গণিত এবং পদার্থবিজ্ঞানে ভেক্টর একটি গুরুত্বপূর্ণ ধারণা। ভেক্টর রাশির মান এবং দিক উভয়ই আছে। এই ভেক্টর রাশিগুলোকে গুণ করার জন্য বিশেষ কিছু নিয়ম আছে। এদের মধ্যে স্কেলার গুণন (Scalar product) এবং ভেক্টর গুণন (Vector product) অন্যতম। এই ব্লগ পোস্টে আমরা স্কেলার গুণন ও ভেক্টর গুণন নিয়ে বিস্তারিত আলোচনা করব।
স্কেলার গুণন (Scalar product)
স্কেলার গুণনকে ডট গুণনও বলা হয়। দুটি ভেক্টরের স্কেলার গুণফল একটি স্কেলার রাশি।
সংজ্ঞা: দুটি ভেক্টর \(\vec{a}\) এবং \(\vec{b}\) এর স্কেলার গুণফলকে লেখা হয় \(\vec{a} \cdot \vec{b}\) এবং এর মান হল:
$$\vec{a} \cdot \vec{b} = |\vec{a}| |\vec{b}| \cos \theta$$
এখানে,
\(|\vec{a}|\) হল ভেক্টর \(\vec{a}\) এর মান,
\(|\vec{b}|\) হল ভেক্টর \(\vec{b}\) এর মান, এবং
\(\theta\) হল \(\vec{a}\) এবং \(\vec{b}\) এর মধ্যবর্তী কোণ।
বৈশিষ্ট্য:
- এটি বিনিময়যোগ্য: \(\vec{a} \cdot \vec{b} = \vec{b} \cdot \vec{a}\)
- এটি বিতরণযোগ্য: \(\vec{a} \cdot (\vec{b}+\vec{c}) = \vec{a} \cdot \vec{b} + \vec{a} \cdot \vec{c}\)
- যদি \(\vec{a} \cdot \vec{b} = 0\) হয়, তাহলে \(\vec{a}\) এবং \(\vec{b}\) ভেক্টর দুটি একে অপরের উপর লম্ব অথবা \(\vec{a}\) বা \(\vec{b}\) এর মধ্যে এক বা উভয়ই শূন্য ভেক্টর।
- \(\hat{i} \cdot \hat{i} = \hat{j} \cdot \hat{j} = \hat{k} \cdot \hat{k} = 1\), যেখানে \(\hat{i}\), \(\hat{j}\), \(\hat{k}\) হল যথাক্রমে x, y, এবং z অক্ষ বরাবর একক ভেক্টর।
- \(\hat{i} \cdot \hat{j} = \hat{j} \cdot \hat{k} = \hat{k} \cdot \hat{i} = 0\)
ব্যবহার:
- দুটি ভেক্টরের মধ্যবর্তী কোণ নির্ণয়: \(\cos \theta = \frac{\vec{a} \cdot \vec{b}}{|\vec{a}| |\vec{b}|}\)
- একটি ভেক্টরের দিকে অন্য ভেক্টরের অভিক্ষেপ (Projection) নির্ণয়।
- কাজের পরিমাণ নির্ণয়: \(W = \vec{F} \cdot \vec{d}\), যেখানে \(\vec{F}\) হল বল এবং \(\vec{d}\) হল সরণ।
ভেক্টর গুণন (Vector product)
ভেক্টর গুণনকে ক্রস গুণনও বলা হয়। দুটি ভেক্টরের ভেক্টর গুণফল একটি ভেক্টর রাশি।
সংজ্ঞা: দুটি ভেক্টর \(\vec{a}\) এবং \(\vec{b}\) এর ভেক্টর গুণফলকে লেখা হয় \(\vec{a} \times \vec{b}\) এবং এটি একটি নতুন ভেক্টর \(\vec{c}\) এর সমান, যেখানে:
\(\vec{c} = \vec{a} \times \vec{b}\)
\(|\vec{c}| = |\vec{a}| |\vec{b}| \sin \theta\)
এখানে,
\(|\vec{a}|\) হল ভেক্টর \(\vec{a}\) এর মান,
\(|\vec{b}|\) হল ভেক্টর \(\vec{b}\) এর মান, এবং
\(\theta\) হল \(\vec{a}\) এবং \(\vec{b}\) এর মধ্যবর্তী কোণ।
\(\vec{c}\) এর দিক \(\vec{a}\) এবং \(\vec{b}\) উভয়ের সাথে লম্বভাবে থাকে এবং এটি
ডানহাতি নিয়ম (Right-hand rule) মেনে চলে।
বৈশিষ্ট্য:
- এটি বিনিময়যোগ্য নয়: \(\vec{a} \times \vec{b} = - (\vec{b} \times \vec{a})\)
- এটি বিতরণযোগ্য: \(\vec{a} \times (\vec{b}+\vec{c}) = \vec{a} \times \vec{b} + \vec{a} \times \vec{c}\)
- যদি \(\vec{a} \times \vec{b} = 0\) হয়, তাহলে \(\vec{a}\) এবং \(\vec{b}\) ভেক্টর দুটি সমান্তরাল অথবা \(\vec{a}\) বা \(\vec{b}\) এর মধ্যে এক বা উভয়ই শূন্য ভেক্টর।
- \(\hat{i} \times \hat{i} = \hat{j} \times \hat{j} = \hat{k} \times \hat{k} = 0\), যেখানে \(\hat{i}\), \(\hat{j}\), \(\hat{k}\) হল যথাক্রমে x, y, এবং z অক্ষ বরাবর একক ভেক্টর।
- \(\hat{i} \times \hat{j} = \hat{k}\), \(\hat{j} \times \hat{k} = \hat{i}\), \(\hat{k} \times \hat{i} = \hat{j}\)
ব্যবহার:
- টর্ক (Torque) নির্ণয়: \(\vec{\tau} = \vec{r} \times \vec{F}\), যেখানে \(\vec{r}\) হল অবস্থান ভেক্টর এবং \(\vec{F}\) হল বল।
- কৌণিক ভরবেগ (Angular momentum) নির্ণয়: \(\vec{L} = \vec{r} \times \vec{p}\), যেখানে \(\vec{r}\) হল অবস্থান ভেক্টর এবং \(\vec{p}\) হল রৈখিক ভরবেগ।
- দুটি ভেক্টর দ্বারা গঠিত সামান্তরিকের ক্ষেত্রফল নির্ণয়: ক্ষেত্রফল = \(|\vec{a} \times \vec{b}|\)
স্কেলার গুণন ও ভেক্টর গুণনের মধ্যে পার্থক্য:
- ফলের প্রকৃতি: স্কেলার গুণনের ফল একটি স্কেলার রাশি, যেখানে ভেক্টর গুণনের ফল একটি ভেক্টর রাশি।
- দিক: স্কেলার গুণফলে কোন দিক নেই, কিন্তু ভেক্টর গুণফলে একটি নির্দিষ্ট দিক আছে।
- বিনিময়যোগ্যতা: স্কেলার গুণন বিনিময়যোগ্য, কিন্তু ভেক্টর গুণন বিনিময়যোগ্য নয়।
- লম্বতা ও সমান্তরালতা: স্কেলার গুণফল শূন্য হলে ভেক্টর দুটি লম্ব হয়, অন্যদিকে ভেক্টর গুণফল শূন্য হলে ভেক্টর দুটি সমান্তরাল হয়।
উদাহরণ:
স্কেলার গুণন:
ধরা যাক, \(\vec{a} = (2, 3, 1)\) এবং \(\vec{b} = (4, -1, 2)\)
$$ \vec{a} \cdot \vec{b} = (2 \times 4) + (3 \times -1) + (1 \times 2) $$ $$= 8 - 3 + 2 = 7$$
ভেক্টর গুণন:
ধরা যাক, \(\vec{a} = (2, 3, 1)\) এবং \(\vec{b} = (4, -1, 2)\)
\(\vec{a} \times \vec{b} = \begin{vmatrix} \hat{i} & \hat{j} &
\hat{k} \\ 2 & 3 & 1 \\ 4 & -1 & 2 \end{vmatrix}\) = $$( (3 \times 2
- 1 \times -1), (1\times 4 - 2\times 2),$$ $$ (2 \times -1 - 3 \times 4) )$$ $$ = (7, 0, -14)$$
ক. স্কেলার গুণফল ও ভেক্টর গুণফল কাকে বলে?
খ. কাজ নির্ণয়ের জন্য বল ও সরণের মধ্যে কোণের গুরুত্ব ব্যাখ্যা কর।
গ. রুহুলের বক্তব্যের আলোকে কাজ নির্ণয় কর।
ঘ. নাজমুল জানে যে ভেক্টর গুণফলের ফলাফল একটি ভেক্টর হয়। সে বলল, ঘূর্ণন সংক্রান্ত যন্ত্রপাতিতে এ নিয়মের প্রয়োগ রয়েছে। তুমি কি তার সাথে একমত? একটি উদাহরণসহ বিশ্লেষণ কর।
উত্তর:
স্কেলার গুণফল: দুটি ভেক্টরের গুণফল যদি একটি স্কেলার রাশি হয়, তবে তাকে স্কেলার গুণফল (Dot Product) বলে।
সূত্র: A · B = AB cosθ
ভেক্টর গুণফল: দুটি ভেক্টরের গুণফলে যদি একটি নতুন ভেক্টর রাশি পাওয়া যায়, তবে তাকে ভেক্টর গুণফল (Cross Product) বলে।
সূত্র: A × B = AB sinθ n̂
খ. কাজ নির্ণয়ের জন্য বল ও সরণের মধ্যে কোণের গুরুত্ব ব্যাখ্যা কর:
কাজের সূত্র: W = Fs cosθ
✔️ θ = 0° হলে, কাজ সর্বাধিক।
✔️ θ = 90° হলে, কাজ = 0
✔️ θ > 90° হলে, কাজ ঋণাত্মক হয়।
অতএব, কোণ পরিবর্তনের মাধ্যমে কাজের মানও পরিবর্তিত হয়।
গ. রুহুলের বক্তব্যের আলোকে কাজ নির্ণয় কর:
বল: 10 N
সরণ: 5 m
কোণ: 30°
কাজ: W = 10 × 5 × cos30° = 50 × √3/2 = 25√3 ≈ 43.3 J
ঘ. নাজমুল জানে যে ভেক্টর গুণফলের ফলাফল একটি ভেক্টর হয়...
উত্তর: হ্যাঁ, আমি তার সাথে একমত।
উদাহরণ: রেঞ্চ দিয়ে নাট খোলা।
বিশ্লেষণ:
টর্কের সূত্র: τ = r × F = rF sinθ
এখানে বল ও অবস্থান ভেক্টরের ভেক্টর গুণফলের ফলে যে টর্ক তৈরি হয়, তা রোটেশন বা ঘূর্ণনের জন্য ব্যবহৃত হয়।
এটি ঘূর্ণন যন্ত্রপাতির একটি বাস্তব প্রয়োগ, যেমন: স্ক্রু ড্রাইভার, গিয়ার, মোটর ইত্যাদি।
উপসংহার:
স্কেলার গুণন ও ভেক্টর গুণন, উভয়ই ভেক্টর বীজগণিতের গুরুত্বপূর্ণ ধারণা। এদের বৈশিষ্ট্য, ব্যবহার এবং পার্থক্যগুলো ভালোভাবে বুঝতে পারলে পদার্থবিজ্ঞান এবং প্রকৌশল বিদ্যার বিভিন্ন সমস্যা সহজে সমাধান করা যায়। এই গুণনগুলো শুধু গাণিতিক প্রক্রিয়াই নয়, বরং এগুলি ভেক্টর রাশির সম্পর্ক এবং তাদের প্রয়োগ বোঝার জন্য অপরিহার্য।
