোনো স্থির তরলে (বা গ্যাসে) আংশিক বা সম্পূর্ণ নিমজ্জিত করলে, বস্তুটি কিছুটা ওজন হারায় বলে মনে হয়; বস্তুর এই আপাত ওজন হ্রাস বস্তুটি দ্বারা অপসারিত তরলের (বা গ্যাসের) ওজনের ঠিক সমান হয়।

$$\mathbf{\text{বস্তুর আপাত ওজন } (W') = \text{বায়ুতে প্রকৃত ওজন } (W) - \text{প্লবতা } (F_b)}$$

$$\mathbf{\text{আপাত ওজন হ্রাস} = W - W' = \text{অপসারিত তরলের ওজন } (V_{\text{disp}} \cdot \rho_l \cdot g)}$$

$\rho_{\text{body}}$ ঘনত্বের বস্তুকে $\rho_l$ ঘনত্বের তরলে রাখলে তিনটি পরিস্থিতি দেখা যায়:

• ১. নিমজ্জন (Sinking): যদি বস্তুর ঘনত্ব তরলের ঘনত্বের চেয়ে বেশি হয় ($\rho_{\text{body}} > \rho_l$), তবে বস্তুর প্রকৃত ওজন $W >$ সর্বোচ্চ প্লবতা $F_b$। ফলে লব্ধি নিম্নমুখী বলের কারণে বস্তুটি তলদেশে ডুবে যায় (যেমন জলে লোহার পেরেক)।
• ২. সম্পূর্ণ নিমজ্জিত অবস্থায় ভাসন (Neutral Floatation): যদি $\rho_{\text{body}} = \rho_l$ হয়, তবে $W = F_b$। বস্তুটি তরলের ভেতরে যেকোনো গভীরতায় সম্পূর্ণ ডুবে ভেসে থাকে।
• ৩. আংশিক নিমজ্জিত অবস্থায় ভাসন (Partial Floatation): যদি $\rho_{\text{body}} < \rho_l$ হয়, তবে বস্তুর নিমজ্জিত অংশ দ্বারা অপসারিত তরলের ওজন তার মোট ওজনের সমান হওয়া মাত্রই বস্তুটি আংশিক ভেসে থাকে।
• জাহাজ ও পেরেকের রহস্য সমাধান: একটি নিরেট লোহার পেরেকের ঘনত্ব ($৭.৮\text{ g/cm}^৩$) জলের চেয়ে বেশি হওয়ায় তা ডুবে যায়। কিন্তু লোহার তৈরি বিরাট জাহাজের ভেতরে থাকে বিশাল ফাঁপা প্রকোষ্ঠ এবং বাতাস। ফলে সামগ্রিকভাবে জাহাজের গড় ঘনত্ব (মোট ভর / আবদ্ধ মোট আয়তন) জলের ঘনত্বের চেয়ে অনেক কম হয়ে যায়। জাহাজটি নিজের ওজনের সমান জল অপসারণ করলেই জলে চমৎকার ভেসে থাকে।

বায়ুমণ্ডলের বিশাল বায়ুস্তম্ভ তার ওজনের কারণে ভূপৃষ্ঠের প্রতি একক ক্ষেত্রফলের ওপর যে লম্ব বল প্রয়োগ করে, তাকে বায়ুমণ্ডলীয় চাপ বলে। ১৬৪৩ সালে ইতালীয় বিজ্ঞানী এভানজেলিস্তা টরিসেলি ১ মিটার দীর্ঘ পারদপূর্ণ কাচনলকে পারদপাত্রে উল্টে দিয়ে বায়ুমণ্ডলীয় চাপ পরিমাপ করেন।

• কাচনলের পারদস্তম্ভ নেমে এসে সমুদ্রপৃষ্ঠে ঠিক ৭৬ সেমি (বা ৭৬০ মিমি) উচ্চতায় স্থির হয়।
• টরিসেলির শূন্যস্থান (Torricellian Vacuum): নলের ভেতরে পারদের উপরিভাগে যে ফাঁকা স্থান থাকে, সেখানে সামান্য পারদ বাষ্প ছাড়া কোনো বাতাস থাকে না ($P \approx 0$)।
• বাইরের খোলা পাত্রের পারদতলে বায়ুমণ্ডলের যে চাপ পড়ে, নলের ভেতরের ৭৬ সেমি পারদস্তম্ভের চাপ ঠিক তার সমান ও বিপরীতমুখী হয়ে সাম্যাবস্থা রক্ষা করে।

পারদের ঘনত্ব $\rho = ১৩৬০০\text{ kg/m}^৩$ এবং $g = ৯.৮\text{ m/s}^২$ হলে, সমুদ্রপৃষ্ঠে প্রমাণ বায়ুমণ্ডলীয় চাপের মান:

$$P_০ = h \rho g = ০.৭৬\text{ m} \times ১৩৬০০\text{ kg/m}^৩ \times ৯.৮\text{ m/s}^২ = \mathbf{১.০১২৯ \times ১০^৫\text{ N/m}^২} \approx \mathbf{১.০১৩ \times ১০^৫\text{ Pa}} = \mathbf{১.০১৩\text{ bar}}$$

জলের ব্যারোমিটার কেন ব্যবহার করা হয় না? জলের ঘনত্ব মাত্র $১০০০\text{ kg/m}^৩$। ফলে বায়ুমণ্ডলীয় চাপ মাপতে কাচনলের উচ্চতা হতে হতো $\frac{১.০১৩ \times ১০^৫}{১০০০ \times ৯.৮} \approx \mathbf{১০.৩৪\text{ মিটার}}$ (প্রায় ৩৪ ফুট লম্বা নল)! যা দৈনন্দিন ব্যবহারে সম্পূর্ণ অসম্ভব।

বায়ুমণ্ডলীয় চাপের পরিবর্তন লক্ষ্য করে আবহাওয়ার পূর্বাভাস দেওয়া সম্ভব:

• ব্যারোমিটারের পাঠ দ্রুত নেমে গেলে: বোঝা যায় স্থানীয় অঞ্চলে নিম্নচাপের সৃষ্টি হয়েছে এবং আশেপাশের অঞ্চল থেকে প্রবল বেগে বায়ু ছুটে এসে ঝড়-বৃষ্টির সম্ভাবনা তৈরি করবে।
• পাঠ ধীরে ধীরে নামতে থাকলে: বাতাসে জলীয় বাষ্পের পরিমাণ ক্রমশ বাড়ছে (যেহেতু আর্দ্র বায়ু শুষ্ক বায়ুর চেয়ে হালকা), ফলে বৃষ্টির সম্ভাবনা থাকে।
• পাঠ ধীরে ধীরে বৃদ্ধি পেলে: বাতাসে জলীয় বাষ্পের পরিমাণ কমছে এবং বাতাস শুষ্ক হচ্ছে, যা পরিষ্কার ও রৌদ্রোজ্জ্বল আবহাওয়ার ইঙ্গিত দেয়।
• পাঠ খুব দ্রুত বৃদ্ধি পেলে: বুঝতে হবে খুব দ্রুত শুষ্ক ও শীতল বায়ুপ্রবাহ আসছে, যা সাময়িক দমকা বাতাসের পূর্বাভাস।

সাইফন (Siphon) হলো একটি অসমান বাহুযুক্ত কাচ বা প্লাস্টিকের উল্টানো U-আকৃতির নল, যার সাহায্যে পাত্র না নাড়িয়ে উঁচু স্থান থেকে তরলকে মধ্যবর্তী কোনো অন্তরায় পার করে স্বয়ংক্রিয়ভাবে নিচু স্থানে স্থানান্তরিত করা যায়।

• নলটিকে প্রথমে সম্পূর্ণ তরল দিয়ে পূর্ণ করে ছোট বাহু উঁচু পাত্রের তরলে এবং বড় বাহু নিচু পাত্রে রাখা হয়।
• উঁচু পাত্রের পৃষ্ঠে চাপ বায়ুমণ্ডলীয় চাপ $P_০$। বাঁকের সর্বোচ্চ বিন্দু $C$-তে চাপ $P_C = P_০ - h_১ \rho g$। নিচু প্রান্তে তরলস্তম্ভের দৈর্ঘ্য $h_২$ হওয়ায় বহির্গমন চাপ বেশি হয়।
• যেহেতু $h_২ > h_১$, তাই লব্ধি চাপের পার্থক্য $\Delta P = (h_২ - h_১) \rho g$-এর কারণে বায়ুমণ্ডলীয় চাপ ও অভিকর্ষ বলের যৌথ ক্রিয়ায় তরল অবিরাম নিচু পাত্রে প্রবাহিত হতে থাকে।

সাইফন সুষ্ঠুভাবে কাজ করার জন্য অপরিহার্য শর্তাবলী:

1. ছোট বাহুর দৈর্ঘ্য অপেক্ষা বড় বাহুর উল্লম্ব দৈর্ঘ্য সর্বদা বেশি হতে হবে ($h_২ > h_১$)।
2. উঁচু পাত্রের তরলের মুক্ত তল থেকে নলের বাঁকের উল্লম্ব উচ্চতা ($h_১$) সংশ্লিষ্ট তরলের ব্যারোমেট্রিক উচ্চতার চেয়ে কম হতে হবে (জলের ক্ষেত্রে সমুদ্রপৃষ্ঠে $h_১ < ১০.৩৪\text{ মিটার}$ হতে হবে; অন্যথায় তরলস্তম্ভ ভেঙে যাবে)।
3. নলে কোনো ছিদ্র থাকা চলবে না; বাতাস ঢুকলে বায়ুমণ্ডলীয় সাম্যাবস্থা নষ্ট হয়ে তরলপ্রবাহ তৎক্ষণাৎ বন্ধ হয়ে যাবে।
4. শূন্যস্থানে (in vacuum) সাইফন কাজ করতে পারে না, কারণ তরলকে ছোট বাহু দিয়ে ওপরে তুলতে বায়ুমণ্ডলীয় চাপের ঠেলার প্রয়োজন হয়।

তাপ (Heat): তাপ হলো এক প্রকার শক্তি যা গ্রহণ করলে বস্তু উত্তপ্ত হয় এবং বর্জন করলে শীতল হয় ($Q$, একক জুল বা ক্যালোরি; $১\text{ cal} = ৪.১৮৪\text{ J} \approx ৪.২\text{ J}$)।
তাপমাত্রা বা উষ্ণতা (Temperature): তাপমাত্রা হলো বস্তুর তাপীয় অবস্থা যা নির্ধারণ করে বস্তুটি অন্য বস্তুকে তাপ দেবে না অন্য বস্তু থেকে তাপ গ্রহণ করবে।

সেলসিয়াস, ফারেনহাইট ও কেলভিন স্কেলের রূপান্তর সমীকরণ:
$$\mathbf{\frac{C}{৫} = \frac{F - ৩২}{৯} = \frac{K - ২৭৩}{৫}}$$

$-৪০^\circ$ উষ্ণতায় সেলসিয়াস ও ফারেনহাইট স্কেলের পাঠ সমান হয় ($-৪০^\circ\text{C} = -৪০^\circ\text{F}$)। পরম শূন্য তাপমাত্রা হলো $০\text{ K} = -২৭৩.১৫^\circ\text{C}$।

ভিন্ন উষ্ণতার দুটি বস্তুর মধ্যে তাপীয় সংযোগ ঘটালে কোনো তাপ নষ্ট না হলে: গৃহীত তাপ = বর্জিত তাপ।

$$\mathbf{Q = m \cdot s \cdot \Delta t}$$

• যেখানে $m = \text{ভর}$, $s = \text{আপেক্ষিক তাপ}$, $\Delta t = \text{উষ্ণতার পরিবর্তন}$।
• জলের আপেক্ষিক তাপের বিশেষ গুরুত্ব: জলের আপেক্ষিক তাপ অত্যন্ত বেশি ($১\text{ cal}/(\text{g}\cdot^\circ\text{C}) = ৪২০০\text{ J}/(\text{kg}\cdot\text{K})$)। জল সহজে গরম হয় না এবং একবার গরম হলে সহজে ঠান্ডা হয় না। এই কারণে: (১) মোটরগাড়ির ইঞ্জিনের রেডিয়েটরে জল ব্যবহার করা হয়, (২) সেঁক দেওয়ার বোতলে গরম জল নেওয়া হয়, এবং (৩) সমুদ্র উপকূলবর্তী অঞ্চলের জলবায়ু নাতিশীতোষ্ণ থাকে (সমুদ্রবায়ু ও স্থলবায়ু)।

লীনতাপ (Latent Heat): উষ্ণতা স্থির রেখে একক ভরের কোনো পদার্থের শুধুমাত্র অবস্থার পরিবর্তন ঘটাতে যে পরিমাণ তাপ গ্রহণ বা বর্জন করতে হয়, তাকে ওই পদার্থের ওই অবস্থার পরিবর্তনের লীনতাপ বলে।

$$\mathbf{Q = m \cdot L}$$

• বরফ গলনের লীনতাপ ($L_f$): $\mathbf{৮০\text{ cal/g}}$ ($৩.৩৬ \times ১০^৫\text{ J/kg}$)। এর অর্থ $০^\circ\text{C}$ উষ্ণতার $১\text{ g}$ বরফকে $০^\circ\text{C}$ উষ্ণতার $১\text{ g}$ জলে পরিণত করতে বাইরে থেকে ৮০ ক্যালোরি তাপ দিতে হয়। এই কারণেই বরফ গলে জল হতে প্রচুর সময় লাগে এবং পাহাড়ের চূড়ার বরফ একসাথে না গলে ধীরে ধীরে গলে নদীগুলিতে সারা বছর জলের জোগান দেয়।
• জল বাষ্পীভবনের লীনতাপ ($L_v$): $\mathbf{৫৩৭\text{ cal/g}}$ ($২.২৬ \times ১০^৬\text{ J/kg}$)। $১০০^\circ\text{C}$-এর ফুটন্ত জলের চেয়ে $১০০^\circ\text{C}$-এর জলীয় বাষ্পে হাত দিলে বেশি মারাত্মক ফোস্কা পড়ে, কারণ প্রতি গ্রাম বাষ্প ঘনীভূত হয়ে চামড়ায় অতিরিক্ত ৫৩৭ ক্যালোরি তাপ নির্গত করে।

বাষ্পায়ন (Evaporation): যেকোনো উষ্ণতায় তরলের শুধুমাত্র মুক্ত তল থেকে ধীরে ধীরে বাষ্পে রূপান্তর।
স্ফুটন (Boiling): একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় (স্ফুটনাঙ্ক) তরলের সমগ্র অংশ থেকে দ্রুত বুদবুদ সহকারে বাষ্পে রূপান্তর।

বাষ্পায়নে শীতলতার উৎপত্তি: বাষ্পায়নের জন্য প্রয়োজনীয় লীনতাপ তরল তার নিজের শরীর এবং পাত্র থেকে সংগ্রহ করে। ফলে তরল ও পাত্র উভয়েই তাপ হারিয়ে শীতল হয়ে পড়ে। বাস্তব উদাহরণ:

• গ্রীষ্মকালে মাটির কলসির জল বরফের মতো ঠান্ডা থাকে, কারণ মাটির ক্ষুদ্র রন্ধ্র দিয়ে জল চুঁইয়ে বাইরে বাষ্পায়িত হয় এবং কলসি থেকে লীনতাপ গ্রহণ করে।
• হাতে স্পিরিট বা ইথার ঢাললে হাত প্রচণ্ড ঠান্ডা লাগে।
• গরমে কুকুর জিভ বের করে হাঁপায় যাতে লালার বাষ্পায়নে জিভ ও শরীর শীতল থাকে।

তাপ তিনভাবে এক স্থান থেকে অন্য স্থানে সঞ্চালিত হয়:

• পরিবহন (Conduction): পদার্থের অণুগুলির স্থানচ্যুতি ছাড়াই এক কণা থেকে পাশের কণায় তাপের স্থানান্তর (প্রধানত কঠিনে ঘটে)। ধাতব পদার্থ তাপের সুপরিবাহী; কাঠ, কাচ, বাতাস কুপরিবাহী।
• পরিচলন (Convection): তরল ও গ্যাসের কণাগুলির সরাসরি স্থানান্তরের দ্বারা তাপের সঞ্চালন। পরিচলন স্রোতের কারণেই সমুদ্রবায়ু ও স্থলবায়ু প্রবাহিত হয়।
• বিকিরণ (Radiation): কোনো মাধ্যম ছাড়াই তড়িৎচৌম্বকীয় তরঙ্গের মাধ্যমে দ্রুত গতিতে তাপের স্থানান্তর (যেমন সূর্য থেকে পৃথিবীতে তাপ আসা)। কালো বা অম্লান তল তাপের ভালো শোষক ও বিকিরক; চকচকে সাদা তল তাপ প্রতিফলিত করে।
• থার্মোফ্লাস্ক (Thermos Flask): দুই দেওয়ালের কাচপাত্র যার মধ্যবর্তী বাতাস নিষ্কাশন করে শূন্যস্থান করা হয় (পরিবহন ও পরিচলন বন্ধ), কাচের গায়ে রূপোর চকচকে প্রলেপ দেওয়া হয় (বিকিরণ বন্ধ), এবং মুখে কর্কের ছিপি লাগানো হয় (পরিবহন রোধ)। ফলে ভেতরের গরম বা ঠান্ডা তরল দীর্ঘক্ষণ অপরিবর্তিত থাকে।

আলোক রশ্মি যখন এক সমসত্ত্ব স্বচ্ছ মাধ্যম থেকে অন্য স্বচ্ছ মাধ্যমে তীর্যকভাবে আপতিত হয়, তখন দুই মাধ্যমের বিভেদতলে আলোকরশ্মির অভিমুখের পরিবর্তন ঘটাকে আলোর প্রতিসরণ (Refraction) বলে।

• লঘু থেকে ঘন মাধ্যমে প্রবেশ: আলোকরশ্মি অভিলম্বের দিকে বেঁকে আসে ($i > r$, আলোর গতিবেগ হ্রাস পায়)।
• ঘন থেকে লঘু মাধ্যমে প্রবেশ: আলোকরশ্মি অভিলম্ব থেকে দূরে সরে যায় ($i < r$, আলোর গতিবেগ বৃদ্ধি পায়)।
• প্রতিসরণের ১ম সূত্র: আপতিত রশ্মি, প্রতিসৃত রশ্মি এবং আপতন বিন্দুতে বিভেদতলের ওপর অঙ্কিত অভিলম্ব একই সমতলে অবস্থান করে।
• স্নেলের সূত্র (২য় সূত্র): দুটি নির্দিষ্ট মাধ্যম ও নির্দিষ্ট বর্ণের আলোর জন্য আপতন কোণের সাইন ও প্রতিসরণ কোণের সাইনের অনুপাত সর্বদা একটি ধ্রুবক হয়:
  $$\mathbf{\frac{\sin i}{\sin r} = \mu = \frac{c}{v}}$$
• যেখানে $\mu$ হলো মাধ্যমের প্রতিসরাঙ্ক, $c$ শূন্যস্থানে আলোর গতিবেগ ($৩ \times ১০^৮\text{ m/s}$) এবং $v$ মাধ্যমে আলোর গতিবেগ। লম্ব আপতনের ক্ষেত্রে ($i = ০^\circ$) প্রতিসরণ কোণও $r = ০^\circ$ হয় (কোনো বিচ্যুতি হয় না)।

দৈনন্দিন জীবনে প্রতিসরণের বিস্ময়কর প্রভাব:

• জলে ডোবানো লাঠি বাঁকা দেখা: কাচপাত্রের জলে একটি সোজা লাঠি বা পেনসিল তীর্যকভাবে রাখলে জলের তলের ঠিক নিচে লাঠিটি ভেঙে ওপরে উঠে এসেছে বলে মনে হয়। কারণ নিমজ্জিত অংশ থেকে আসা আলো জল (ঘন) থেকে বায়ুতে (লঘু) আসার সময় অভিলম্ব থেকে দূরে বেঁকে দর্শকের চোখে পৌঁছায়।
• জলের নিচের মুদ্রার আপাত উত্থান: জলের তলায় থাকা মুদ্রা বা বালতির তলা প্রকৃত গভীরতার চেয়ে কিছুটা ওপরে দেখা যায়: $\mathbf{\text{আপাত গভীরতা } d' = \frac{d}{\mu}}$। জলের ক্ষেত্রে আপাত গভীরতা প্রকৃত গভীরতার $\frac{৩}{৪}$ অংশ।
• সূর্যোদয়ের পূর্বে ও সূর্যাস্তের পরে সূর্য দর্শন: পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলের বিভিন্ন ঘনত্বের স্তরে আলোর ক্রমাগত প্রতিসরণের জন্য সূর্য দিগন্তের নিচে থাকা সত্ত্বেও আমরা তাকে প্রায় ২ মিনিট আগে দেখতে পাই এবং সূর্যাস্তের পরেও ২ মিনিট বেশি দেখতে পাই।

যখন আলোকরশ্মি ঘন মাধ্যম থেকে লঘু মাধ্যমের দিকে তীর্যকভাবে অগ্রসর হয়:

• আপতন কোণ বৃদ্ধির সাথে সাথে প্রতিসরণ কোণও বৃদ্ধি পায়।
• সংকট কোণ (Critical Angle, $\theta_c$): ঘন মাধ্যমে যে নির্দিষ্ট আপতন কোণের জন্য লঘু মাধ্যমে প্রতিসরণ কোণের মান ঠিক $৯০^\circ$ (এক সমকোণ) হয়, তাকে ওই মাধ্যমদ্বয়ের সংকট কোণ বলে:
  $$\mathbf{\sin \theta_c = \frac{১}{\mu}}$$
• প্রামাণ্য মান: জল-বায়ুর সংকট কোণ $\approx ৪৮.৬^\circ$, কাচ-বায়ুর $\approx ৪২^\circ$, হীরে-বায়ুর $\approx ২৪.৪^\circ$।
• অভ্যন্তরীণ পূর্ণ প্রতিফলন: আলো যদি সংকট কোণের চেয়ে বেশি কোণে আপতিত হয় ($i > \theta_c$), তবে কোনো আলো প্রতিসৃত না হয়ে $১০০\%$ আলোই প্রতিফলনের নিয়ম মেনে পুনরায় ঘন মাধ্যমে সম্পূর্ণ প্রতিফলিত হয়ে ফিরে আসে।
• পূর্ণ প্রতিফলনের দুটি অপরিহার্য শর্ত:
  1. আলোকে অবশ্যই ঘন মাধ্যম থেকে লঘু মাধ্যমের অভিমুখে যেতে হবে।
  2. ঘন মাধ্যমে আপতন কোণকে সংশ্লিষ্ট মাধ্যমদ্বয়ের সংকট কোণের চেয়ে বৃহত্তর হতে হবে ($i > \theta_c$)।

অভ্যন্তরীণ পূর্ণ প্রতিফলন প্রকৃতি ও আধুনিক বিজ্ঞানে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ:

• মরুভূমির মরীচিকা (Mirage): গ্রীষ্মের রোদে মরুভূমির তপ্ত বালুকা পৃষ্ঠের সংলগ্ন বাতাস খুব গরম ও লঘু হয়ে পড়ে, কিন্তু ওপরের বাতাস শীতল ও ঘন থাকে। ওপরের গাছ থেকে আসা আলোকরশ্মি ঘন থেকে ক্রমান্বয়ে লঘু স্তরে নামতে নামতে একসময় সংকট কোণের চেয়ে বেশি কোণে আপতিত হয় ($i > \theta_c$)। তখন অভ্যন্তরীণ পূর্ণ প্রতিফলনের মাধ্যমে রশ্মিটি ওপরে বেঁকে দর্শকের চোখে পৌঁছায়। দর্শক গাছটির একটি উল্টোনো প্রতিবিম্ব দেখতে পায় এবং জলভ্রমে বিভ্রান্ত হয়।
• হীরকের অপূর্ব দীপ্তি: হীরকের সংকট কোণ অত্যন্ত কম ($২৪.৪^\circ$) হওয়ায় এবং এর তলগুলি বিশেষ কোণে কাটা থাকায় ভেতরে প্রবেশ করা আলোকরশ্মি বারবার অভ্যন্তরীণ পূর্ণ প্রতিফলিত হয়ে বের হয়, ফলে হীরে ঝকমক করে।
• অপটিক্যাল ফাইবার ও এন্ডোস্কোপি: উচ্চ প্রতিসরাঙ্কের কাচতন্তুর ভেতর দিয়ে আলো বারবার পূর্ণ প্রতিফলিত হয়ে কোনো শক্তি অপচয় ছাড়াই বক্রপথ অতিক্রম করে মানবদেহের ভেতরের অঙ্গ পরীক্ষা (এন্ডোস্কোপি) এবং টেলিযোগাযোগে ডেটা পাঠাতে ব্যবহৃত হয়।

দুটি গোলীয় তল বা একটি গোলীয় ও একটি সমতল দ্বারা সীমাবদ্ধ স্বচ্ছ প্রতিসারক মাধ্যমকে লেন্স বলে:

• উত্তল লেন্স (Convex / Converging Lens): মধ্যভাগ মোটা ও প্রান্তভাগ সরু; সমান্তরাল আলোক রশ্মিগুচ্ছকে একটি বিন্দুতে অভিসারী করে।
• অবতল লেন্স (Concave / Diverging Lens): মধ্যভাগ সরু ও প্রান্তভাগ মোটা; সমান্তরাল আলোক রশ্মিগুচ্ছকে অপসারী করে।
• মায়োপিয়া বা হ্রস্বদৃষ্টি (Short-Sightedness): কাছের জিনিস স্পষ্ট দেখতে পেলেও দূরের জিনিস অস্পষ্ট দেখে (কারণ অক্ষিগোলক লম্বা হয়ে যাওয়ায় প্রতিবিম্ব রেটিনার সামনে গঠিত হয়)। প্রতিকার: উপযুক্ত ফোকাস দৈর্ঘ্যের অবতল লেন্সের (Concave Lens) চশমা ব্যবহার।
• হাইপারমেট্রোপিয়া বা দীর্ঘদৃষ্টি (Long-Sightedness): দূরের জিনিস স্পষ্ট দেখলেও কাছের জিনিস অস্পষ্ট দেখে (প্রতিবিম্ব রেটিনার পেছনে গঠিত হয়)। প্রতিকার: উপযুক্ত ফোকাস দৈর্ঘ্যের উত্তল লেন্সের (Convex Lens) চশমা ব্যবহার।
• স্পষ্ট দর্শনের ন্যূনতম দূরত্ব: সুস্থ স্বাভাবিক চোখের ক্ষেত্রে এই দূরত্ব হলো ২৫ সেমি।