भौतिकी 1: यांत्रिकी: क्रैम पैक

सूत्र-पत्रक, हर विषय के मुख्य विधि-चरण और 16 अभ्यास प्रश्न, पूरे हल पीछे दिए गए हैं।

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1सूत्र और विधियाँ

शुद्ध गतिकी

वेग
v = v0 + a·t
विस्थापन
s = v0·t + ½·a·t²
समय के बिना
v² = v0² + 2·a·s
इकाइयाँ
1 m/s = 3.6 km/h

विधि

  1. जो ज्ञात है उसे सूचीबद्ध करें: v₀, v, a, t और s, इकाइयों सहित।
  2. वह समीकरण चुनें जिसमें आपकी तीन ज्ञात राशियाँ और अज्ञात हो।
  3. एक धनात्मक दिशा चुनें और विपरीत राशियों को ऋण चिह्न दें।
  4. हल करें और जाँचें कि उत्तर भौतिक रूप से उचित है।

न्यूटन के नियम

द्वितीय नियम
ΣF = m·a
भार
W = m·g
गतिज घर्षण
Ff = μ·N
ढलान पर
ढलान के अनुदिश: m·g·sin θ, अभिलंब: m·g·cos θ

विधि

  1. पिंड पर हर बल के साथ मुक्त-पिंड आरेख बनाएँ।
  2. गति के अनुदिश एक धनात्मक दिशा चुनें।
  3. बलों को गति के अनुदिश और उसके लंबवत घटकों में विभाजित करें (ढलान पर: अनुदिश m·g·sin θ, ढलान में m·g·cos θ)।
  4. गति के अनुदिश ΣF = m·a लगाएँ; घर्षण गति के विरुद्ध μ·N है।

प्रक्षेप्य गति

घटक
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
स्थिति
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
अधिकतम ऊँचाई
H = h + vy²/(2g)
परास (समतल भूमि)
R = v0²·sin 2θ/g

विधि

  1. प्रक्षेपण वेग को घटकों में विभाजित करें: vx = v₀·cos θ और vy = v₀·sin θ।
  2. क्षैतिज गति की चाल नियत होती है; ऊर्ध्वाधर गति का त्वरण −g होता है।
  3. ऊर्ध्वाधर गति से उड़ान का समय ज्ञात करें।
  4. परास ज्ञात करने के लिए उस समय का क्षैतिज गति में उपयोग करें।

वृत्तीय गति

अभिकेंद्र त्वरण
a = v²/r = ω²·r
अभिकेंद्र बल
F = m·v²/r
कोणीय चाल
ω = v/r = 2π/T
समतल मोड़, घर्षण
vmax = √(μ·g·r)

कार्य और ऊर्जा

गतिज ऊर्जा
Ek = ½mv²
स्थितिज ऊर्जा
Ep = mgh
ऊर्जा संतुलन
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
घर्षण का कार्य
W = μ·N·d
शक्ति
P = W/t

संवेग और टक्करें

संवेग
p = m·v
संरक्षण
Σm·v (before) = Σm·v (after)
पूर्णतः अप्रत्यास्थ
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
आवेग
J = F·Δt = m·Δv

विधि

  1. एक धनात्मक दिशा चुनें और हर वेग को उसका चिह्न दें।
  2. पहले का कुल संवेग लिखें: Σm·v।
  3. पूर्णतः अप्रत्यास्थ टक्कर में पिंड बाद में साथ चलते हैं; प्रत्यास्थ टक्कर में गतिज ऊर्जा भी संरक्षित रहती है।
  4. पहले के संवेग को बाद के संवेग के बराबर रखें और हल करें।

स्प्रिंग और लोलक

स्प्रिंग पर द्रव्यमान
T = 2π·√(m/k)
लोलक
T = 2π·√(L/g)
कोणीय आवृत्ति
ω = √(k/m) = 2π/T
अधिकतम चाल और त्वरण
vmax = A·ω, amax = A·ω²
ऊर्जा
E = ½·k·A²

तरंगें, ध्वनि और प्रकाशिकी

तरंग चाल
v = fλ, T = 1/f
डोरी
v = √(T/μ), μ = m/L
ध्वनि स्तर
β = 10·log10(I/I0), I0 = 10⁻¹² W/m²
बिंदु स्रोत
I = P/(4πr²)
अप्रगामी तरंगें
डोरी या खुली नली fn = n·v/(2L); बंद नली fn = n·v/(4L), n विषम
डॉप्लर प्रभाव
f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs)
अपवर्तनांक
n = c/v, λ = λ0/n
स्नेल का नियम
n1sin θ1 = n2sin θ2
क्रांतिक कोण
sin θc = n2/n1
प्रकाशिक तंतु
NA = sin θa = √(n1² − n2²)
लेंस और दर्पण
1/f = 1/do + 1/di, m = −di/do, mirror f = R/2
द्वि-झिरी
d·sin θ = mλ, ym = mλL/d
झरझरी
d = 1/N, d·sin θ = mλ, mmax ≤ d/λ
एकल झिरी
a·sin θ = mλ (dark), w = 2λL/a

विधि

  1. प्रश्न का प्रकार पहचानें: तरंग चाल, ध्वनि स्तर, अप्रगामी तरंग, डॉप्लर, अपवर्तन, लेंस या दर्पण, या व्यतिकरण।
  2. पहले संबंध लिखें: v = fλ, β = 10·log(I/I₀), fₙ = n·v/(2L) या n·v/(4L), f′ = f(v ± vo)/(v ∓ vs), n₁sin θ₁ = n₂sin θ₂, 1/f = 1/d₀ + 1/dᵢ, d·sin θ = mλ।
  3. इकाइयाँ बदलें: nm, mm और cm से m में, और जाँचें कि कोण अभिलंब से मापे गए हैं या नहीं।
  4. चिह्न और औचित्य जाँचें: आभासी प्रतिबिंब का dᵢ < 0 होता है, पास आता स्रोत ऊँचा सुनाई देता है, बंद नली में केवल विषम संनादी होते हैं।

2अभ्यास प्रश्न

1.शुद्ध गतिकीमध्यम
t (s)v (m/s)4.545 s25

90 km/h से चल रही एक कार रुकने तक 5.5 m/s² के नियत मंदन से ब्रेक लगाती है। ब्रेकिंग दूरी s ज्ञात कीजिए।

v₀ = 90 km/ha = −5.5 m/s²v = 0
s = m
2.शुद्ध गतिकीकठिन
v₀ = 10 m/s40 m

ज़मीन से 40 m ऊँची छत के किनारे से एक गेंद 10 m/s से सीधे ऊपर फेंकी जाती है। वायु प्रतिरोध नगण्य मानें और g = 9.81 m/s² लें। ज़मीन से अधिकतम ऊँचाई hmax ज्ञात कीजिए।

v₀ = 10 m/sh₀ = 40 mg = 9.81 m/s²
hmax = m
3.न्यूटन के नियममध्यम
35 kg30°F = 110 Nμ = 0.25

एक 35 kg स्लेज को क्षैतिज से 30° ऊपर एक रस्सी से 110 N के बल से समतल बर्फ़ पर खींचा जाता है। गतिज घर्षण गुणांक 0.25 है। g = 9.81 m/s² लें। स्लेज का त्वरण a ज्ञात कीजिए।

m = 35 kgF = 110 Nθ = 30°μ = 0.25g = 9.81 m/s²
a = m/s²
4.न्यूटन के नियमकठिन
m1​ = 7.5 kg10 kgθ = 40°

40° पर झुके रैंप पर एक 7.5 kg गुटका रैंप के शीर्ष पर एक घर्षणरहित घिरनी के ऊपर से हल्की डोरी द्वारा एक लटकते 10 kg द्रव्यमान से जुड़ा है। लटकता द्रव्यमान नीचे चलता है। गुटके और रैंप के बीच गतिज घर्षण गुणांक 0.2 है। g = 9.81 m/s² लें। डोरी में तनाव T ज्ञात कीजिए।

m1 = 7.5 kgm2 = 10 kgθ = 40°μ = 0.2g = 9.81 m/s²
T = N
5.प्रक्षेप्य गतिमध्यम
61 my = ?v0​ = 34 m/s20°

समतल ज़मीन से एक गेंद को 34 m/s से क्षैतिज से 20° ऊपर 61 m दूर एक दीवार की ओर किक मारी जाती है। वायु प्रतिरोध को नगण्य मानें और g = 9.81 m/s² लें। गेंद किस ऊँचाई y पर दीवार से गुज़रती है?

v₀ = 34 m/sθ = 20°x = 61 mg = 9.81 m/s²
y = m
6.प्रक्षेप्य गतिकठिन
18 mv0​ = 27 m/s60°x = ?

ज़मीन के स्तर से एक गेंद 27 m/s से क्षैतिज से 60° ऊपर फेंकी जाती है। यह नीचे आते समय 18 m ऊँची इमारत की समतल छत पर गिरती है। वायु प्रतिरोध को नगण्य मानें और g = 9.81 m/s² लें। प्रक्षेपण बिंदु से गिरने के स्थान तक क्षैतिज दूरी x ज्ञात कीजिए।

v₀ = 27 m/sθ = 60°hroof = 18 mg = 9.81 m/s²
x = m
7.वृत्तीय गतिमध्यम
r = 85 mvmax​ = ?

एक कार 85 m त्रिज्या वाला समतल मोड़ लेती है। टायरों और सड़क के बीच स्थैतिक घर्षण गुणांक 0.8 है। g = 9.81 m/s² लें। वह अधिकतम चाल vmax ज्ञात कीजिए जिस पर कार बिना फिसले मोड़ ले सकती है।

r = 85 mμs = 0.8g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
8.वृत्तीय गतिकठिन
θ = 15°केंद्र की ओरvmax​ = ?

80 m त्रिज्या का एक मोड़ 15° पर ढलवाँ है, और टायरों तथा सड़क के बीच स्थैतिक घर्षण गुणांक 0.1 है। g = 9.81 m/s² लें। वह अधिकतम चाल vmax ज्ञात कीजिए जिस पर कोई कार ऊपर और बाहर फिसले बिना मोड़ पार कर सकती है।

r = 80 mθ = 15°μs = 0.1g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
9.कार्य और ऊर्जामध्यम
60°L = 2 m1 kg

एक 1 kg गेंद 2 m लंबी हल्की डोरी पर लटकी है। उसे तब तक एक ओर खींचा जाता है जब तक डोरी ऊर्ध्वाधर से 60° न बना ले, और विराम से छोड़ा जाता है। जब गेंद निम्नतम बिंदु से गुज़रती है तब डोरी में तनाव T ज्ञात कीजिए।

m = 1 kgL = 2 mθ = 60°g = 9.81 m/s²
T = N
10.कार्य और ऊर्जाकठिन
h = 2 mL = 3 mμ = 0.3k = 1000 N/m

1 kg का एक गुटका चिकने रैम्प पर 2 m ऊँचाई से विराम से छोड़ा जाता है। नीचे वह 3 m लंबी खुरदरी क्षैतिज पट्टी (μ = 0.3) पार करता है और फिर चिकनी सतह पर एक स्प्रिंग (k = 1000 N/m) से टकराता है। स्प्रिंग का अधिकतम संपीडन x ज्ञात कीजिए।

m = 1 kgh = 2 mL = 3 mμ = 0.3k = 1000 N/mg = 9.81 m/s²
x = cm
11.संवेग और टक्करेंमध्यम
3.5 kg3 m/s4.5 kg

3 m/s से चल रहा 3.5 kg का एक ग्लाइडर घर्षणरहित पटरी पर विरामावस्था में रखे 4.5 kg के ग्लाइडर से पूर्णतः प्रत्यास्थ आमने-सामने टक्कर करता है। टक्कर के बाद दूसरे ग्लाइडर का वेग v′2 ज्ञात कीजिए।

m1 = 3.5 kgm2 = 4.5 kgv1 = 3 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.संवेग और टक्करेंकठिन
1200 kg17 m/s1300 kg20 m/sv′ = ?

एक चौराहे पर 17 m/s से पूर्व की ओर जा रही एक 1200 kg कार 20 m/s से उत्तर की ओर जा रही एक 1300 kg कार से टकराती है। कारें आपस में जुड़ जाती हैं। टक्कर के ठीक बाद मलबे की चाल v′ ज्ञात कीजिए।

m1 = 1200 kgv1 = 17 m/s (E)m2 = 1300 kgv2 = 20 m/s (N)
v′ = m/s
13.स्प्रिंग और लोलकमध्यम
L = ?

1.3 s आवर्तकाल पाने के लिए सरल लोलक कितना लंबा होना चाहिए? g = 9.81 m/s² लें। L ज्ञात कीजिए।

T = 1.3 sg = 9.81 m/s²
L = m
14.स्प्रिंग और लोलककठिन
2.5 kgk = 600 N/m400 m/s

400 m/s से चलती एक 5 g गोली घर्षणरहित सतह पर रखे 2.5 kg गुटके से टकराकर उसमें रह जाती है। गुटका k = 600 N/m वाले एक क्षैतिज स्प्रिंग से जुड़ा है। परिणामी दोलन का आयाम A cm में ज्ञात कीजिए।

m = 5 gv = 400 m/sM = 2.5 kgk = 600 N/m
A = cm
15.तरंगें, ध्वनि और प्रकाशिकीमध्यम
FFdo​ = 8 cmf = −15 cm

एक वस्तु 15 cm फोकस दूरी वाले पतले अपसारी लेंस के सामने 8 cm पर रखी है। प्रतिबिंब दूरी di ज्ञात करें। चिह्न परिपाटी 1/f = 1/do + 1/di का उपयोग करें (अपसारी लेंस के लिए f < 0, आभासी प्रतिबिंब के लिए di < 0)।

do = 8 cmf = −15 cm
di = cm
16.तरंगें, ध्वनि और प्रकाशिकीकठिन
SO25 m/sf = 40 kHz

स्थिर सेंसर 40 kHz की पराश्रव्य ध्वनि एक कार की ओर भेजता है जो 25 m/s से दूर जा रही है और प्रतिध्वनि को उत्सर्जित संकेत से मिलाता है। विस्पंद आवृत्ति fb ज्ञात करें (ध्वनि की चाल 343 m/s)।

f = 40 kHzu = 25 m/sv = 343 m/s
fb = Hz

3विलयन

1.शुद्ध गतिकी

उत्तर: s = 56.82 m

नियत त्वरण वाली गति: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² और v² = v₀² + 2·a·s। वह समीकरण चुनें जिसमें आपकी तीन ज्ञात राशियाँ और एक वांछित राशि हो, और एक धनात्मक दिशा के अनुसार चिह्न एकसमान रखें।

इकाइयाँ

v₀ = 90/3.6 = 25 m/s

ब्रेकिंग दूरी

0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 25²/(2·5.5) = 56.82 m

उत्तर

s = 56.82 m
2.शुद्ध गतिकी

उत्तर: hmax = 45.1 m

नियत त्वरण वाली गति: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² और v² = v₀² + 2·a·s। वह समीकरण चुनें जिसमें आपकी तीन ज्ञात राशियाँ और एक वांछित राशि हो, और एक धनात्मक दिशा के अनुसार चिह्न एकसमान रखें।

छत के ऊपर उठान

0 = v₀² − 2·g·Δh → Δh = 10²/(2·9.81) = 5.097 m

ज़मीन से ऊँचाई

hmax = 40 + 5.097 = 45.1 m

उत्तर

hmax = 45.1 m
3.न्यूटन के नियम

उत्तर: a = 0.6622 m/s²

न्यूटन का द्वितीय नियम: किसी पिंड पर नेट बल उसके द्रव्यमान और त्वरण के गुणनफल के बराबर होता है, ΣF = m·a। एक मुक्त-पिंड आरेख बनाएँ, गति की दिशा में एक धनात्मक दिशा चुनें, और उस दिशा में सभी बल जोड़ें: लगाए गए बल, गति के विरुद्ध घर्षण μ·N, और गुरुत्व के घटक।

अभिलंब बल

N = m·g − F·sin θ = 343.4 − 110·sin 30° = 288.4 N

क्षैतिज बल

m·a = F·cos θ − μ·N = 95.26 − 72.09
a = 23.18/35 = 0.6622 m/s²

उत्तर

a = 0.6622 m/s²
4.न्यूटन के नियम

उत्तर: T = 75.51 N

न्यूटन का द्वितीय नियम: किसी पिंड पर नेट बल उसके द्रव्यमान और त्वरण के गुणनफल के बराबर होता है, ΣF = m·a। एक मुक्त-पिंड आरेख बनाएँ, गति की दिशा में एक धनात्मक दिशा चुनें, और उस दिशा में सभी बल जोड़ें: लगाए गए बल, गति के विरुद्ध घर्षण μ·N, और गुरुत्व के घटक।

डोरी के साथ बल

m₂·g = 98.1 N
m₁·g·sin θ = 47.29 N
μ·m₁·g·cos θ = 11.27 N

निकाय का त्वरण

a = (98.1 − 47.29 − 11.27)/17.5 = 2.259 m/s²

लटकते द्रव्यमान से तनाव

m2·g − T = m2·a → T = 10·(9.81 − 2.259) = 75.51 N

उत्तर

T = 75.51 N
5.प्रक्षेप्य गति

उत्तर: y = 4.322 m

प्रक्षेप्य गति: वायु प्रतिरोध के बिना x = vxt और y = h + vyt − ½gt²। दोनों दिशाएँ स्वतंत्र हैं, सिवाय इसके कि उनका समय एक ही है।

दीवार तक समय

vx = 34·cos 20° = 31.95 m/s
t = x/vx = 61/31.95 = 1.909 s

उस समय ऊँचाई

y = 11.63·1.909 − ½·9.81·1.909² = 4.322 m

उत्तर

y = 4.322 m

दीवार पर गेंद पहले से नीचे आ रही है।

6.प्रक्षेप्य गति

उत्तर: x = 51.33 m

प्रक्षेप्य गति: वायु प्रतिरोध के बिना x = vxt और y = h + vyt − ½gt²। दोनों दिशाएँ स्वतंत्र हैं, सिवाय इसके कि उनका समय एक ही है।

प्रक्षेपण वेग को विभाजित करें

vx = 13.5 m/s, vy = 23.38 m/s

छत पर गिरने का समय

बड़ा मूल: गेंद नीचे आ रही है।

18 = 23.38·t − 4.905·t²
t = (23.38 + √(23.38² − 2·9.81·18))/9.81 = 3.802 s

क्षैतिज दूरी

x = vx·t = 13.5·3.802 = 51.33 m

उत्तर

x = 51.33 m
7.वृत्तीय गति

उत्तर: vmax = 25.83 m/s

एकसमान वृत्तीय गति: r त्रिज्या के वृत्त पर v चाल से चलती वस्तु केंद्र की ओर a = v²/r से त्वरित होती है, इसलिए उसे भीतर की ओर नेट बल F = m·v²/r चाहिए। यह बल किसी वास्तविक स्रोत से आता है: घर्षण, तनाव, गुरुत्व या अभिलंब बल।

घर्षण अभिकेंद्र बल प्रदान करता है

m·v²/r = μ·m·g
v = √(μ·g·r) = √(0.8·9.81·85) = 25.83 m/s

उत्तर

vmax = 25.83 m/s (92.98 km/h)
8.वृत्तीय गति

उत्तर: vmax = 17.23 m/s

एकसमान वृत्तीय गति: r त्रिज्या के वृत्त पर v चाल से चलती वस्तु केंद्र की ओर a = v²/r से त्वरित होती है, इसलिए उसे भीतर की ओर नेट बल F = m·v²/r चाहिए। यह बल किसी वास्तविक स्रोत से आता है: घर्षण, तनाव, गुरुत्व या अभिलंब बल।

बल संतुलन

घर्षण ढलान के नीचे की ओर है।

N·(sin θ + μ·cos θ) = m·v²/r
N·(cos θ − μ·sin θ) = m·g

चाल

v = √(80·9.81·0.3554/0.94) = 17.23 m/s

उत्तर

vmax = 17.23 m/s
(62.01 km/h)
9.कार्य और ऊर्जा

उत्तर: T = 19.62 N

कार्य–ऊर्जा सिद्धांत: गतिज ऊर्जा में परिवर्तन सभी बलों द्वारा किए गए कार्य के बराबर है। गुरुत्व और स्प्रिंग को स्थितिज ऊर्जा (mgh और ½kx²) के रूप में लिखने से यह एक संतुलन बन जाता है: प्रारंभिक ऊर्जा = अंतिम ऊर्जा + घर्षण में खोई ऊर्जा (μN·d)। वृत्तीय पथ पर केंद्र की ओर नेट बल mv²/r के बराबर होना चाहिए।

तल पर चाल

v² = 2gL(1 − cos θ) = 2·9.81·2·(1 − cos 60°) = 19.62 m²/s²

तल पर बल

m·g = 1·9.81 = 9.81 N
T = mg + mv²/L = 9.81 + 1·19.62/2 = 19.62 N

उत्तर

T = 19.62 N

जाँच: T = mg(3 − 2cos θ) = 19.62 N।

10.कार्य और ऊर्जा

उत्तर: x = 14.69 cm

कार्य–ऊर्जा सिद्धांत: गतिज ऊर्जा में परिवर्तन सभी बलों द्वारा किए गए कार्य के बराबर है। गुरुत्व और स्प्रिंग को स्थितिज ऊर्जा (mgh और ½kx²) के रूप में लिखने से यह एक संतुलन बन जाता है: प्रारंभिक ऊर्जा = अंतिम ऊर्जा + घर्षण में खोई ऊर्जा (μN·d)।

खुरदरी पट्टी के बाद शेष ऊर्जा

रैम्प चिकना है, इसलिए केवल पट्टी ऊर्जा हटाती है।

mgh − μmgL = 9.81·(2 − 0.3·3) = 10.79 J

अधिकतम संपीडन

½kx² = 10.79 → x = √(2·10.79/1000) = 0.1469 m = 14.69 cm

उत्तर

x = 14.69 cm
11.संवेग और टक्करें

उत्तर: v′2 = 2.625 m/s

संवेग संरक्षण: जब टक्कर के दौरान कोई बाह्य बल कार्य नहीं करता, तो पहले का कुल संवेग Σm·v बाद के कुल संवेग के बराबर होता है। वेगों की दिशा होती है, इसलिए एक धनात्मक दिशा चुनें और विपरीत दिशा के वेगों को ऋण चिह्न दें। प्रत्यास्थ टक्कर में गतिज ऊर्जा भी संरक्षित रहती है; पूर्णतः अप्रत्यास्थ टक्कर में पिंड आपस में चिपक जाते हैं।

विरामावस्था वाले लक्ष्य से प्रत्यास्थ टक्कर

संवेग और ऊर्जा संरक्षण को साथ हल करने पर ये दो परिणाम मिलते हैं।

v′1 = (3.5 − 4.5)/(3.5 + 4.5)·3 = −0.375 m/s
v′2 = 2·3.5/(3.5 + 4.5)·3 = 2.625 m/s

उत्तर

v′2 = 2.625 m/s
12.संवेग और टक्करें

उत्तर: v′ = 13.22 m/s

संवेग संरक्षण: जब टक्कर के दौरान कोई बाह्य बल कार्य नहीं करता, तो पहले का कुल संवेग Σm·v बाद के कुल संवेग के बराबर होता है। वेगों की दिशा होती है, इसलिए एक धनात्मक दिशा चुनें और विपरीत दिशा के वेगों को ऋण चिह्न दें। प्रत्यास्थ टक्कर में गतिज ऊर्जा भी संरक्षित रहती है; पूर्णतः अप्रत्यास्थ टक्कर में पिंड आपस में चिपक जाते हैं।

संवेग घटक

px = 1200·17 = 20400 kg·m/s
py = 1300·20 = 26000 kg·m/s

मलबे की चाल

v′ = √(px² + py²)/(m1 + m2) = 33048/2500 = 13.22 m/s

उत्तर

v′ = 13.22 m/s
13.स्प्रिंग और लोलक

उत्तर: L = 0.4199 m

सरल आवर्त गति: k कठोरता वाले स्प्रिंग पर द्रव्यमान m कोणीय आवृत्ति ω = √(k/m) और आवर्तकाल T = 2π/ω = 2π·√(m/k) से दोलन करता है। L लंबाई वाले सरल लोलक के लिए T = 2π·√(L/g)। आयाम A के साथ अधिकतम चाल A·ω, अधिकतम त्वरण A·ω² और ऊर्जा ½·k·A² होती है।

लंबाई के लिए हल करें

L = g·(T/2π)² = 9.81·(1.3/2π)² = 0.4199 m

उत्तर

L = 0.4199 m
14.स्प्रिंग और लोलक

उत्तर: A = 5.159 cm

सरल आवर्त गति: k कठोरता वाले स्प्रिंग पर द्रव्यमान m कोणीय आवृत्ति ω = √(k/m) और आवर्तकाल T = 2π/ω = 2π·√(m/k) से दोलन करता है। L लंबाई वाले सरल लोलक के लिए T = 2π·√(L/g)। आयाम A के साथ अधिकतम चाल A·ω, अधिकतम त्वरण A·ω² और ऊर्जा ½·k·A² होती है।

टक्कर के बाद चाल

V = m·v/(m + M) = 0.005·400/2.505 = 0.7984 m/s

कोणीय आवृत्ति

ω = √(k/(m + M)) = √(600/2.505) = 15.48 rad/s

आयाम

A = V/ω = 0.7984/15.48 = 0.05159 m = 5.159 cm

उत्तर

A = 5.159 cm
15.तरंगें, ध्वनि और प्रकाशिकी

उत्तर: di = −5.217 cm

ज्यामितीय प्रकाशिकी: सीमा पर n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂ (स्नेल का नियम), जहाँ कोण अभिलंब से मापे जाते हैं और n = c/v। धीमे माध्यम में जाने पर किरण अभिलंब की ओर मुड़ती है। सघन माध्यम (n₁ > n₂) से क्रांतिक कोण θc = arcsin(n₂/n₁) से आगे सारा प्रकाश परावर्तित हो जाता है: पूर्ण आंतरिक परावर्तन। पतले लेंस और गोलीय दर्पण 1/f = 1/do + 1/di का पालन करते हैं, आवर्धन m = −di/do के साथ। चिह्न परिपाटी: अभिसारी लेंस और अवतल दर्पण के लिए f > 0 (f = R/2), अपसारी लेंस और उत्तल दर्पण के लिए f < 0; वास्तविक प्रतिबिंब के लिए di > 0, आभासी के लिए di < 0, और उल्टे प्रतिबिंब के लिए m < 0।

पतले लेंस का समीकरण

1/di = 1/f − 1/do = 1/(−15) − 1/8
di = −5.217 cm
FF8 cmf = −15 cm

किरण आरेख

आभासी, वस्तु की ही ओर

उत्तर

di = −5.217 cm
16.तरंगें, ध्वनि और प्रकाशिकी

उत्तर: fb = 5435 Hz

अप्रगामी तरंगें और डॉप्लर प्रभाव: दोनों सिरों पर बँधी डोरी, या दोनों सिरों पर खुली नली, में पूरी अर्ध-तरंगदैर्ध्य समाती हैं: L = nλ/2, fn = n·v/(2L), n = 1, 2, 3, … एक सिरे पर बंद नली में बंद सिरे पर निस्पंद और खुले सिरे पर प्रस्पंद होता है: L = nλ/4, केवल विषम n के साथ, fn = n·v/(4L)। जब स्रोत या प्रेक्षक उनके बीच की रेखा के अनुदिश चलते हैं, f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs): एक-दूसरे की ओर गति के लिए ऊपरी चिह्न उपयोग करें। लगभग समान आवृत्ति की दो तरंगें |f₁ − f₂| पर विस्पंद बनाती हैं।

कार पर आवृत्ति

f′ = 40000·(343 − 25)/343 = 37085 Hz

प्रतिध्वनि की आवृत्ति

f″ = f′·343/(343 + 25) = 34565 Hz

विस्पंद आवृत्ति

fb = |f″ − f| = 5435 Hz

उत्तर

fb = 5435 Hz

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