জেট ইঞ্জিন আর নিউটনের তৃতীয় সূত্র: গ্যাসের ধাক্কায় আকাশজয়!

 

জেট ইঞ্জিন আর নিউটনের তৃতীয় সূত্র: গ্যাসের ধাক্কায় আকাশজয়!

কখনো কি ভেবে দেখেছেন বিমান কিভাবে সামনে এগিয়ে চলে ? Fighter Jet গুলো কীভাবে

এতো দ্রুত ছুটে চলে? আমরা সবাই জানি যে, বিমানকে বাতাসের বাধা ঠেলে সামনে এগুতে

হয়। বিমানের উপর বাতাসের এই বাধাকে বলা হয় ড্র্যাগ ফোর্স।  আর বিমানের ভরের

বিরুদ্ধে কাজ করে উপরে উঠানোর কাজ করে লিফ্ট ফোর্স।  লিফ্ট ফোর্স বিমানের উইং

থেকে পাওয়া যায়। যাইহোক লিফ্ট ফোর্স তখনি পাওয়া যায় যখন বিমানটি তার যাত্রা শুরু

করে এবং বাতাস আর উইং এর মধ্যে আপেক্ষিক গতির সৃষ্টি হয়। 

চিত্র ১: একটি উড্ডয়নরত বিমানের উপর কার্যরত বলসমূহ  [1]

তাই আকাশে উড়ার জন্য বিমানকে প্রথমে গতিশীল করা প্রয়োজন। বিমানের মতোই

যেকোনো একটি স্থির বস্তুকে গতিশীল করার জন্য তথা বস্তুর ভরবেগের পরিবর্তন করার

জন্য নিউটন এর গতির দ্বিতীয় সূত্র অনুযায়ী উক্ত বস্তুর উপর বল প্রয়োগ করা প্রয়োজন।

কার্যকরী এই বাহ্যিক বল প্রয়োগের প্রয়োজন থেকেই আসে বিভিন্ন ধরণের প্রপেলার এবং

জেট ইঞ্জিন এর ধারণা। 

 

জেট ইঞ্জিন কী এবং এটি কীভাবে  কাজ করে? 

চলুন জেট ইঞ্জিন এর জেট এবং ইঞ্জিন এই ২ টার্ম কেই ভেঙে বুঝি। “A jet is a stream of

 fluid that is projected with force into a surrounding medium” [2]. অর্থাৎ জেট হলো

আশেপাশের মিডিয়াম এ  fluid এর শক্তিশালী প্রবাহ। “An engine is a machine designed to convert energy, usually from fuel combustion or heat, into useful mechanical work or

motion” [3]. অর্থাৎ ইঞ্জিন হলো এক ধরণের মেশিন যা প্রাইমারি সোর্স অফ এনার্জি

যেমন ফুয়েল এর Chemical এনার্জি থেকে হিট এনার্জি এবং অতঃপর কার্যকরী

মেকানিকাল এনার্জি অথবা মোশন এ কনভার্ট করে। 

 

জেট ইঞ্জিন এক ধরণের IC (Internal combustion) ইঞ্জিন যা ফুয়েল বার্ন করে একটি

শক্তিশালী গরম গ্যাস এর জেট পেছনে ছেড়ে দেয় এবং নিউটন এর থার্ড ল অনুযায়ী

সামনের দিকে থ্রাস্ট লাভ করে। “A jet engine is a reaction engine that discharges a fast-

moving jet of fluid to generate thrust according to Newton’s third law of motion. [4]” 

সুতরাং, সংজ্ঞা হতে আমরা বুঝতে পারছি জেট ইঞ্জিন এর কার্যকারিতা নিউটন এর গতির

তৃতীয় সূত্র দ্বারা বাস্তবায়িত হচ্ছে। নিউটন এর তৃতীয় সূত্র আমাদের বলে যে, ‘প্রতিটি

ক্রিয়ার ই একটি সমান এবং বিপরীত প্রতিক্রিয়া রয়েছে।’ অর্থাৎ, ধরি A বস্তু B বস্তুর উপর

F মানের বল প্রয়োগ করলো, তাহলে B বস্তুটিও A বস্তুটির উপর F বল প্রয়োগ করবে কিন্তু

দিক হবে পরস্পরের বিপরীত। তাই নিউটন এর তৃতীয় সূত্র বাস্তবায়নের জন্য আমাদের

২ টি বস্তু লাগবে যারা একটি আরেকটির উপর সমান ক্রিয়া এবং প্রতিক্রিয়া বল প্রয়োগ

করবে। 

 

আমরা যদি এখন জেট ইঞ্জিনের কথা ভাবি, তাহলে দেখতে পাই যে এই ইঞ্জিনটি জ্বালানি পুড়িয়ে সজোরে গ্যাসের একটি জেট বাইরে নিক্ষেপ করে (কিভাবে এই শক্তিশালী জেট তৈরি হয়, তা আমরা একটু পরে আলোচনা করবো)। এর মাধ্যমে ইঞ্জিন সামনে দিকে থ্রাস্ট বা গতি অর্জন করে।

এখানে নিউটনের তৃতীয় সূত্রটি প্রয়োগ করার জন্য আমরা দু’টি বস্তু নির্বাচন করবো:
 ১। জেট ইঞ্জিনের বডি অথবা ইঞ্জিন এবং যেটির সাথে এটি যুক্ত থাকে, সেই টোটাল সিস্টেম)
 ২। আরেকটি হলো ইঞ্জিন থেকে বেরিয়ে আসা উচ্চ গতির গ্যাসের জেট।

ইঞ্জিন যখন দ্রুত বেগে একটি নির্দিষ্ট দিকে (পেছনের দিকে) গ্যাস নিক্ষেপ করে, তখন ইঞ্জিন সেই গ্যাসকে ক্রিয়া বল প্রয়োগ করে। এর প্রতিক্রিয়ায় সমান মানের কিন্তু বিপরীত দিকে একটি প্রতিক্রিয়া বল ইঞ্জিন তথা পুরো বিমানের উপর কাজ করে। ফলে সিস্টেমটি সামনে দিকে গতি পায়। এটিই মূলত জেট প্রপালশন এর সহজ বিজ্ঞান।

চিত্র ২: জেট ইঞ্জিন সিস্টেম এ নিউটন এর গতির তৃতীয় সূত্রের প্রয়োগ [10]

জেট ইঞ্জিন এর ভেতরের গল্প

প্রযুক্তির বিপ্লব এবং মানুষের চিন্তাভাবনার পরিসর বাড়ার কারণে জেট ইঞ্জিনেরও বিবর্তন হয়েছে।  আমরা এখানে ‘Turbojet Engine’ নিয়ে আলোচনা করবো যেটা শুধু পিওর জেট এর মাধ্যমে থ্রাস্ট প্রডিউস করে থাকে। 

 

Turbojet Engine এ যে যে কম্পোনেন্টস থাকে:

 

1. Diffuser type Inlet 

2. Compressor

3. Combustor

4. Turbine

5. Afterburner (Optional)

6. Thrust Nozzle (Exhaust)

 

প্রথমত diffuser টাইপ ইনলেট এ বাতাস প্রবেশ করে। এই বাতাস প্রবেশের গতি ইঞ্জিন স্পিড এর সমান হয়। অর্থাৎ ইঞ্জিন যেই স্পীড এ বাতাসের ভেতরে রান করে/এগিয়ে চলে সেই স্পিড এ এই বাতাস প্রবেশ করে যদি ইঞ্জিন এর পাশের পরিবেশের বাতাস স্থির থাকে। Diffuser টাইপ ইনলেট এর কাজ হলো হাই স্পিড বাতাস কে লো স্পিড এ কনভার্ট করা এবং এই এক্সট্রা বাতাসের গতিশক্তিকে প্রেসার ফোর্স এ কনভার্ট করা। এই প্রেসার বাড়াকে Ram ইফেক্ট বলা হয় যা Bernoulli’s Equation দিয়ে ব্যাখ্যা করা যায়।  

চিত্র ৩: টার্বোজেট ইঞ্জিনের অভ্যন্তরীণ পার্টস এবং ওয়ার্কিং প্রিন্সিপলস [9]

 

বাতাস এবার compressor এ প্রবেশ করে এবং isentropic compression সংঘটিত হয়। compressor বাতাসকে আরো কমপ্রেস করে ফলে বাতাসের তাপমাত্রা এবং চাপ উভয়ই বাড়ে।

 

compressor এ কম্প্রেসড এয়ার এবার combustor এ প্রবেশ করে যেখানে ফুয়েল ইনজেকশন nozzle উচ্চ তাপমাত্রা এবং চাপের বাতাসে ফুয়েল ড্রপলেট স্প্রে করার মাধ্যমে combustion প্রক্রিয়া শুরু করে। এখানে উচ্চ তাপমাত্রার কম্প্রেসড বাতাস oxidiser হিসেবে কাজ করে যা combustion প্রক্রিয়ার জন্য অত্যাবশ্যকীয়। এই প্রক্রিয়াকে বলা হয় ‘Constant Pressure Heat Addition’. এই প্রক্রিয়ায় গ্যাস এর তাপমাত্রা অত্যধিক মাত্রায় বেড়ে যায় ফলে গ্যাস এক্সপ্যান্ড করে এবং উচ্চ শক্তি নিয়ে combustor থেকে বের হয়ে টারবাইন এ আঘাত করে এবং টারবাইন কে রোটেট করায়। এই টারবাইন আবার কম্প্রেসর এর সাথে mechanically কানেক্টেড থাকে যা compressor কে শক্তি প্রদান করে। 

 

টারবাইন ঘুরানোর পর বাকি exhaust gas দ্রুত Nozzle দিয়ে বেরিয়ে যায়, সেই high-speed gas exit jet thrust তৈরি করে। 

 

মিলিটারি এয়ারক্রাফট এ afterburner একটি গুরুত্বপূর্ণ সংযোজন। Afterburner টারবাইন এর পেছনে এবং এক্সিট nozzle এর সামনে থাকে। এখানে এক্সট্রা ফুয়েল উত্তপ্ত গ্যাস এ স্প্রে করা হয়। ফলে এই এক্সট্রা combustion গ্যাস এর তাপমাত্রা এবং বেগ আরও বাড়িয়ে তোলে। afterburner প্রয়োজন সাপেক্ষে ইঞ্জিন এর থ্রাস্ট আরও বাড়াতে সাহায্য করে।  

 

Nozzle এর মধ্যে গ্যাস expansion হয় ফলে তাপ শক্তি এবং চাপ শক্তি গতি শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। Exit  Nozzle এর ভূমিকা হলো exhaust গ্যাস এর বেগ আরও বেশি বাড়িয়ে তোলা। Subsonic Flow এর ক্ষেত্রে Continuity Equation (Mass Conservation)  অনুযায়ী এক্সিট ক্রসসেকশনাল এরিয়া কমলে বেগ বেড়ে যায়। অর্থাৎ, A x V=Constant. 

 

অতি উচ্চ ভরবেগের এই exhaust গ্যাস নিউটন এর গতির তৃতীয় সূত্রানুযায়ী ইঞ্জিন এর উপর রিঅ্যাকশন ফোর্স ক্রিয়েট করে এবং ইঞ্জিন/ইঞ্জিন এর সাথে যুক্ত mass সিস্টেম কে সামনে এগিয়ে চলতে সাহায্য করে। 

 চিত্র ৪: ফাইটার জেট [8]

কেন Turbojet একটি স্পেশাল ইঞ্জিন?

Supersonic ফ্লাইট কন্ডিশন achieve করার জন্য turbojet ইঞ্জিন বেস্ট অপশন।  মূলত হাই স্পিড এপ্লিকেশন এর জন্য এই ইঞ্জিন ব্যবহার করা হয় কারণ এই ইঞ্জিন এর থ্রাস্ট পুরোপুরি exhaust গ্যাস এর জেট  দ্বারা। এছাড়াও, ‘weight to power ratio’ অনেক কম বিধায় এই ইঞ্জিন ফাইটার জেট এর জন্য একটি আদর্শ ইঞ্জিন।

 

জেট ইঞ্জিন এর সংক্ষিপ্ত ইতিহাস এবং বিবর্তন

প্রথম দিকের বিমান গুলোতে জেট ইঞ্জিন ব্যবহারের  প্রচলন ছিলোনা। ১৯৩০ সালে ব্রিটিশ প্রকৌশলী ফ্রাঙ্ক হুইটল প্রথম কার্যকরী জেট ইঞ্জিনের প্যাটেন্ট লাভ করেন। এরপর ১৯৩৫ সালে জার্মান প্রকৌশলী হান্স ভন  ওহেইন একটি জেট ইঞ্জিনের প্যাটেন্ট করেন এবং ১৯৩৯ সালের ২৭ আগস্ট বিশ্বের প্রথম জেট ইঞ্জিন পাওয়ার্ড ফ্লাইট বাস্তবায়ন করে দেখান [5]. Turbojet থেকে Turboprop তারপর যাত্রীবাহী airliner হিসেবে ব্যবহারের জন্য Turbofan ইঞ্জিন। কিছু কিছু গাইডেড মিসাইল এবং স্পেস ভেহিকল এ ব্যবহারের জন্য Ramjet ইঞ্জিন ব্যবহার করা হয় যার মধ্যে কোনো রোটেটিং পার্টস নেই। এটি মূলত এয়ার কম্প্রেশন এর জন্য এর ফরওয়ার্ড স্পিড এর উপর নির্ভর করে। তাই সুপারসনিক স্পিড এ এই ইঞ্জিন এফিসিয়েন্টলি কাজ করে। 

চিত্র ৫: প্রকৌশলী হ্যান্স ভন ওহেইন (Man behind the Jet Engine) [6]

চিত্র ৬: Ramjet ইঞ্জিন [7]

কিছু মৌলিক কথা: মানুষের বুদ্ধিমত্তা ও উদ্ভাবনী শক্তি যুগে যুগে সভ্যতার অগ্রগতির মূল চালিকা শক্তি হিসেবে কাজ করেছে। জেট ইঞ্জিনের আবিষ্কার তারই একটি উজ্জ্বল উদাহরণ। এই প্রযুক্তি আধুনিক বিমানচালনা ও মহাকাশ গবেষণায় এক নতুন দিগন্তের সূচনা করেছে।

মহান বিজ্ঞানী আইজ্যাক নিউটন তাঁর গতির তিনটি মৌলিক সূত্র উপস্থাপন করেন, যা আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের ভিত্তি স্থাপন করে। তাঁর তৃতীয় সূত্র, "প্রতিটি ক্রিয়ার একটি সমান ও বিপরীত প্রতিক্রিয়া রয়েছে”- যা জেট ইঞ্জিনের কার্যপ্রণালীতে প্রতিফলিত হয়েছে।

অন্যদিকে, জার্মান প্রকৌশলী হান্স ভন ওহেইন বিশ্বের প্রথম জেট ইঞ্জিন চালিত বিমান (Heinkel He 178) সফলভাবে উড্ডয়ন করান। তাঁর উদ্ভাবন আধুনিক বিমানচালনা ও সামরিক প্রযুক্তির ক্ষেত্রে এক নতুন দিগন্তের সূচনা করে।

যুগে যুগে এই মহান ব্যক্তিত্বদের অবদান আমাদেরকে শিখিয়েছে যে, মৌলিক বিজ্ঞান ও উদ্ভাবনী চিন্তা-ভাবনার সমন্বয়ে প্রযুক্তির অগ্রগতি সম্ভব। তাঁদের এই অবদান চিরকাল স্মরণীয় থাকবে।

References 

1. “Principles of Flight - The Four Forces Simply Explained.” Select Aviation, 5 May 2023, https://selectaviation.com/principles-of-flight-the-four-forces-simply-explained/. Accessed 15 June 2025.
2. White, F. M. (2016). Fluid mechanics (8th ed.). McGraw-Hill.
3. Heywood, J. B. (1988). Internal combustion engine fundamentals. McGraw-Hill.
4. Anderson, J. D. (2015). Introduction to flight (8th ed.). McGraw-Hill Education.
5. Jet Engines.” Jet Engines, https://cs.stanford.edu/people/eroberts/courses/ww2/projects/jet-airplanes/planes.html. Accessed 15 June 2025.
6. Dayton Region Walk of Fame. (n.d.). Dr. Hans Joachim Pabst von Ohain. Retrieved June 15, 2025, from https://www.daytonregionwalkoffame.org/inductees/dr-hans-joachim-pabst-von-ohain/
7. Baghai, C. (n.d.). Harnessing high-speed flight: The power and potential of ramjet propulsion. Medium. https://christianbaghai.medium.com/harnessing-high-speed-flight-the-power-and-potential-of-ramjet-propulsion-15609f8b219f
8. Defencyclopedia. (2015, May 13). Explained: How jet engines work. https://defencyclopedia.com/2015/05/13/explained-how-jet-engines-work/
9. Mohazzabi, P. (n.d.). Turbojet engines. In Introduction to aerospace flight vehicles. Eagle Pubs, Embry-Riddle Aeronautical University. https://eaglepubs.erau.edu/introductiontoaerospaceflightvehicles/chapter/turbojet-engines/
10. Stack Exchange Inc. (n.d.). On which points in a jet engine does the reaction force act? Aviation Stack Exchange. Retrieved June 15, 2025, from https://aviation.stackexchange.com/questions/33068/on-which-points-in-a-jet-engine-does-the-reaction-force-ac