Please choose your option, either Assamese medium or English medium
Please choose your option, either Assamese medium or English medium
পদাৰ্থৰ ধৰ্মসমূহ
পদাৰ্থৰ ধৰ্মসমূহ
১. অতি চমু প্ৰশ্ন-উত্তৰ (Very Short Questions & Answers - 1 Mark Each)
প্ৰশ্ন ১: পদাৰ্থৰ কোনটো অৱস্থাত প্লাজমা (Plasma) গঠিত হয়?
উত্তৰ: অতি উচ্চ উষ্ণতাত গেছীয় কণাবোৰ আয়নীকৃত (Ionized) হ'লে প্লাজমা অৱস্থা গঠিত হয়।
প্ৰশ্ন ২: পদাৰ্থৰ বিকৃতি (Strain) ৰ SI একক কি?
উত্তৰ: বিকৃতি হৈছে একে ধৰণৰ দুটা ৰাশিৰ অনুপাত, সেয়েহে ইয়াৰ কোনো একক নাই (এককহীন ৰাশি)।
প্ৰশ্ন ৩: হুকৰ সূত্ৰ (Hooke's Law) অনুসৰি প্ৰতিবল (Stress) আৰু বিকৃতিৰ (Strain) সম্পৰ্ক কি?
উত্তৰ: স্থিতিস্থাপক সীমাৰ ভিতৰত প্ৰতিবল বিকৃতিৰ সম্পূৰ্ণ সমানুপাতিক (প্ৰতিবল ∝ বিকৃতি)।
প্ৰশ্ন ৪: শোষণ বৰ্ণালী (Absorption Spectrum) ৰ এটা প্ৰধান বৈশিষ্ট্য লিখা।
উত্তৰ: ইয়াৰ ধাৰাবাহিক বৰ্ণালী পটভূমিত কিছুমান গাঢ় বা কলা ৰেখা অৱস্থিত থাকে।
প্ৰশ্ন ৫: পোহৰৰ প্ৰকৃতি কি ধৰণৰ তৰংগ বুলি সমৱৰ্তন (Polarization) পৰিঘটনাই প্ৰমাণ কৰে?
উত্তৰ: ই পোহৰক অনুজুৰি তৰংগ (Transverse Wave) বুলি প্ৰমাণ কৰে।
প্ৰশ্ন ৬: পোহৰৰ ব্যতিচাৰ (Interference) ৰ বাবে আৱশ্যকীয় এটা প্ৰধান চৰ্ত কি?
উত্তৰ: উৎস দুটা সুসংগত (Coherent Source) হ'ব লাগিব।
প্ৰশ্ন ৭: অপৱৰ্তন (Diffraction) পৰিঘটনাত পোহৰৰ তৰংগৰ কি ঘটে?
উত্তৰ: কোনো বাধা বা চোকা দাঁতিৰ কাষেৰে পাৰ হৈ যাওঁতে পোহৰৰ তৰংগ ভাঁজ লয়।
প্ৰশ্ন ৮: ন্যান'পদাৰ্থৰ (Nanomaterials) আকাৰৰ পৰিসৰ কিমান?
উত্তৰ: ১ ৰ পৰা ১০০ ন্যান'মিটাৰ (1 to 100 nm) ৰ ভিতৰত।
প্ৰশ্ন ৯: শ্বেপ মেম'ৰী এলয় (Shape Memory Alloys) ৰ এটা বিশেষ ধৰ্ম লিখা।
উত্তৰ: বিকৃত অৱস্থাৰ পৰা উষ্ণতা বৃদ্ধি কৰিলে ই পুনৰাই নিজৰ প্ৰাৰম্ভিক আকৃতি ঘূৰাই পায়।
প্ৰশ্ন ১০: পিইজ'ইলেক্ট্ৰিক পদাৰ্থৰ (Piezoelectric Material) মূল কাম কি?
উত্তৰ: মেকানিকেল চাপক বৈদুতিক শক্তিলৈ আৰু বৈদুতিক শক্তিক মেকানিকেল কম্পনলৈ ৰূপান্তৰ কৰা।
প্ৰশ্ন ১১: শব্দৰ স্বৰ বা তীক্ষ্ণতা (Pitch) কিসৰ ওপৰত নিৰ্ভৰ কৰে?
উত্তৰ: শব্দ তৰংগৰ কম্পনাংকৰ (Frequency) ওপৰত।
প্ৰশ্ন ১২: পেৰালাইজড পোহৰ (Polarized Light) কি?
উত্তৰ: যি পোহৰত বিদ্যুৎ ভেক্টৰৰ কম্পনসমূহ কেৱল এটা নিৰ্দ্বিষ্ট সমতলতে সীমাৱদ্ধ থাকে।
প্ৰশ্ন ১৩: বাঁহী (Flute) কোন শ্ৰেণীৰ বাদ্যযন্ত্ৰ?
উত্তৰ: সুষিৰ বা বায়ু-ভিত্তিক বাদ্যযন্ত্ৰ (Wind Instrument)।
প্ৰশ্ন ১৪: শব্দ তৰংগ সঞ্চাৰ হ'বলৈ ভৌতিক মাধ্যমৰ প্ৰয়োজন হয়নে?
উত্তৰ: হয়, শব্দ সঞ্চাৰ হ'বলৈ মাধ্যমৰ (গোটা, তৰল বা গেছ) অতি আৱশ্যক।
প্ৰশ্ন ১৫: পদাৰ্থৰ কোনটো ধৰ্মৰ বাবে ইয়াক তাৰলৈ ৰূপান্তৰ কৰিব পাৰি?
উত্তৰ: নমনীয়তা বা তাৰিকতা (Ductility)।
২. চমু প্ৰশ্ন-উত্তৰ (Short Answer Questions - 2 Marks Each)
প্ৰশ্ন ১: পদাৰ্থৰ ব'ছ-আইনষ্টাইন ঘনীভূত অৱস্থা (Bose-Einstein Condensate) কি?
উত্তৰ: অতি কম ঘনত্বৰ গেছক পৰম শূন্য উষ্ণতাৰ অতি কাষলৈ (নিয়মীয়াকৈ 0 K ৰ ওচৰলৈ) শীতল কৰিলে পদাৰ্থৰ এই পঞ্চম অৱস্থাটো সৃষ্টি হয়। এই অৱস্থাত পৰমাণুসমূহৰ স্বতন্ত্ৰ পৰিচয় বিলুপ্ত হয় আৰু সকলো পৰমাণু মিলি এক একক 'কোৱাণ্টাম অৱস্থা' বা 'ছুপাৰ এটম' গঠন কৰে।
প্ৰশ্ন ২: ইয়াং-ৰ গুণাংক (Young's Modulus) ৰ সংজ্ঞা দিয়া।
উত্তৰ: স্থিতিস্থাপক সীমাৰ ভিতৰত অনুদৈৰ্ঘ্য প্ৰতিবল (Longitudinal Stress) আৰু অনুদৈৰ্ঘ্য বিকৃতিৰ (Longitudinal Strain) অনুপাতকে ইয়াং-ৰ গুণাংক (Y) বোলা হয়। ই পদাৰ্থৰ দৈর্ঘ্যৰ দিশত টানিব পৰা সামৰ্থ্য জুখে। ইয়াৰ SI একক হৈছে N/m2 বা পাস্কেল (Pa)।
প্ৰশ্ন ৩: নিৰ্গমন বৰ্ণালী আৰু শোষণ বৰ্ণালীৰ পাৰ্থক্য লিখা।
উত্তৰ: কোনো উত্তপ্ত বা উত্তেজিত পদাৰ্থই পোনে পোনে পোহৰ বিকিৰণ কৰিলে নিৰ্গমন বৰ্ণালী পোৱা যায়; ইয়াত উজ্জ্বল ৰঙীন ৰেখা দৃশ্যমান হয়। আনহাতে, বগা পোহৰ কোনো শীতল গেছৰ মাজেৰে পাৰ হ'লে গেছে কিছুমান নিৰ্দিষ্ট তৰংগদৈৰ্ঘ্য শোষণ কৰে, যাৰ ফলত ক'লা ৰেখা বিশিষ্ট শোষণ বৰ্ণালীৰ সৃষ্টি হয়।
প্ৰশ্ন ৪: পোহৰৰ ব্যতিচাৰ আৰু অপৱৰ্তনৰ পাৰ্থক্য লিখা।
উত্তৰ: দুটা পৃথক সুসংগত পোহৰ উৎসৰ পৰা অহা তৰংগৰ ওপৰিপাতৰ ফলত ব্যতিচাৰ (Interference) ঘটে। আনহাতে, একেটা তৰংগমুখৰ (Wavefront) বিভিন্ন অংশৰ পৰা অহা গৌণ তৰংগসমূহৰ পৰস্পৰৰ মাজত সংঘটিত ওপৰিপাতৰ ফলত অপৱৰ্তন (Diffraction) সৃষ্টি হয়।
প্ৰশ্ন ৫: পোহৰৰ সমৱৰ্তন (Polarization of Light) বুলিলে কি বুজা?
উত্তৰ: সাধাৰণ অসমেধিত পোহৰত বৈদুতিক ভেক্টৰসমূহ সঞ্চাৰ দিশৰ লম্বভাৱে সকলো সমতলতে কম্পিত হয়। কিন্তু বিশেষ মাধ্যমৰ (যেনে পোলাৰইড) মাজেৰে পোহৰ পাৰ কৰি দিলে ইয়াৰ কম্পন কেৱল এটা সমতলতে আৱদ্ধ থাকে। এই পৰিঘটনাক সমৱৰ্তন বোলে।
প্ৰশ্ন ৬: ন্যান'পদাৰ্থই মেক্ৰ' পদাৰ্থতকৈ পৃথক ধৰ্ম দেখুৱায় কিয়?
উত্তৰ: ন্যান'পদাৰ্থৰ আকাৰ অতিকৈ সূক্ষ্ম হোৱাৰ বাবে ইয়াৰ পৃষ্ঠকালি আৰু আয়তনৰ অনুপাত (Surface-to-Volume Ratio) অতি উচ্চ হয়। ইয়াৰ উপৰিও ন্যান' পৰিসৰত 'কোৱাণ্টাম ক্ৰিয়া' (Quantum Confinement) সক্ৰিয় হৈ পৰে, যাৰ বাবে ইয়াৰ ৰাসায়নিক, বৈদুতিক আৰু আলোকীয় ধৰ্ম সলনি হয়।
প্ৰশ্ন ৭: স্মাৰ্ট পদাৰ্থ (Smart Materials) কি? উদাহৰণ দিয়া।
উত্তৰ: যিবোৰ পদাৰ্থই বাহ্যিক পৰিৱেশৰ পৰিৱৰ্তন (যেনে— উষ্ণতা, চাপ, বিদ্যুৎ বা চুম্বকীয় ক্ষেত্ৰ) অনুভৱ কৰি নিজৰ ভৌতিক ধৰ্ম স্বতঃস্ফূৰ্তভাৱে নিয়ন্ত্ৰিতভাৱে সলনি কৰিব পাৰে, তাক স্মাৰ্ট পদাৰ্থ বোলে। উদাহৰণ: পিইজ'ইলেক্ট্ৰিক ক্ৰিষ্টেল, শ্বেপ মেম'ৰী এলয়।
প্ৰশ্ন ৮: শব্দৰ প্ৰাবল্য (Loudness) আৰু তীক্ষ্ণতাৰ (Pitch) মাজৰ পাৰ্থক্য লিখা।
উত্তৰ: শব্দৰ প্ৰাবল্যই শব্দটো কিমান ডাঙৰ বা ক্ষীণ তাক সূচায় আৰু ই তৰংগৰ বিস্তাৰৰ (Amplitude) ওপৰত নিৰ্ভৰ কৰে। আনহাতে, তীক্ষ্ণতাই শব্দটো চিঞঁৰা নে গম্ভীৰ তাক নিৰ্ধাৰণ কৰে আৰু ই তৰংগৰ কম্পনাংকৰ (Frequency) ওপৰত নিৰ্ভৰশীল।
প্ৰশ্ন ৯: তানপুৰা বা চেতাৰৰ দৰে তাৰযুক্ত বাদ্যযন্ত্ৰত শব্দ কেনেকৈ উৎপন্ন হয়?
উত্তৰ: তাৰযুক্ত বাদ্যযন্ত্ৰত টানি ৰখা তাৰবোৰ আঙুলি বা মিজৰাবেৰে আঘাত কৰিলে তাত অপ্ৰগামী অনুজুৰি তৰংগৰ (Transverse Stationary Waves) সৃষ্টি হয়। এই তাৰৰ কম্পনে কাষৰ বতাহ কঁপাই নিৰ্দ্বিষ্ট মূল স্বৰ আৰু উপস্বৰসহ সুৰীয়া শব্দৰ সৃষ্টি কৰে।
প্ৰশ্ন ১০: ব্ৰুষ্টাৰৰ সূত্ৰ (Brewster's Law) কি?
উত্তৰ: এই সূত্ৰ অনুসৰি, কোনো স্বচ্ছ মাধ্যমৰ সমৱৰ্তন কোণৰ (Polarizing angle, ip) টেঞ্জেণ্ট (Tangent) ৰ মান মাধ্যমটোৰ প্ৰতিসৰাংকৰ (μ) সমান হয়। গাণিতিকভাৱে, tan(ip) = μ। এই অৱস্থাত প্ৰতিফলিত আৰু প্ৰতিসৰিত ৰশ্মি দুডাল পৰস্পৰ লম্ব হয়।
প্ৰশ্ন ১১: অনুৰণন (Resonance) বুলিলে কি বুজা?
উত্তৰ: যেতিয়া কোনো বাহ্যিক সময়ানুবৰ্তী বলৰ (Periodic Force) কম্পনাংক কোনো বস্তুৰ প্ৰাকৃতিক কম্পনাংকৰ (Natural Frequency) সমান হয়, তেতিয়া বস্তুটো অতি বেছি বিস্তাৰসহ কঁপিবলৈ ধৰে। এই পৰিঘটনাক অনুৰণন বোলা হয়।
প্ৰশ্ন ১২: পদাৰ্থৰ ভঙ্গুৰতা (Brittleness) আৰু নমনীয়তাৰ (Ductility) পাৰ্থক্য কি?
উত্তৰ: যিবোৰ পদাৰ্থত বল প্ৰয়োগ কৰিলে কোনো স্থায়ী বিকৃতি নোহোৱাকৈ হঠাত ভাঙি যায়, তাক ভঙ্গুৰ পদাৰ্থ বোলে (যেনে— কাঁচ)। আনহাতে, যিবোৰ পদাৰ্থক টানি ছিঙি নোযোৱাকৈ মিহি তাৰলৈ ৰূপান্তৰ কৰিব পাৰি, তাক নমনীয় পদাৰ্থ বোলে (যেনে— তাম, সোণ)।
প্ৰশ্ন ১৩: কাৰ্বন ন্যান'টিউব (Carbon Nanotubes) কি?
উত্তৰ: কাৰ্বন ন্যান'টিউব হ'ল গ্ৰাফিনৰ পাতল চাদৰক ন্যান' মিটাৰ ব্যাসাৰ্ধৰ নলাকাৰ ৰূপ দি গঠিত কাৰ্বনৰ এক বহুপ্ৰকাৰী ৰূপ। ই অত্যন্ত দৃঢ়, পাতল আৰু সুন্দৰ পৰিবাহী হোৱাৰ বাবে ইলেক্ট্ৰনিক্স আৰু এৰ'স্পেচ উদ্যোগত ব্যৱহৃত হয়।
প্ৰশ্ন ১৪: বাদ্যযন্ত্ৰৰ আৱহ বাকচ (Sound Box) কিয় ফোঁপোলা বা ডাঙৰ কৰা হয়?
উত্তৰ: ফোঁপোলা বাকচটোৰ ভিতৰত থকা বতাহে তাৰৰ কম্পনৰ অনুৰণন ঘটাই বাধ্য কঁপন সৃষ্টি কৰে। ই বিশাল পৰিমাণৰ বতাহক কঁপাই শব্দৰ বিস্তাৰ বৃদ্ধি কৰে, যাৰ ফলত গোটেই সুৰটো অধিক স্পষ্ট আৰু স্পষ্টভাৱে শুনা যায়।
প্ৰশ্ন ১৫: প'লাৰইডৰ (Polaroid) ব্যৱহাৰিক প্ৰয়োগ কি?
উত্তৰ: প'লাৰইড ব্যৱহাৰ কৰি চকুৰ ছানগ্লাছ, গাড়ীৰ হেডলাইٽৰ চমক (Glare) ৰোধ কৰা আইনা আৰু 3D চিনেমা চোৱা চশমা নিৰ্মাণ কৰা হয়। ই পোহৰৰ তীব্ৰতা প্ৰতিহত কৰি চকুক সুৰক্ষা দিয়ে।
৩. দীঘল প্ৰশ্ন-উত্তৰ (Long Answer Questions - 5 Marks Each)
প্ৰশ্ন ১: পদাৰ্থৰ বিভিন্ন অৱস্থাসমূহ সংক্ষেপে বৰ্ণনা কৰা। পদাৰ্থৰ যান্ত্ৰিক সামৰ্থ্য (Strength of Materials) বুলিলে কি বুজা আৰু ইয়াক নিৰ্ধাৰণ কৰা কাৰকসমূহ আলোচনা কৰা।
উত্তৰ: পদাৰ্থ প্ৰধানকৈ তিনিটা মূল অৱস্থাত পোৱা যায়— গোটা, তৰল আৰু গেছ। গোটা পদাৰ্থৰ অণুবোৰ দৃঢ়ভাৱে আবদ্ধ থাকে, তৰলত মধ্যম ধৰণৰ আকৰ্ষণ থাকে আৰু গেছীয় অণুবোৰ স্বাধীনভাৱে ঘূৰি ফুৰে। ইয়াৰ উপৰিও অতি উচ্চ উষ্ণতাত আয়নীকৃত গেছৰ 'প্লাজমা' অৱস্থা আৰু অতি নিম্ন উষ্ণতাত 'ব'ছ-আইনষ্টাইন ঘনীভূত অৱস্থা' পোৱা যায়।
পদাৰ্থৰ যান্ত্ৰিক সামৰ্থ্য: কোনো পদাৰ্থই ভাঙি নোযোৱাকৈ বা স্থায়ীভাৱে বিকৃত নোহোৱাকৈ বাহ্যিক বল সহ্য কৰিব পৰা ক্ষমতাকেই পদাৰ্থৰ যান্ত্ৰিক সামৰ্থ্য বোলে।
সামৰ্থ্য নিৰ্ধাৰণকাৰী কাৰকসমূহ: (১) স্থিতিস্থাপকতা (Elasticity): বল আঁতৰালে পূৰ্বৰ অৱস্থালৈ ঘূৰি অহাৰ ক্ষমতা। (২) নমনীয়তা আৰু ভঙ্গুৰতা: পদাৰ্থৰ আণৱিক বান্ধনিৰ প্ৰকাৰে ইয়াৰ দৃঢ়তা ঠিক কৰে। (৩) উষ্ণতা: উষ্ণতা বৃদ্ধি পালে পদাৰ্থৰ প্ৰতিবল সহ্য কৰাৰ সামৰ্থ্য আৰু স্থিতিস্থাপকতা গুণাংক হ্ৰাস পায়। (৪) সংমিশ্ৰণ আৰু খুঁত: পদাৰ্থৰ আণৱিক গঠনত থকা নিখুঁততাই সামৰ্থ্য বঢ়ায়; বিপৰীতে সামান্য ফাট বা অপদ্ৰৱ্যই সামৰ্থ্য কমায়।
প্ৰশ্ন ২: পোহৰৰ ব্যতিচাৰ (Interference) আৰু অপৱৰ্তন (Diffraction) পৰিঘটনা দুটা সৱিস্তৰে ব্যাখ্যা কৰা। ইয়াৰ বাস্তৱ উদাহৰণ দিয়া।
উত্তৰ: ব্যতিচাৰ (Interference): যেতিয়া দুটা একে কম্পনাংক আৰু প্ৰায় একে বিস্তাৰৰ সুসংগত তৰংগ একে দিশত সঞ্চাৰিত হৈ ইটোৱে সিটোৰ ওপৰত আপতিত হয়, তেতিয়া মাধ্যমৰ বিভিন্ন বিন্দুত পোহৰৰ তীব্ৰতাৰ পুনৰ্বিতৰণ ঘটে। কিছুমান বিন্দুত তীব্ৰতা সৰ্বোচ্চ হয় (গঠনমূলক ব্যতিচাৰ) আৰু কিছুমানত নূন্যতম হয় (ধ্বংসাত্মক ব্যতিচাৰ)। উদাহৰণ: পানীত ভাঁহি থকা তেলৰ পাতল আৱৰণ বা চাবোনৰ বুৰবুৰণিত দেখা পোৱা উজ্জ্বল ৰং।
অপৱৰ্তন (Diffraction): পোহৰ তৰংগ যেতিয়া কোনো অতি সূক্ষ্ম ছিদ্ৰ বা চোকা ধাৰযুক্ত বাধাৰ কাষেৰে পাৰ হয়, তেতিয়া ই পোনপটীয়া পথৰ পৰা কেঁকুৰি জিওমেট্ৰিক ছাঁৰ অঞ্চললৈ প্ৰৱেশ কৰে। এই কেঁকুৰা খোৱা ধৰ্মকেই অপৱৰ্তন বোলে। বাধাৰ আকাৰ পোহৰৰ তৰংগদৈৰ্ঘ্যৰ সমতুল্য হ'লে অপৱৰ্তন স্পষ্ট হয়। উদাহৰণ: CD বা DVD ৰ পিছফালে দেখা পোৱা ৰামধেনুৰ দৰে ৰং।
এই দুয়োটা পৰিঘটনাই পোহৰৰ তৰংগ প্ৰকৃতি (Wave Nature) সূদৃঢ়ভাৱে প্ৰমাণ কৰে।
প্ৰশ্ন ৩: ন্যান'পদাৰ্থ (Nanomaterials) আৰু স্মাৰ্ট পদাৰ্থ (Smart Materials) কি? আধুনিক বিজ্ঞান আৰু প্ৰযুক্তিত ইয়াৰ ব্যৱহাৰিক গুৰুত্ব আলোচনা কৰা।
উত্তৰ: ন্যান'পদাৰ্থ: যিবোৰ পদাৰ্থৰ অন্ততঃ এটা মাত্ৰা ১ ৰ পৰা ১০০ ন্যান'মিটাৰ আকাৰৰ ভিতৰত থাকে, তাক ন্যান'পদাৰ্থ বোলে। আকাৰ সৰু হোৱাৰ বাবে ইয়াৰ বিষেশ আলোকীয়, বৈদুতিক আৰু ৰাসায়নিক ধৰ্ম দেখা যায়। স্মাৰ্ট পদাৰ্থ: যিবোৰ পদাৰ্থই বাহ্যিক উদ্দীপনাৰ (যেনে— উষ্ণতা, চাপ, বৈদ্যুতিক ক্ষেত্ৰ) পৰিৱৰ্তন ঘটিলে নিজৰ ভৌতিক ৰূপ পৰিৱৰ্তন কৰিব পাৰে, তাক স্মাৰ্ট পদাৰ্থ বোলে।
ব্যৱহাৰিক গুৰুত্ব:
১/ চিকিৎসা বিজ্ঞানত: ন্যান'পদাৰ্থ ব্যৱহাৰ কৰি কেঞ্চাৰ ৰোগৰ আক্ৰান্ত কোষত নিখুঁতভাৱে ঔষধ প্ৰেৰণ (Targeted Drug Delivery) কৰা হয়।
২/ ইলেক্ট্ৰনিক্সত: ন্যান'টেক'নলজীয়ে অতি ক্ষুদ্ৰ, দ্ৰুত আৰু শক্তিশালী প্ৰচেছৰ আৰু মেম'ৰী চিফ সাজিবলৈ সহায় কৰিছে।
৩/ স্মাৰ্ট প্ৰযুক্তিত: শ্বেপ মেম'ৰী এলয় ৰোবোটিক্স, আঘাতপ্ৰাপ্ত হাড়ৰ চিকিৎসাৰ বাবে স্কেফ'ল্ডিং আৰু স্মাৰ্ট টেক্সটাইল নিৰ্মাণত বিপুলভাৱে ব্যৱহৃত হৈছে।
প্ৰশ্ন ৪: বাদ্যযন্ত্ৰত শব্দ উৎপাদনৰ ভৌতিক মূলনীতি ব্যাখ্যা কৰা। বাদ্যযন্ত্ৰৰ মুখ্য শ্ৰেণীবিভাজনসমূহ উদাহৰণসহ আলোচনা কৰা।
উত্তৰ: বাদ্যযন্ত্ৰত শব্দ উৎপাদনৰ মূল ভেটি হ'ল যান্ত্ৰিক কম্পন আৰু অনুৰণন (Resonance)। যেতিয়া বাদ্যযন্ত্ৰৰ কোনো অংশ কঁপোৱা হয়, তাত অপ্ৰগামী তৰংগ (Stationary Waves) ৰ সৃষ্টি হয়। ই বৈচিত্ৰময় মূলস্বৰ আৰু উপস্বৰ (Harmonics) প্ৰদান কৰি সুৰীয় ধ্বনি নিৰ্গমন কৰে।
বাদ্যযন্ত্ৰৰ শ্ৰেণীবিভাজন:
১/ তত বা তাৰযুক্ত বাদ্যযন্ত্ৰ (Chordophones): য'ত টান হৈ থকা তাৰৰ কম্পনৰ দ্বাৰা শব্দ সৃষ্টি হয়। উদাহৰণ: চেতাৰ, বেহালা, গীটাৰ।
২/ সুষিৰ বা বায়ু বাদ্যযন্ত্ৰ (Aerophones): ফুঁ দি নলৰ ভিতৰৰ বতাহৰ স্তম্ভ কঁপাই শব্দ সৃষ্টি কৰা হয়। উদাহৰণ: বাঁহী, পেঁপা, হাৰম'নিয়াম।
৩/ অবনদ্ধ বা আৱদ্ধ বাদ্যযন্ত্ৰ (Membranophones): টানি বন্ধা ছালৰ চামৰাত আঘাত কৰি শব্দ উলিওৱা হয়। উদাহৰণ: তবলা, খোল, ঢোল।
৪/ ঘন বাদ্যযন্ত্ৰ (Idiophones): গোটা ধাতু বা কাঠেৰে নিৰ্মিত যিবোৰত পোনপটীয়া আঘাতেৰে শব্দ উৎপন্ন হয়। উদাহৰণ: কাঁহ, তাল, মঞ্জিৰা।
প্ৰশ্ন ৫: পোহৰৰ সমৱৰ্তন (Polarization) আৰু এই পৰিঘটনা ব্যাখ্যা কৰিবলৈ ব্যৱহাৰ কৰা মালুছৰ সূত্ৰ (Malus's Law) বৰ্ণনা কৰা।
উত্তৰ: সমৱৰ্তন হ'ল পোহৰৰ এনে এক ভৌতিক ধৰ্ম যাৰ দ্বাৰা অসমেধিত পোহৰৰ সকলো দিশত থকা বৈদুতিক ভেক্টৰৰ কম্পনসমূহক কেৱল এটা এক একক সমতললৈ সীমিত কৰা হয়। ই প্ৰমাণ কৰে যে পোহৰ এক অনুজুৰি বিদ্যুৎ-চুম্বকীয় তৰংগ।
মালুছৰ সূত্ৰ (Malus's Law):
যেতিয়া সম্পূৰ্ণ সমৱৰ্ধিত পোহৰ এবিধ এনালাইজাৰৰ (Analyzer) মাজেৰে পাৰ হৈ যায়, তেতিয়া এনালাইজাৰৰ পৰা নিৰ্গত পোহৰৰ তীব্ৰতা (I), পোলাৰাইজাৰ আৰু এনালাইজাৰৰ সমৱৰ্তন অক্ষদ্বয়ৰ মাজৰ কোণৰ (θ) 'কছাইন'ৰ বৰ্গৰ সমানুপাতিক হয়।
ইয়াত I0 হ'ল আপতিত সমৱৰ্ধিত পোহৰৰ সৰ্বোচ্চ তীব্ৰতা। যেতিয়া θ = 0° হয়, তীব্ৰতা সৰ্বোচ্চ (I = I0) হয়, আৰু যেতিয়া θ = 90° হয় (অক্ষদ্বয় লম্ব), নিৰ্গত পোহৰৰ তীব্ৰতা শূন্য হৈ পৰি সমৱৰ্তন কাৰ্য্য সম্পূৰ্ণ ধৰা পেলায়।
১. অতি চমু প্ৰশ্ন-উত্তৰ (Very Short Questions & Answers - 1 Mark Each)
প্ৰশ্ন ১: পদাৰ্থৰ কোনটো অৱস্থাত প্লাজমা (Plasma) গঠিত হয়?
উত্তৰ: অতি উচ্চ উষ্ণতাত গেছীয় কণাবোৰ আয়নীকৃত (Ionized) হ'লে প্লাজমা অৱস্থা গঠিত হয়।
প্ৰশ্ন ২: পদাৰ্থৰ বিকৃতি (Strain) ৰ SI একক কি?
উত্তৰ: বিকৃতি হৈছে একে ধৰণৰ দুটা ৰাশিৰ অনুপাত, সেয়েহে ইয়াৰ কোনো একক নাই (এককহীন ৰাশি)।
প্ৰশ্ন ৩: হুকৰ সূত্ৰ (Hooke's Law) অনুসৰি প্ৰতিবল (Stress) আৰু বিকৃতিৰ (Strain) সম্পৰ্ক কি?
উত্তৰ: স্থিতিস্থাপক সীমাৰ ভিতৰত প্ৰতিবল বিকৃতিৰ সম্পূৰ্ণ সমানুপাতিক (প্ৰতিবল ∝ বিকৃতি)।
প্ৰশ্ন ৪: শোষণ বৰ্ণালী (Absorption Spectrum) ৰ এটা প্ৰধান বৈশিষ্ট্য লিখা।
উত্তৰ: ইয়াৰ ধাৰাবাহিক বৰ্ণালী পটভূমিত কিছুমান গাঢ় বা কলা ৰেখা অৱস্থিত থাকে।
প্ৰশ্ন ৫: পোহৰৰ প্ৰকৃতি কি ধৰণৰ তৰংগ বুলি সমৱৰ্তন (Polarization) পৰিঘটনাই প্ৰমাণ কৰে?
উত্তৰ: ই পোহৰক অনুজুৰি তৰংগ (Transverse Wave) বুলি প্ৰমাণ কৰে।
প্ৰশ্ন ৬: পোহৰৰ ব্যতিচাৰ (Interference) ৰ বাবে আৱশ্যকীয় এটা প্ৰধান চৰ্ত কি?
উত্তৰ: উৎস দুটা সুসংগত (Coherent Source) হ'ব লাগিব।
প্ৰশ্ন ৭: অপৱৰ্তন (Diffraction) পৰিঘটনাত পোহৰৰ তৰংগৰ কি ঘটে?
উত্তৰ: কোনো বাধা বা চোকা দাঁতিৰ কাষেৰে পাৰ হৈ যাওঁতে পোহৰৰ তৰংগ ভাঁজ লয়।
প্ৰশ্ন ৮: ন্যান'পদাৰ্থৰ (Nanomaterials) আকাৰৰ পৰিসৰ কিমান?
উত্তৰ: ১ ৰ পৰা ১০০ ন্যান'মিটাৰ (1 to 100 nm) ৰ ভিতৰত।
প্ৰশ্ন ৯: শ্বেপ মেম'ৰী এলয় (Shape Memory Alloys) ৰ এটা বিশেষ ধৰ্ম লিখা।
উত্তৰ: বিকৃত অৱস্থাৰ পৰা উষ্ণতা বৃদ্ধি কৰিলে ই পুনৰাই নিজৰ প্ৰাৰম্ভিক আকৃতি ঘূৰাই পায়।
প্ৰশ্ন ১০: পিইজ'ইলেক্ট্ৰিক পদাৰ্থৰ (Piezoelectric Material) মূল কাম কি?
উত্তৰ: মেকানিকেল চাপক বৈদুতিক শক্তিলৈ আৰু বৈদুতিক শক্তিক মেকানিকেল কম্পনলৈ ৰূপান্তৰ কৰা।
প্ৰশ্ন ১১: শব্দৰ স্বৰ বা তীক্ষ্ণতা (Pitch) কিসৰ ওপৰত নিৰ্ভৰ কৰে?
উত্তৰ: শব্দ তৰংগৰ কম্পনাংকৰ (Frequency) ওপৰত।
প্ৰশ্ন ১২: পেৰালাইজড পোহৰ (Polarized Light) কি?
উত্তৰ: যি পোহৰত বিদ্যুৎ ভেক্টৰৰ কম্পনসমূহ কেৱল এটা নিৰ্দ্বিষ্ট সমতলতে সীমাৱদ্ধ থাকে।
প্ৰশ্ন ১৩: বাঁহী (Flute) কোন শ্ৰেণীৰ বাদ্যযন্ত্ৰ?
উত্তৰ: সুষিৰ বা বায়ু-ভিত্তিক বাদ্যযন্ত্ৰ (Wind Instrument)।
প্ৰশ্ন ১৪: শব্দ তৰংগ সঞ্চাৰ হ'বলৈ ভৌতিক মাধ্যমৰ প্ৰয়োজন হয়নে?
উত্তৰ: হয়, শব্দ সঞ্চাৰ হ'বলৈ মাধ্যমৰ (গোটা, তৰল বা গেছ) অতি আৱশ্যক।
প্ৰশ্ন ১৫: পদাৰ্থৰ কোনটো ধৰ্মৰ বাবে ইয়াক তাৰলৈ ৰূপান্তৰ কৰিব পাৰি?
উত্তৰ: নমনীয়তা বা তাৰিকতা (Ductility)।
২. চমু প্ৰশ্ন-উত্তৰ (Short Answer Questions - 2 Marks Each)
প্ৰশ্ন ১: পদাৰ্থৰ ব'ছ-আইনষ্টাইন ঘনীভূত অৱস্থা (Bose-Einstein Condensate) কি?
উত্তৰ: অতি কম ঘনত্বৰ গেছক পৰম শূন্য উষ্ণতাৰ অতি কাষলৈ (নিয়মীয়াকৈ 0 K ৰ ওচৰলৈ) শীতল কৰিলে পদাৰ্থৰ এই পঞ্চম অৱস্থাটো সৃষ্টি হয়। এই অৱস্থাত পৰমাণুসমূহৰ স্বতন্ত্ৰ পৰিচয় বিলুপ্ত হয় আৰু সকলো পৰমাণু মিলি এক একক 'কোৱাণ্টাম অৱস্থা' বা 'ছুপাৰ এটম' গঠন কৰে।
প্ৰশ্ন ২: ইয়াং-ৰ গুণাংক (Young's Modulus) ৰ সংজ্ঞা দিয়া।
উত্তৰ: স্থিতিস্থাপক সীমাৰ ভিতৰত অনুদৈৰ্ঘ্য প্ৰতিবল (Longitudinal Stress) আৰু অনুদৈৰ্ঘ্য বিকৃতিৰ (Longitudinal Strain) অনুপাতকে ইয়াং-ৰ গুণাংক (Y) বোলা হয়। ই পদাৰ্থৰ দৈর্ঘ্যৰ দিশত টানিব পৰা সামৰ্থ্য জুখে। ইয়াৰ SI একক হৈছে N/m2 বা পাস্কেল (Pa)।
প্ৰশ্ন ৩: নিৰ্গমন বৰ্ণালী আৰু শোষণ বৰ্ণালীৰ পাৰ্থক্য লিখা।
উত্তৰ: কোনো উত্তপ্ত বা উত্তেজিত পদাৰ্থই পোনে পোনে পোহৰ বিকিৰণ কৰিলে নিৰ্গমন বৰ্ণালী পোৱা যায়; ইয়াত উজ্জ্বল ৰঙীন ৰেখা দৃশ্যমান হয়। আনহাতে, বগা পোহৰ কোনো শীতল গেছৰ মাজেৰে পাৰ হ'লে গেছে কিছুমান নিৰ্দিষ্ট তৰংগদৈৰ্ঘ্য শোষণ কৰে, যাৰ ফলত ক'লা ৰেখা বিশিষ্ট শোষণ বৰ্ণালীৰ সৃষ্টি হয়।
প্ৰশ্ন ৪: পোহৰৰ ব্যতিচাৰ আৰু অপৱৰ্তনৰ পাৰ্থক্য লিখা।
উত্তৰ: দুটা পৃথক সুসংগত পোহৰ উৎসৰ পৰা অহা তৰংগৰ ওপৰিপাতৰ ফলত ব্যতিচাৰ (Interference) ঘটে। আনহাতে, একেটা তৰংগমুখৰ (Wavefront) বিভিন্ন অংশৰ পৰা অহা গৌণ তৰংগসমূহৰ পৰস্পৰৰ মাজত সংঘটিত ওপৰিপাতৰ ফলত অপৱৰ্তন (Diffraction) সৃষ্টি হয়।
প্ৰশ্ন ৫: পোহৰৰ সমৱৰ্তন (Polarization of Light) বুলিলে কি বুজা?
উত্তৰ: সাধাৰণ অসমেধিত পোহৰত বৈদুতিক ভেক্টৰসমূহ সঞ্চাৰ দিশৰ লম্বভাৱে সকলো সমতলতে কম্পিত হয়। কিন্তু বিশেষ মাধ্যমৰ (যেনে পোলাৰইড) মাজেৰে পোহৰ পাৰ কৰি দিলে ইয়াৰ কম্পন কেৱল এটা সমতলতে আৱদ্ধ থাকে। এই পৰিঘটনাক সমৱৰ্তন বোলে।
প্ৰশ্ন ৬: ন্যান'পদাৰ্থই মেক্ৰ' পদাৰ্থতকৈ পৃথক ধৰ্ম দেখুৱায় কিয়?
উত্তৰ: ন্যান'পদাৰ্থৰ আকাৰ অতিকৈ সূক্ষ্ম হোৱাৰ বাবে ইয়াৰ পৃষ্ঠকালি আৰু আয়তনৰ অনুপাত (Surface-to-Volume Ratio) অতি উচ্চ হয়। ইয়াৰ উপৰিও ন্যান' পৰিসৰত 'কোৱাণ্টাম ক্ৰিয়া' (Quantum Confinement) সক্ৰিয় হৈ পৰে, যাৰ বাবে ইয়াৰ ৰাসায়নিক, বৈদুতিক আৰু আলোকীয় ধৰ্ম সলনি হয়।
প্ৰশ্ন ৭: স্মাৰ্ট পদাৰ্থ (Smart Materials) কি? উদাহৰণ দিয়া।
উত্তৰ: যিবোৰ পদাৰ্থই বাহ্যিক পৰিৱেশৰ পৰিৱৰ্তন (যেনে— উষ্ণতা, চাপ, বিদ্যুৎ বা চুম্বকীয় ক্ষেত্ৰ) অনুভৱ কৰি নিজৰ ভৌতিক ধৰ্ম স্বতঃস্ফূৰ্তভাৱে নিয়ন্ত্ৰিতভাৱে সলনি কৰিব পাৰে, তাক স্মাৰ্ট পদাৰ্থ বোলে। উদাহৰণ: পিইজ'ইলেক্ট্ৰিক ক্ৰিষ্টেল, শ্বেপ মেম'ৰী এলয়।
প্ৰশ্ন ৮: শব্দৰ প্ৰাবল্য (Loudness) আৰু তীক্ষ্ণতাৰ (Pitch) মাজৰ পাৰ্থক্য লিখা।
উত্তৰ: শব্দৰ প্ৰাবল্যই শব্দটো কিমান ডাঙৰ বা ক্ষীণ তাক সূচায় আৰু ই তৰংগৰ বিস্তাৰৰ (Amplitude) ওপৰত নিৰ্ভৰ কৰে। আনহাতে, তীক্ষ্ণতাই শব্দটো চিঞঁৰা নে গম্ভীৰ তাক নিৰ্ধাৰণ কৰে আৰু ই তৰংগৰ কম্পনাংকৰ (Frequency) ওপৰত নিৰ্ভৰশীল।
প্ৰশ্ন ৯: তানপুৰা বা চেতাৰৰ দৰে তাৰযুক্ত বাদ্যযন্ত্ৰত শব্দ কেনেকৈ উৎপন্ন হয়?
উত্তৰ: তাৰযুক্ত বাদ্যযন্ত্ৰত টানি ৰখা তাৰবোৰ আঙুলি বা মিজৰাবেৰে আঘাত কৰিলে তাত অপ্ৰগামী অনুজুৰি তৰংগৰ (Transverse Stationary Waves) সৃষ্টি হয়। এই তাৰৰ কম্পনে কাষৰ বতাহ কঁপাই নিৰ্দ্বিষ্ট মূল স্বৰ আৰু উপস্বৰসহ সুৰীয়া শব্দৰ সৃষ্টি কৰে।
প্ৰশ্ন ১০: ব্ৰুষ্টাৰৰ সূত্ৰ (Brewster's Law) কি?
উত্তৰ: এই সূত্ৰ অনুসৰি, কোনো স্বচ্ছ মাধ্যমৰ সমৱৰ্তন কোণৰ (Polarizing angle, ip) টেঞ্জেণ্ট (Tangent) ৰ মান মাধ্যমটোৰ প্ৰতিসৰাংকৰ (μ) সমান হয়। গাণিতিকভাৱে, tan(ip) = μ। এই অৱস্থাত প্ৰতিফলিত আৰু প্ৰতিসৰিত ৰশ্মি দুডাল পৰস্পৰ লম্ব হয়।
প্ৰশ্ন ১১: অনুৰণন (Resonance) বুলিলে কি বুজা?
উত্তৰ: যেতিয়া কোনো বাহ্যিক সময়ানুবৰ্তী বলৰ (Periodic Force) কম্পনাংক কোনো বস্তুৰ প্ৰাকৃতিক কম্পনাংকৰ (Natural Frequency) সমান হয়, তেতিয়া বস্তুটো অতি বেছি বিস্তাৰসহ কঁপিবলৈ ধৰে। এই পৰিঘটনাক অনুৰণন বোলা হয়।
প্ৰশ্ন ১২: পদাৰ্থৰ ভঙ্গুৰতা (Brittleness) আৰু নমনীয়তাৰ (Ductility) পাৰ্থক্য কি?
উত্তৰ: যিবোৰ পদাৰ্থত বল প্ৰয়োগ কৰিলে কোনো স্থায়ী বিকৃতি নোহোৱাকৈ হঠাত ভাঙি যায়, তাক ভঙ্গুৰ পদাৰ্থ বোলে (যেনে— কাঁচ)। আনহাতে, যিবোৰ পদাৰ্থক টানি ছিঙি নোযোৱাকৈ মিহি তাৰলৈ ৰূপান্তৰ কৰিব পাৰি, তাক নমনীয় পদাৰ্থ বোলে (যেনে— তাম, সোণ)।
প্ৰশ্ন ১৩: কাৰ্বন ন্যান'টিউব (Carbon Nanotubes) কি?
উত্তৰ: কাৰ্বন ন্যান'টিউব হ'ল গ্ৰাফিনৰ পাতল চাদৰক ন্যান' মিটাৰ ব্যাসাৰ্ধৰ নলাকাৰ ৰূপ দি গঠিত কাৰ্বনৰ এক বহুপ্ৰকাৰী ৰূপ। ই অত্যন্ত দৃঢ়, পাতল আৰু সুন্দৰ পৰিবাহী হোৱাৰ বাবে ইলেক্ট্ৰনিক্স আৰু এৰ'স্পেচ উদ্যোগত ব্যৱহৃত হয়।
প্ৰশ্ন ১৪: বাদ্যযন্ত্ৰৰ আৱহ বাকচ (Sound Box) কিয় ফোঁপোলা বা ডাঙৰ কৰা হয়?
উত্তৰ: ফোঁপোলা বাকচটোৰ ভিতৰত থকা বতাহে তাৰৰ কম্পনৰ অনুৰণন ঘটাই বাধ্য কঁপন সৃষ্টি কৰে। ই বিশাল পৰিমাণৰ বতাহক কঁপাই শব্দৰ বিস্তাৰ বৃদ্ধি কৰে, যাৰ ফলত গোটেই সুৰটো অধিক স্পষ্ট আৰু স্পষ্টভাৱে শুনা যায়।
প্ৰশ্ন ১৫: প'লাৰইডৰ (Polaroid) ব্যৱহাৰিক প্ৰয়োগ কি?
উত্তৰ: প'লাৰইড ব্যৱহাৰ কৰি চকুৰ ছানগ্লাছ, গাড়ীৰ হেডলাইٽৰ চমক (Glare) ৰোধ কৰা আইনা আৰু 3D চিনেমা চোৱা চশমা নিৰ্মাণ কৰা হয়। ই পোহৰৰ তীব্ৰতা প্ৰতিহত কৰি চকুক সুৰক্ষা দিয়ে।
৩. দীঘল প্ৰশ্ন-উত্তৰ (Long Answer Questions - 5 Marks Each)
প্ৰশ্ন ১: পদাৰ্থৰ বিভিন্ন অৱস্থাসমূহ সংক্ষেপে বৰ্ণনা কৰা। পদাৰ্থৰ যান্ত্ৰিক সামৰ্থ্য (Strength of Materials) বুলিলে কি বুজা আৰু ইয়াক নিৰ্ধাৰণ কৰা কাৰকসমূহ আলোচনা কৰা।
উত্তৰ: পদাৰ্থ প্ৰধানকৈ তিনিটা মূল অৱস্থাত পোৱা যায়— গোটা, তৰল আৰু গেছ। গোটা পদাৰ্থৰ অণুবোৰ দৃঢ়ভাৱে আবদ্ধ থাকে, তৰলত মধ্যম ধৰণৰ আকৰ্ষণ থাকে আৰু গেছীয় অণুবোৰ স্বাধীনভাৱে ঘূৰি ফুৰে। ইয়াৰ উপৰিও অতি উচ্চ উষ্ণতাত আয়নীকৃত গেছৰ 'প্লাজমা' অৱস্থা আৰু অতি নিম্ন উষ্ণতাত 'ব'ছ-আইনষ্টাইন ঘনীভূত অৱস্থা' পোৱা যায়।
পদাৰ্থৰ যান্ত্ৰিক সামৰ্থ্য: কোনো পদাৰ্থই ভাঙি নোযোৱাকৈ বা স্থায়ীভাৱে বিকৃত নোহোৱাকৈ বাহ্যিক বল সহ্য কৰিব পৰা ক্ষমতাকেই পদাৰ্থৰ যান্ত্ৰিক সামৰ্থ্য বোলে।
সামৰ্থ্য নিৰ্ধাৰণকাৰী কাৰকসমূহ: (১) স্থিতিস্থাপকতা (Elasticity): বল আঁতৰালে পূৰ্বৰ অৱস্থালৈ ঘূৰি অহাৰ ক্ষমতা। (২) নমনীয়তা আৰু ভঙ্গুৰতা: পদাৰ্থৰ আণৱিক বান্ধনিৰ প্ৰকাৰে ইয়াৰ দৃঢ়তা ঠিক কৰে। (৩) উষ্ণতা: উষ্ণতা বৃদ্ধি পালে পদাৰ্থৰ প্ৰতিবল সহ্য কৰাৰ সামৰ্থ্য আৰু স্থিতিস্থাপকতা গুণাংক হ্ৰাস পায়। (৪) সংমিশ্ৰণ আৰু খুঁত: পদাৰ্থৰ আণৱিক গঠনত থকা নিখুঁততাই সামৰ্থ্য বঢ়ায়; বিপৰীতে সামান্য ফাট বা অপদ্ৰৱ্যই সামৰ্থ্য কমায়।
প্ৰশ্ন ২: পোহৰৰ ব্যতিচাৰ (Interference) আৰু অপৱৰ্তন (Diffraction) পৰিঘটনা দুটা সৱিস্তৰে ব্যাখ্যা কৰা। ইয়াৰ বাস্তৱ উদাহৰণ দিয়া।
উত্তৰ: ব্যতিচাৰ (Interference): যেতিয়া দুটা একে কম্পনাংক আৰু প্ৰায় একে বিস্তাৰৰ সুসংগত তৰংগ একে দিশত সঞ্চাৰিত হৈ ইটোৱে সিটোৰ ওপৰত আপতিত হয়, তেতিয়া মাধ্যমৰ বিভিন্ন বিন্দুত পোহৰৰ তীব্ৰতাৰ পুনৰ্বিতৰণ ঘটে। কিছুমান বিন্দুত তীব্ৰতা সৰ্বোচ্চ হয় (গঠনমূলক ব্যতিচাৰ) আৰু কিছুমানত নূন্যতম হয় (ধ্বংসাত্মক ব্যতিচাৰ)। উদাহৰণ: পানীত ভাঁহি থকা তেলৰ পাতল আৱৰণ বা চাবোনৰ বুৰবুৰণিত দেখা পোৱা উজ্জ্বল ৰং।
অপৱৰ্তন (Diffraction): পোহৰ তৰংগ যেতিয়া কোনো অতি সূক্ষ্ম ছিদ্ৰ বা চোকা ধাৰযুক্ত বাধাৰ কাষেৰে পাৰ হয়, তেতিয়া ই পোনপটীয়া পথৰ পৰা কেঁকুৰি জিওমেট্ৰিক ছাঁৰ অঞ্চললৈ প্ৰৱেশ কৰে। এই কেঁকুৰা খোৱা ধৰ্মকেই অপৱৰ্তন বোলে। বাধাৰ আকাৰ পোহৰৰ তৰংগদৈৰ্ঘ্যৰ সমতুল্য হ'লে অপৱৰ্তন স্পষ্ট হয়। উদাহৰণ: CD বা DVD ৰ পিছফালে দেখা পোৱা ৰামধেনুৰ দৰে ৰং।
এই দুয়োটা পৰিঘটনাই পোহৰৰ তৰংগ প্ৰকৃতি (Wave Nature) সূদৃঢ়ভাৱে প্ৰমাণ কৰে।
প্ৰশ্ন ৩: ন্যান'পদাৰ্থ (Nanomaterials) আৰু স্মাৰ্ট পদাৰ্থ (Smart Materials) কি? আধুনিক বিজ্ঞান আৰু প্ৰযুক্তিত ইয়াৰ ব্যৱহাৰিক গুৰুত্ব আলোচনা কৰা।
উত্তৰ: ন্যান'পদাৰ্থ: যিবোৰ পদাৰ্থৰ অন্ততঃ এটা মাত্ৰা ১ ৰ পৰা ১০০ ন্যান'মিটাৰ আকাৰৰ ভিতৰত থাকে, তাক ন্যান'পদাৰ্থ বোলে। আকাৰ সৰু হোৱাৰ বাবে ইয়াৰ বিষেশ আলোকীয়, বৈদুতিক আৰু ৰাসায়নিক ধৰ্ম দেখা যায়। স্মাৰ্ট পদাৰ্থ: যিবোৰ পদাৰ্থই বাহ্যিক উদ্দীপনাৰ (যেনে— উষ্ণতা, চাপ, বৈদ্যুতিক ক্ষেত্ৰ) পৰিৱৰ্তন ঘটিলে নিজৰ ভৌতিক ৰূপ পৰিৱৰ্তন কৰিব পাৰে, তাক স্মাৰ্ট পদাৰ্থ বোলে।
ব্যৱহাৰিক গুৰুত্ব:
১/ চিকিৎসা বিজ্ঞানত: ন্যান'পদাৰ্থ ব্যৱহাৰ কৰি কেঞ্চাৰ ৰোগৰ আক্ৰান্ত কোষত নিখুঁতভাৱে ঔষধ প্ৰেৰণ (Targeted Drug Delivery) কৰা হয়।
২/ ইলেক্ট্ৰনিক্সত: ন্যান'টেক'নলজীয়ে অতি ক্ষুদ্ৰ, দ্ৰুত আৰু শক্তিশালী প্ৰচেছৰ আৰু মেম'ৰী চিফ সাজিবলৈ সহায় কৰিছে।
৩/ স্মাৰ্ট প্ৰযুক্তিত: শ্বেপ মেম'ৰী এলয় ৰোবোটিক্স, আঘাতপ্ৰাপ্ত হাড়ৰ চিকিৎসাৰ বাবে স্কেফ'ল্ডিং আৰু স্মাৰ্ট টেক্সটাইল নিৰ্মাণত বিপুলভাৱে ব্যৱহৃত হৈছে।
প্ৰশ্ন ৪: বাদ্যযন্ত্ৰত শব্দ উৎপাদনৰ ভৌতিক মূলনীতি ব্যাখ্যা কৰা। বাদ্যযন্ত্ৰৰ মুখ্য শ্ৰেণীবিভাজনসমূহ উদাহৰণসহ আলোচনা কৰা।
উত্তৰ: বাদ্যযন্ত্ৰত শব্দ উৎপাদনৰ মূল ভেটি হ'ল যান্ত্ৰিক কম্পন আৰু অনুৰণন (Resonance)। যেতিয়া বাদ্যযন্ত্ৰৰ কোনো অংশ কঁপোৱা হয়, তাত অপ্ৰগামী তৰংগ (Stationary Waves) ৰ সৃষ্টি হয়। ই বৈচিত্ৰময় মূলস্বৰ আৰু উপস্বৰ (Harmonics) প্ৰদান কৰি সুৰীয় ধ্বনি নিৰ্গমন কৰে।
বাদ্যযন্ত্ৰৰ শ্ৰেণীবিভাজন:
১/ তত বা তাৰযুক্ত বাদ্যযন্ত্ৰ (Chordophones): য'ত টান হৈ থকা তাৰৰ কম্পনৰ দ্বাৰা শব্দ সৃষ্টি হয়। উদাহৰণ: চেতাৰ, বেহালা, গীটাৰ।
২/ সুষিৰ বা বায়ু বাদ্যযন্ত্ৰ (Aerophones): ফুঁ দি নলৰ ভিতৰৰ বতাহৰ স্তম্ভ কঁপাই শব্দ সৃষ্টি কৰা হয়। উদাহৰণ: বাঁহী, পেঁপা, হাৰম'নিয়াম।
৩/ অবনদ্ধ বা আৱদ্ধ বাদ্যযন্ত্ৰ (Membranophones): টানি বন্ধা ছালৰ চামৰাত আঘাত কৰি শব্দ উলিওৱা হয়। উদাহৰণ: তবলা, খোল, ঢোল।
৪/ ঘন বাদ্যযন্ত্ৰ (Idiophones): গোটা ধাতু বা কাঠেৰে নিৰ্মিত যিবোৰত পোনপটীয়া আঘাতেৰে শব্দ উৎপন্ন হয়। উদাহৰণ: কাঁহ, তাল, মঞ্জিৰা।
প্ৰশ্ন ৫: পোহৰৰ সমৱৰ্তন (Polarization) আৰু এই পৰিঘটনা ব্যাখ্যা কৰিবলৈ ব্যৱহাৰ কৰা মালুছৰ সূত্ৰ (Malus's Law) বৰ্ণনা কৰা।
উত্তৰ: সমৱৰ্তন হ'ল পোহৰৰ এনে এক ভৌতিক ধৰ্ম যাৰ দ্বাৰা অসমেধিত পোহৰৰ সকলো দিশত থকা বৈদুতিক ভেক্টৰৰ কম্পনসমূহক কেৱল এটা এক একক সমতললৈ সীমিত কৰা হয়। ই প্ৰমাণ কৰে যে পোহৰ এক অনুজুৰি বিদ্যুৎ-চুম্বকীয় তৰংগ।
মালুছৰ সূত্ৰ (Malus's Law):
যেতিয়া সম্পূৰ্ণ সমৱৰ্ধিত পোহৰ এবিধ এনালাইজাৰৰ (Analyzer) মাজেৰে পাৰ হৈ যায়, তেতিয়া এনালাইজাৰৰ পৰা নিৰ্গত পোহৰৰ তীব্ৰতা (I), পোলাৰাইজাৰ আৰু এনালাইজাৰৰ সমৱৰ্তন অক্ষদ্বয়ৰ মাজৰ কোণৰ (θ) 'কছাইন'ৰ বৰ্গৰ সমানুপাতিক হয়।
ইয়াত I0 হ'ল আপতিত সমৱৰ্ধিত পোহৰৰ সৰ্বোচ্চ তীব্ৰতা। যেতিয়া θ = 0° হয়, তীব্ৰতা সৰ্বোচ্চ (I = I0) হয়, আৰু যেতিয়া θ = 90° হয় (অক্ষদ্বয় লম্ব), নিৰ্গত পোহৰৰ তীব্ৰতা শূন্য হৈ পৰি সমৱৰ্তন কাৰ্য্য সম্পূৰ্ণ ধৰা পেলায়।
Properties of Matter
Properties of Matter
Part A: Very Short Answer Questions (15 Questions — 1 Mark Each)
1. What is meant by the state of matter?
Answer: The state of matter refers to the physical form in which matter exists, mainly solid, liquid, or gas, depending on the arrangement and motion of its constituent particles.
2. What is strength of a material?
Answer: Strength is the ability of a material to withstand an applied external force or stress without undergoing failure.
3. Define stress.
Answer: Stress is the internal restoring force developed per unit cross-sectional area of a material when an external force is applied.
4. What is Hooke's law?
Answer: Within the elastic limit, stress is directly proportional to strain: σ ∝ ε.
5. What is optical absorption?
Answer: Optical absorption is the process in which a material absorbs electromagnetic radiation at particular wavelengths, causing the energy of the radiation to be transferred to the material.
6. What is optical emission?
Answer: Optical emission is the release of electromagnetic radiation by a material when excited atoms, molecules, or other systems return to lower-energy states.
7. What is interference of light?
Answer: Interference is the phenomenon in which two or more coherent light waves superpose to produce a redistribution of intensity, resulting in bright and dark regions.
8. What is diffraction?
Answer: Diffraction is the bending and spreading of waves when they pass through a narrow aperture or around an obstacle whose dimensions are comparable to the wavelength.
9. What is polarization of light?
Answer: Polarization is the phenomenon of restricting the vibrations of a transverse light wave to a particular direction perpendicular to its direction of propagation.
10. What are nanomaterials?
Answer: Nanomaterials are materials having at least one characteristic dimension approximately in the 1–100 nm range, where size-dependent properties become important.
11. What is a smart material?
Answer: A smart material is a material that can respond to an external stimulus such as temperature, stress, electric field, or magnetic field by changing one or more of its properties.
12. What is sound?
Answer: Sound is a mechanical wave produced by the vibration of a source and transmitted through a material medium.
13. What is frequency of sound?
Answer: Frequency is the number of complete vibrations made by a sound-producing body per second. Its SI unit is hertz (Hz).
14. What determines the pitch of a musical sound?
Answer: The frequency of vibration primarily determines the pitch of a musical sound. Higher frequency produces a higher pitch.
15. What is resonance?
Answer: Resonance is the phenomenon in which a system vibrates with large amplitude when the frequency of an external periodic force is equal or very close to its natural frequency.
Part B: Short Answer Questions (15 Questions — 2 Marks Each)
1. Distinguish between solids, liquids and gases.
Answer: Solids have a definite shape and volume because their particles are closely packed and strongly bound. Liquids have a definite volume but no definite shape and can flow. Gases have neither definite shape nor volume because their particles are widely separated and move relatively freely. These differences arise from intermolecular forces and particle motion.
2. What are elastic and plastic deformation?
Answer: Elastic deformation is a temporary change in shape or size that disappears when the applied force is removed, provided the elastic limit is not exceeded. Plastic deformation is a permanent deformation that remains even after removing the force. The transition depends on the material and the magnitude of applied stress.
3. What are stress and strain?
Answer: Stress is the internal restoring force developed per unit area when an external force deforms a material:
Strain is the fractional change in dimension: ε = ΔL / L. Stress has the SI unit pascal (Pa), whereas strain is dimensionless.
4. What is Young's modulus?
Answer: Young's modulus measures the resistance of a material to longitudinal deformation. It is defined as the ratio of longitudinal stress to longitudinal strain within the elastic limit:
A larger Young's modulus indicates greater resistance to stretching or compression.
5. Explain optical emission and absorption.
Answer: Optical absorption occurs when matter takes up energy from incident electromagnetic radiation, usually at specific wavelengths corresponding to allowed energy transitions. Optical emission occurs when an excited atom, molecule, or material releases energy as electromagnetic radiation while returning to a lower-energy state. Both processes are related to quantized energy levels.
6. What are coherent sources? Why are they important in interference?
Answer: Two sources are coherent when they emit waves of the same frequency and maintain a constant phase difference. Coherent sources are essential for producing a stable interference pattern. Ordinary independent light sources generally do not maintain a constant phase relationship and therefore do not produce sustained, clearly observable interference fringes.
7. Differentiate between interference and diffraction.
Answer: Interference generally results from the superposition of waves originating from two or more coherent sources, whereas diffraction arises from the superposition of wavelets originating from different parts of the same wavefront or aperture. Diffraction is especially noticeable when the aperture or obstacle size is comparable to the wavelength.
8. What is polarization and what does it indicate about light?
Answer: Polarization restricts the transverse vibrations of light to a particular direction. Since only transverse waves can be polarized, polarization provides evidence that ordinary light behaves as a transverse electromagnetic wave. Polarization can be produced using polarizing materials and is useful in optical instruments and scientific applications.
9. Mention two important properties of nanomaterials.
Answer: Nanomaterials often possess properties significantly different from their bulk counterparts because of their very small size and large surface-to-volume ratio. They may exhibit enhanced mechanical strength, unusual optical behaviour, modified electrical properties, or increased chemical reactivity. Their properties depend strongly on particle size, shape, and surface structure.
10. Why do nanomaterials show unusual properties?
Answer: Nanomaterials have a very large surface area compared with their volume, so surface atoms make a significant contribution to their behaviour. At nanoscale dimensions, quantum effects can also become important. Consequently, optical, electrical, magnetic, mechanical, and chemical properties may differ substantially from those of the corresponding bulk material.
11. What are smart materials? Give two examples.
Answer: Smart materials respond in a controlled and useful manner to changes in their surroundings or to external stimuli. Examples include shape-memory alloys, which can recover a predetermined shape after suitable heating, and piezoelectric materials, which develop electrical polarization when mechanically stressed and can also deform under an applied electric field.
12. What are the characteristics of a musical sound?
Answer: A musical sound is mainly characterized by pitch, loudness, and quality (timbre). Pitch is associated primarily with frequency, loudness with the intensity or amplitude of vibration, and quality with the waveform and harmonic composition. These characteristics enable us to distinguish sounds produced by different musical instruments.
13. What is an overtone?
Answer: An overtone is any frequency component of a musical sound above the fundamental frequency. The first overtone is the next higher frequency component after the fundamental. Overtones may or may not correspond directly to successive harmonics, depending on the vibrating system and its boundary conditions.
14. What is the role of an air column in wind instruments?
Answer: In wind instruments, an air column undergoes vibration and produces standing waves. The allowed frequencies depend on the length and boundary conditions of the air column. Changing the effective length of the vibrating air column changes the resonant frequency and hence the pitch of the sound produced.
15. What is resonance in a musical instrument?
Answer: Resonance occurs when an external vibration excites a system at or near one of its natural frequencies, producing a large-amplitude vibration. In musical instruments, resonance helps strengthen the sound produced by the vibrating source. The body or air cavity of an instrument can therefore significantly influence its loudness and tone.
Part C: Long Answer Questions (5 Questions — 5 Marks Each)
1. Explain the states of matter and the basic mechanical properties related to the strength of materials.
Answer: Matter commonly exists in three physical states: solid, liquid, and gas. In a solid, particles are closely packed and experience relatively strong intermolecular forces. Therefore, solids possess definite shape and volume and strongly resist deformation. In liquids, particles can move relative to one another, so liquids have a definite volume but no definite shape. In gases, particles are widely separated and move freely; consequently, gases have neither definite shape nor definite volume.
The mechanical behaviour of materials is studied in terms of their response to external forces. Stress is the internal restoring force per unit area developed in a material:
Strain is the fractional deformation produced: ε = ΔL / L. Within the elastic limit, stress is proportional to strain according to Hooke's law. The ratio of stress to the corresponding strain gives an elastic modulus. For longitudinal deformation, this is Young's modulus:
A material is considered strong when it can withstand a large applied stress without failure. Elasticity, strength, stiffness, ductility, and brittleness are important mechanical characteristics. These properties determine the suitability of materials for engineering, construction, tools, and everyday applications.
2. Explain optical emission and absorption and discuss the basic idea of interference, diffraction and polarization of light.
Answer: Optical properties describe how materials interact with electromagnetic radiation, particularly visible and nearby wavelengths. Optical absorption occurs when a material takes up energy from incident radiation. Atoms, molecules, or electrons can absorb photons when the photon energy is suitable for an allowed transition between energy states. Optical emission occurs when an excited system loses energy and emits electromagnetic radiation. These processes are important in spectroscopy, lighting, lasers, and optical materials.
Interference is produced when coherent waves overlap. According to the principle of superposition, their amplitudes combine. Constructive interference produces increased intensity, while destructive interference produces reduced intensity. A stable interference pattern requires a constant phase relationship between the waves.
Diffraction is the spreading or bending of waves when they pass through a narrow aperture or around an obstacle. It becomes significant when the dimensions involved are comparable to the wavelength. Diffraction demonstrates the wave nature of light.
Polarization is the restriction of the vibrations of light to a particular direction transverse to propagation. Since electromagnetic light waves are transverse, they can be polarized. Polarization is used in optical instruments, photography, communication systems, and stress analysis. Together, interference, diffraction, and polarization provide important evidence for the wave nature and transverse character of light.
3. What are nanomaterials? Explain their characteristic properties and important applications.
Answer: Nanomaterials are materials in which at least one characteristic dimension lies approximately in the range of 1–100 nanometres. At this scale, materials can exhibit properties that differ significantly from those of the same substances in bulk form. Two major reasons are their very large surface-to-volume ratio and the increasing importance of size-dependent or quantum effects.
A large fraction of atoms in a nanomaterial can be present at or near the surface. As a result, surface-related phenomena such as chemical reactivity and catalytic activity can become highly significant. The optical, electrical, magnetic, thermal, and mechanical properties of nanomaterials may also depend strongly on their size, shape, and structure. For example, some nanoparticles show size-dependent optical absorption and emission. Nanostructured materials may also possess useful combinations of strength, light weight, electrical conductivity, or chemical activity.
Nanomaterials have numerous applications. They are used in catalysis, sensors, electronics, energy-storage devices, protective coatings, environmental technologies, and biomedical research. Nanostructured materials are also important in the development of modern optical and electronic devices.
However, their behaviour is strongly dependent on composition, particle size, surface characteristics, and method of preparation. Therefore, careful characterization and controlled use are essential when developing nanomaterial-based technologies.
4. What are smart materials? Explain their working principle with suitable examples.
Answer: Smart materials are materials capable of sensing changes in their environment or responding to an external stimulus by undergoing a useful and often reversible change in one or more physical properties. The stimulus may be temperature, mechanical stress, electric field, magnetic field, light, or chemical conditions.
One important example is a shape-memory alloy. Such a material can be deformed under suitable conditions and can recover a previously defined shape when subjected to an appropriate temperature change. This behaviour is associated with a reversible structural transformation within the material.
Another important class is piezoelectric materials. When mechanical stress is applied to a piezoelectric material, electric charges appear on its surfaces. Conversely, an applied electric field can produce mechanical deformation. This property makes piezoelectric materials useful in sensors, actuators, ultrasonic devices, and other technologies.
Smart materials are valuable because their response can be used to perform sensing, control, or actuation functions. They are employed in areas such as robotics, aerospace systems, vibration control, medical devices, sensors, and precision instruments.
The main feature distinguishing smart materials from ordinary materials is their ability to respond functionally to external conditions. Their applications depend on selecting a material whose response is appropriate for the required stimulus and operating environment.
5. Explain sound and discuss the basic principles of musical instruments.
Answer: Sound is a mechanical wave produced by the vibration of a material body and propagated through a medium. Since sound requires a material medium, it cannot propagate through an ideal vacuum. In gases, ordinary sound waves are predominantly longitudinal, with successive compressions and rarefactions travelling through the medium.
The important characteristics of a musical sound are pitch, loudness, and quality or timbre. Pitch depends mainly on frequency: a higher frequency corresponds to a higher pitch. Loudness is related to the intensity of sound and, for a given system, is associated with the amplitude of vibration. Timbre depends on the waveform and the relative contributions of the fundamental and overtones.
Musical instruments produce sound through different vibrating systems. String instruments produce sound through vibrating strings, while wind instruments involve vibration of an air column. In percussion instruments, stretched membranes or solid bodies are set into vibration.
The dimensions and boundary conditions of the vibrating system determine its natural frequencies. Resonance is particularly important because a vibrating air column or instrument body can respond strongly when driven near its natural frequency. This increases the amplitude and makes the sound more prominent.
Thus, the physical principles of vibration, standing waves, resonance, frequency, and harmonics form the basis of sound production in musical instruments.
Part A: Very Short Answer Questions (15 Questions — 1 Mark Each)
1. What is meant by the state of matter?
Answer: The state of matter refers to the physical form in which matter exists, mainly solid, liquid, or gas, depending on the arrangement and motion of its constituent particles.
2. What is strength of a material?
Answer: Strength is the ability of a material to withstand an applied external force or stress without undergoing failure.
3. Define stress.
Answer: Stress is the internal restoring force developed per unit cross-sectional area of a material when an external force is applied.
4. What is Hooke's law?
Answer: Within the elastic limit, stress is directly proportional to strain: σ ∝ ε.
5. What is optical absorption?
Answer: Optical absorption is the process in which a material absorbs electromagnetic radiation at particular wavelengths, causing the energy of the radiation to be transferred to the material.
6. What is optical emission?
Answer: Optical emission is the release of electromagnetic radiation by a material when excited atoms, molecules, or other systems return to lower-energy states.
7. What is interference of light?
Answer: Interference is the phenomenon in which two or more coherent light waves superpose to produce a redistribution of intensity, resulting in bright and dark regions.
8. What is diffraction?
Answer: Diffraction is the bending and spreading of waves when they pass through a narrow aperture or around an obstacle whose dimensions are comparable to the wavelength.
9. What is polarization of light?
Answer: Polarization is the phenomenon of restricting the vibrations of a transverse light wave to a particular direction perpendicular to its direction of propagation.
10. What are nanomaterials?
Answer: Nanomaterials are materials having at least one characteristic dimension approximately in the 1–100 nm range, where size-dependent properties become important.
11. What is a smart material?
Answer: A smart material is a material that can respond to an external stimulus such as temperature, stress, electric field, or magnetic field by changing one or more of its properties.
12. What is sound?
Answer: Sound is a mechanical wave produced by the vibration of a source and transmitted through a material medium.
13. What is frequency of sound?
Answer: Frequency is the number of complete vibrations made by a sound-producing body per second. Its SI unit is hertz (Hz).
14. What determines the pitch of a musical sound?
Answer: The frequency of vibration primarily determines the pitch of a musical sound. Higher frequency produces a higher pitch.
15. What is resonance?
Answer: Resonance is the phenomenon in which a system vibrates with large amplitude when the frequency of an external periodic force is equal or very close to its natural frequency.
Part B: Short Answer Questions (15 Questions — 2 Marks Each)
1. Distinguish between solids, liquids and gases.
Answer: Solids have a definite shape and volume because their particles are closely packed and strongly bound. Liquids have a definite volume but no definite shape and can flow. Gases have neither definite shape nor volume because their particles are widely separated and move relatively freely. These differences arise from intermolecular forces and particle motion.
2. What are elastic and plastic deformation?
Answer: Elastic deformation is a temporary change in shape or size that disappears when the applied force is removed, provided the elastic limit is not exceeded. Plastic deformation is a permanent deformation that remains even after removing the force. The transition depends on the material and the magnitude of applied stress.
3. What are stress and strain?
Answer: Stress is the internal restoring force developed per unit area when an external force deforms a material:
Strain is the fractional change in dimension: ε = ΔL / L. Stress has the SI unit pascal (Pa), whereas strain is dimensionless.
4. What is Young's modulus?
Answer: Young's modulus measures the resistance of a material to longitudinal deformation. It is defined as the ratio of longitudinal stress to longitudinal strain within the elastic limit:
A larger Young's modulus indicates greater resistance to stretching or compression.
5. Explain optical emission and absorption.
Answer: Optical absorption occurs when matter takes up energy from incident electromagnetic radiation, usually at specific wavelengths corresponding to allowed energy transitions. Optical emission occurs when an excited atom, molecule, or material releases energy as electromagnetic radiation while returning to a lower-energy state. Both processes are related to quantized energy levels.
6. What are coherent sources? Why are they important in interference?
Answer: Two sources are coherent when they emit waves of the same frequency and maintain a constant phase difference. Coherent sources are essential for producing a stable interference pattern. Ordinary independent light sources generally do not maintain a constant phase relationship and therefore do not produce sustained, clearly observable interference fringes.
7. Differentiate between interference and diffraction.
Answer: Interference generally results from the superposition of waves originating from two or more coherent sources, whereas diffraction arises from the superposition of wavelets originating from different parts of the same wavefront or aperture. Diffraction is especially noticeable when the aperture or obstacle size is comparable to the wavelength.
8. What is polarization and what does it indicate about light?
Answer: Polarization restricts the transverse vibrations of light to a particular direction. Since only transverse waves can be polarized, polarization provides evidence that ordinary light behaves as a transverse electromagnetic wave. Polarization can be produced using polarizing materials and is useful in optical instruments and scientific applications.
9. Mention two important properties of nanomaterials.
Answer: Nanomaterials often possess properties significantly different from their bulk counterparts because of their very small size and large surface-to-volume ratio. They may exhibit enhanced mechanical strength, unusual optical behaviour, modified electrical properties, or increased chemical reactivity. Their properties depend strongly on particle size, shape, and surface structure.
10. Why do nanomaterials show unusual properties?
Answer: Nanomaterials have a very large surface area compared with their volume, so surface atoms make a significant contribution to their behaviour. At nanoscale dimensions, quantum effects can also become important. Consequently, optical, electrical, magnetic, mechanical, and chemical properties may differ substantially from those of the corresponding bulk material.
11. What are smart materials? Give two examples.
Answer: Smart materials respond in a controlled and useful manner to changes in their surroundings or to external stimuli. Examples include shape-memory alloys, which can recover a predetermined shape after suitable heating, and piezoelectric materials, which develop electrical polarization when mechanically stressed and can also deform under an applied electric field.
12. What are the characteristics of a musical sound?
Answer: A musical sound is mainly characterized by pitch, loudness, and quality (timbre). Pitch is associated primarily with frequency, loudness with the intensity or amplitude of vibration, and quality with the waveform and harmonic composition. These characteristics enable us to distinguish sounds produced by different musical instruments.
13. What is an overtone?
Answer: An overtone is any frequency component of a musical sound above the fundamental frequency. The first overtone is the next higher frequency component after the fundamental. Overtones may or may not correspond directly to successive harmonics, depending on the vibrating system and its boundary conditions.
14. What is the role of an air column in wind instruments?
Answer: In wind instruments, an air column undergoes vibration and produces standing waves. The allowed frequencies depend on the length and boundary conditions of the air column. Changing the effective length of the vibrating air column changes the resonant frequency and hence the pitch of the sound produced.
15. What is resonance in a musical instrument?
Answer: Resonance occurs when an external vibration excites a system at or near one of its natural frequencies, producing a large-amplitude vibration. In musical instruments, resonance helps strengthen the sound produced by the vibrating source. The body or air cavity of an instrument can therefore significantly influence its loudness and tone.
Part C: Long Answer Questions (5 Questions — 5 Marks Each)
1. Explain the states of matter and the basic mechanical properties related to the strength of materials.
Answer: Matter commonly exists in three physical states: solid, liquid, and gas. In a solid, particles are closely packed and experience relatively strong intermolecular forces. Therefore, solids possess definite shape and volume and strongly resist deformation. In liquids, particles can move relative to one another, so liquids have a definite volume but no definite shape. In gases, particles are widely separated and move freely; consequently, gases have neither definite shape nor definite volume.
The mechanical behaviour of materials is studied in terms of their response to external forces. Stress is the internal restoring force per unit area developed in a material:
Strain is the fractional deformation produced: ε = ΔL / L. Within the elastic limit, stress is proportional to strain according to Hooke's law. The ratio of stress to the corresponding strain gives an elastic modulus. For longitudinal deformation, this is Young's modulus:
A material is considered strong when it can withstand a large applied stress without failure. Elasticity, strength, stiffness, ductility, and brittleness are important mechanical characteristics. These properties determine the suitability of materials for engineering, construction, tools, and everyday applications.
2. Explain optical emission and absorption and discuss the basic idea of interference, diffraction and polarization of light.
Answer: Optical properties describe how materials interact with electromagnetic radiation, particularly visible and nearby wavelengths. Optical absorption occurs when a material takes up energy from incident radiation. Atoms, molecules, or electrons can absorb photons when the photon energy is suitable for an allowed transition between energy states. Optical emission occurs when an excited system loses energy and emits electromagnetic radiation. These processes are important in spectroscopy, lighting, lasers, and optical materials.
Interference is produced when coherent waves overlap. According to the principle of superposition, their amplitudes combine. Constructive interference produces increased intensity, while destructive interference produces reduced intensity. A stable interference pattern requires a constant phase relationship between the waves.
Diffraction is the spreading or bending of waves when they pass through a narrow aperture or around an obstacle. It becomes significant when the dimensions involved are comparable to the wavelength. Diffraction demonstrates the wave nature of light.
Polarization is the restriction of the vibrations of light to a particular direction transverse to propagation. Since electromagnetic light waves are transverse, they can be polarized. Polarization is used in optical instruments, photography, communication systems, and stress analysis. Together, interference, diffraction, and polarization provide important evidence for the wave nature and transverse character of light.
3. What are nanomaterials? Explain their characteristic properties and important applications.
Answer: Nanomaterials are materials in which at least one characteristic dimension lies approximately in the range of 1–100 nanometres. At this scale, materials can exhibit properties that differ significantly from those of the same substances in bulk form. Two major reasons are their very large surface-to-volume ratio and the increasing importance of size-dependent or quantum effects.
A large fraction of atoms in a nanomaterial can be present at or near the surface. As a result, surface-related phenomena such as chemical reactivity and catalytic activity can become highly significant. The optical, electrical, magnetic, thermal, and mechanical properties of nanomaterials may also depend strongly on their size, shape, and structure. For example, some nanoparticles show size-dependent optical absorption and emission. Nanostructured materials may also possess useful combinations of strength, light weight, electrical conductivity, or chemical activity.
Nanomaterials have numerous applications. They are used in catalysis, sensors, electronics, energy-storage devices, protective coatings, environmental technologies, and biomedical research. Nanostructured materials are also important in the development of modern optical and electronic devices.
However, their behaviour is strongly dependent on composition, particle size, surface characteristics, and method of preparation. Therefore, careful characterization and controlled use are essential when developing nanomaterial-based technologies.
4. What are smart materials? Explain their working principle with suitable examples.
Answer: Smart materials are materials capable of sensing changes in their environment or responding to an external stimulus by undergoing a useful and often reversible change in one or more physical properties. The stimulus may be temperature, mechanical stress, electric field, magnetic field, light, or chemical conditions.
One important example is a shape-memory alloy. Such a material can be deformed under suitable conditions and can recover a previously defined shape when subjected to an appropriate temperature change. This behaviour is associated with a reversible structural transformation within the material.
Another important class is piezoelectric materials. When mechanical stress is applied to a piezoelectric material, electric charges appear on its surfaces. Conversely, an applied electric field can produce mechanical deformation. This property makes piezoelectric materials useful in sensors, actuators, ultrasonic devices, and other technologies.
Smart materials are valuable because their response can be used to perform sensing, control, or actuation functions. They are employed in areas such as robotics, aerospace systems, vibration control, medical devices, sensors, and precision instruments.
The main feature distinguishing smart materials from ordinary materials is their ability to respond functionally to external conditions. Their applications depend on selecting a material whose response is appropriate for the required stimulus and operating environment.
5. Explain sound and discuss the basic principles of musical instruments.
Answer: Sound is a mechanical wave produced by the vibration of a material body and propagated through a medium. Since sound requires a material medium, it cannot propagate through an ideal vacuum. In gases, ordinary sound waves are predominantly longitudinal, with successive compressions and rarefactions travelling through the medium.
The important characteristics of a musical sound are pitch, loudness, and quality or timbre. Pitch depends mainly on frequency: a higher frequency corresponds to a higher pitch. Loudness is related to the intensity of sound and, for a given system, is associated with the amplitude of vibration. Timbre depends on the waveform and the relative contributions of the fundamental and overtones.
Musical instruments produce sound through different vibrating systems. String instruments produce sound through vibrating strings, while wind instruments involve vibration of an air column. In percussion instruments, stretched membranes or solid bodies are set into vibration.
The dimensions and boundary conditions of the vibrating system determine its natural frequencies. Resonance is particularly important because a vibrating air column or instrument body can respond strongly when driven near its natural frequency. This increases the amplitude and makes the sound more prominent.
Thus, the physical principles of vibration, standing waves, resonance, frequency, and harmonics form the basis of sound production in musical instruments.