ভেক্টর
$\vec{r} = ax\hat{i} + y\hat{j} + 2\hat{k}$, $\vec{P} = 2\hat{i} + 3\hat{j} + 4\hat{k}$ এবং $\vec{Q} = 4\hat{i} + 4\hat{j} - \hat{k}$।
Dinajpur • 2024
ক) অবস্থান ভেক্টর কাকে বলে?
খ) $\hat{j} \times \hat{k}$ একটি একক ভেক্টর— ব্যাখ্যা কর।
গ) a এর মান কত হলে $\vec{r}$ ভেক্টরের ক্ষেত্রটি সলিনয়ডাল হবে নির্ণয় কর।
ঘ) $\vec{P} \times \vec{Q}$ ভেক্টর ক্ষেত্রটি ঘূর্ণনশীল না অঘূর্ণনশীল— গাণিতিক বিশ্লেষণ করে মতামত দাও।

সমাধান (Solution)

(ক) অবস্থান ভেক্টর কাকে বলে?
প্রসঙ্গ কাঠামোর মূলবিন্দুর সাপেক্ষে কোনো বিন্দুর অবস্থান যে ভেক্টরের সাহায্যে প্রকাশ করা হয়, তাকে অবস্থান ভেক্টর বলে।

(খ) ĵ × k̂ একটি একক ভেক্টর— ব্যাখ্যা কর।
আমরা জানি, ভেক্টর গুণনের নিয়ম অনুযায়ী $\hat{j} \times \hat{k} = \hat{i}$। এখানে $\hat{i}$ হলো x-অক্ষ বরাবর একটি আয়ত একক ভেক্টর। যেহেতু একক ভেক্টরের মান সর্বদা ১ একক ($\left|\hat{i}\right| = 1$), তাই $\hat{j} \times \hat{k}$ এর লব্ধি একটি একক ভেক্টর। এটি y ও z অক্ষের ওপর লম্বভাবে অবস্থিত।

(গ) a এর মান কত হলে r⃗ ভেক্টরের ক্ষেত্রটি সলিনয়ডাল হবে নির্ণয় কর।
ভেক্টর ক্ষেত্র $\vec{r}$ সলিনয়ডাল হবে যদি এর ডাইভারজেন্স শূন্য হয়।
অর্থাৎ, $\nabla \cdot \vec{r} = 0$
এখানে, $\vec{r} = ax\hat{i} + y\hat{j} + 2\hat{k}$
$\nabla \cdot \vec{r} = (\frac{\partial}{\partial x}\hat{i} + \frac{\partial}{\partial y}\hat{j} + \frac{\partial}{\partial z}\hat{k}) \cdot (ax\hat{i} + y\hat{j} + 2\hat{k})$
বা, $\frac{\partial}{\partial x}(ax) + \frac{\partial}{\partial y}(y) + \frac{\partial}{\partial z}(2) = 0$
বা, $a + 1 + 0 = 0$
বা, $a = -1$
$\therefore$ a এর মান -1 হলে ভেক্টর ক্ষেত্রটি সলিনয়ডাল হবে।

(ঘ) P⃗ × Q⃗ ভেক্টর ক্ষেত্রটি ঘূর্ণনশীল না অঘূর্ণনশীল— গাণিতিক বিশ্লেষণ করে মতামত দাও।
প্রথমে $\vec{P} \times \vec{Q}$ নির্ণয় করি:
$\vec{P} = 2\hat{i} + 3\hat{j} + 4\hat{k}$
$\vec{Q} = 4\hat{i} + 4\hat{j} - \hat{k}$

$\vec{A} = \vec{P} \times \vec{Q} = \begin{vmatrix} \hat{i} & \hat{j} & \hat{k} \\ 2 & 3 & 4 \\ 4 & 4 & -1 \end{vmatrix}$
বা, $\vec{A} = \hat{i}(-3-16) - \hat{j}(-2-16) + \hat{k}(8-12)$
বা, $\vec{A} = -19\hat{i} + 18\hat{j} - 4\hat{k}$

এখন এই ভেক্টর ক্ষেত্রটি ঘূর্ণনশীল কি-না তা যাচাই করতে এর কার্ল ($\nabla \times \vec{A}$) নির্ণয় করতে হবে।
$\nabla \times \vec{A} = \begin{vmatrix} \hat{i} & \hat{j} & \hat{k} \\ \frac{\partial}{\partial x} & \frac{\partial}{\partial y} & \frac{\partial}{\partial z} \\ -19 & 18 & -4 \end{vmatrix}$
বা, $\nabla \times \vec{A} = \hat{i}[\frac{\partial}{\partial y}(-4) - \frac{\partial}{\partial z}(18)] - \hat{j}[\frac{\partial}{\partial x}(-4) - \frac{\partial}{\partial z}(-19)] + \hat{k}[\frac{\partial}{\partial x}(18) - \frac{\partial}{\partial y}(-19)]$
বা, $\nabla \times \vec{A} = \hat{i}(0-0) - \hat{j}(0-0) + \hat{k}(0-0) = 0$

গাণিতিক বিশ্লেষণ ও মতামত:
যেহেতু $\vec{P} \times \vec{Q}$ এর কার্ল শূন্য হয়েছে, তাই ভেক্টর ক্ষেত্রটি অঘূর্ণনশীল। কোনো ভেক্টর ক্ষেত্রের কার্ল শূন্য হলে সেটি অঘূর্ণনশীল ও সংরক্ষণশীল হয়।