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)1 s13.89

50 km/h से चल रही एक चालक एक बाधा देखती है। उसका प्रतिक्रिया समय 1 s है, जिसके बाद कार 7 m/s² के स्थिर मंदन से ब्रेक लगाती है। बाधा देखने के क्षण से कुल रुकने की दूरी d ज्ञात कीजिए।

v₀ = 50 km/htr = 1 sa = −7 m/s²
d = m
2.शुद्ध गतिकीकठिन
d = ?

एक पत्थर कुएँ में विराम से गिराया जाता है। पत्थर छोड़ने के 3.5 s बाद छपाक की आवाज़ सुनाई देती है। ध्वनि की चाल 343 m/s है; वायु प्रतिरोध को नगण्य मानें और g = 9.81 m/s² लें। कुएँ की गहराई d ज्ञात कीजिए।

ttotal = 3.5 svsound = 343 m/sg = 9.81 m/s²
d = m
3.न्यूटन के नियममध्यम
9 kg4.5 kg

9 kg और 4.5 kg के द्रव्यमान एक हल्की, घर्षणरहित घिरनी के दोनों ओर लटके हैं, एक हल्की डोरी से जुड़े। तंत्र को विराम से छोड़ा जाता है। g = 9.81 m/s² लें। डोरी में तनाव T ज्ञात कीजिए।

m1 = 9 kgm2 = 4.5 kgg = 9.81 m/s²
T = N
4.न्यूटन के नियमकठिन
θ = 35°गुटकाv₀ = 7 m/s

एक गुटके को धक्का दिया जाता है ताकि वह 35° के रैंप पर 7 m/s की चाल से ऊपर फिसलना शुरू करे। गतिज घर्षण गुणांक 0.1 है। g = 9.81 m/s² लें। रुकने से पहले यह रैंप पर कितनी दूर d फिसलता है?

v₀ = 7 m/sθ = 35°μ = 0.1g = 9.81 m/s²
d = m
5.प्रक्षेप्य गतिमध्यम
v0​ = 36 m/sθ = ?R = 65 m

समतल ज़मीन से एक गेंद 36 m/s से प्रक्षेपित की जाती है और उसे 65 m दूर गिरना है। वायु प्रतिरोध को नगण्य मानें और g = 9.81 m/s² लें। दो संभव प्रक्षेपण कोणों में से छोटा θ ज्ञात कीजिए।

v₀ = 36 m/sR = 65 mg = 9.81 m/s²
θ = °
6.प्रक्षेप्य गतिकठिन
h = 5 mv0​ = 21 m/s30°x = ?

एक गेंद 5 m ऊँची चट्टान के शीर्ष से क्षैतिज से 30° ऊपर फेंकी जाती है। वायु प्रतिरोध नगण्य मानें। गेंद के ज़मीन से टकराने से पहले तय की गई क्षैतिज दूरी x ज्ञात कीजिए।

v0 = 21 m/sθ = 30°h = 5 mg = 9.81 m/s²
x = m
7.वृत्तीय गतिमध्यम
r = 3.8 mω = ?

मेले के एक रोटर में सवार 3.8 m त्रिज्या वाले ऊर्ध्वाधर बेलन की दीवार से सटकर खड़े होते हैं। जब यह पर्याप्त तेज़ घूमता है तो फ़र्श नीचे हट जाता है और घर्षण उन्हें थामे रखता है। स्थैतिक घर्षण गुणांक 0.8 है। g = 9.81 m/s² लें। न्यूनतम कोणीय चाल ω rad/s में ज्ञात कीजिए।

r = 3.8 mμs = 0.8g = 9.81 m/s²
ω = rad/s
8.वृत्तीय गतिकठिन
r = 1.2 mv = 3 m/s

1.2 m लंबी डोरी से बँधी 0.8 kg की एक गेंद ऊर्ध्वाधर वृत्त में घुमाई जाती है। निम्नतम बिंदु पर वह 3 m/s से चलती है। g = 9.81 m/s² लें। निम्नतम बिंदु पर डोरी में तनाव T ज्ञात कीजिए।

m = 0.8 kgr = 1.2 mv = 3 m/sg = 9.81 m/s²
T = N
9.कार्य और ऊर्जामध्यम
0.5 kgk = 2000 N/mh = ?

एक खिलौना प्रक्षेपक में 2000 N/m कठोरता वाला ऊर्ध्वाधर स्प्रिंग है। उस पर 0.5 kg गेंद रखी जाती है और स्प्रिंग को 10 cm संपीडित करके छोड़ा जाता है। वायु प्रतिरोध और स्प्रिंग के द्रव्यमान को नगण्य मानते हुए वह ऊँचाई h ज्ञात कीजिए जिस तक गेंद उठती है, स्प्रिंग संपीडित होने पर उसकी स्थिति से मापकर।

m = 0.5 kgk = 2000 N/mx = 10 cmg = 9.81 m/s²
h = m
10.कार्य और ऊर्जाकठिन
h = 16 mR = 5 mN = ?

एक 1 kg गाड़ी 16 m की ऊँचाई पर विराम से एक चिकने ट्रैक पर छोड़ी जाती है जो 5 m त्रिज्या वाले ऊर्ध्वाधर वृत्ताकार लूप में जाता है। लूप के शीर्ष पर ट्रैक द्वारा गाड़ी पर लगाया गया अभिलंब बल N ज्ञात कीजिए।

m = 1 kgh = 16 mR = 5 mg = 9.81 m/s²
N = N
11.संवेग और टक्करेंमध्यम
2.5 kgv = ?10 gh = 7 cm

एक 10 g गोली हल्की डोरियों पर लटके 2.5 kg लकड़ी के गुटके में क्षैतिज रूप से दागी जाती है और उसके अंदर रह जाती है। गुटका प्रारंभ से 7 cm ऊँचा होने तक ऊपर झूलता है। g = 9.81 m/s² लें। टक्कर से पहले गोली की चाल v ज्ञात कीजिए।

m = 10 gM = 2.5 kgh = 7 cmg = 9.81 m/s²
v = m/s
12.संवेग और टक्करेंकठिन
3 kgv = ?5 g20°L = 1.3 m

एक 5 g गोली 1.3 m लंबी हल्की डोरियों से लटके 3 kg गुटके में क्षैतिज रूप से दागी जाती है और उसमें रह जाती है। डोरियाँ ऊर्ध्वाधर से अधिकतम 20° के कोण तक झूलती हैं। g = 9.81 m/s² लें। टक्कर से पहले गोली की चाल v ज्ञात कीजिए।

m = 5 gM = 3 kgL = 1.3 mθ = 20°g = 9.81 m/s²
v = m/s
13.स्प्रिंग और लोलकमध्यम
L = ?

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

T = 1.4 sg = 9.81 m/s²
L = m
14.स्प्रिंग और लोलककठिन
1.4 kgk = 350 N/m

k = 350 N/m वाले एक बिना खिंचे ऊर्ध्वाधर स्प्रिंग के निचले सिरे पर एक 1.4 kg द्रव्यमान जोड़कर विराम से छोड़ा जाता है। g = 9.81 m/s² लें। स्प्रिंग का अधिकतम खिंचाव xmax cm में ज्ञात कीजिए।

m = 1.4 kgk = 350 N/mg = 9.81 m/s²
xmax = cm
15.तरंगें, ध्वनि और प्रकाशिकीमध्यम
θc = ?90°हीरा, n1​ = 2.42ग्लिसरॉल, n2​ = 1.47

प्रकाश हीरा (n = 2.42) में ग्लिसरॉल (n = 1.47) के साथ समतल सीमा की ओर चलता है। वह क्रांतिक कोण θc ज्ञात करें जिसके आगे वह पूर्णतः परावर्तित होता है।

n1 = 2.42n2 = 1.47
θc = °
16.तरंगें, ध्वनि और प्रकाशिकीकठिन
λ = ?15.7°

प्रति मिलीमीटर 600 रेखाओं वाली झरझरी किसी वर्णक्रम रेखा का कोटि-1 उच्चिष्ठ सीधी दिशा से 15.7° पर दिखाती है। रेखा की तरंगदैर्ध्य λ ज्ञात करें।

N = 600 mm⁻¹θ1 = 15.7°m = 1
λ = nm

3विलयन

1.शुद्ध गतिकी

उत्तर: d = 27.67 m

Motion with constant acceleration: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² and v² = v₀² + 2·a·s. Pick the equation that contains the three things you know and the one you want, and keep the signs consistent with one positive direction.

इकाइयाँ

v₀ = 50/3.6 = 13.89 m/s

प्रतिक्रिया दूरी

d1 = v₀·tr = 13.89·1 = 13.89 m

ब्रेकिंग दूरी

d2 = v₀²/(2a) = 13.89²/(2·7) = 13.78 m

कुल

d = 13.89 + 13.78 = 27.67 m

उत्तर

d = 27.67 m
2.शुद्ध गतिकी

उत्तर: d = 54.73 m

Motion with constant acceleration: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² and v² = v₀² + 2·a·s. Pick the equation that contains the three things you know and the one you want, and keep the signs consistent with one positive direction.

समय के दो भाग

½·9.81·t₁² = 343·(3.5 − t₁)
4.905·t₁² + 343·t₁ − 1201 = 0

गिरने का समय

केवल धनात्मक मूल ही भौतिक रूप से सार्थक है।

t₁ = (−343 + √(343² + 4·4.905·1201))/(2·4.905) = 3.34 s

गहराई

d = ½·9.81·3.34² = 54.73 m

उत्तर

d = 54.73 m
3.न्यूटन के नियम

उत्तर: T = 58.86 N

Newton’s second law: the net force on a body equals its mass times its acceleration, ΣF = m·a. Draw a free-body diagram, choose a positive direction along the motion, and add every force in that direction: applied forces, friction μ·N against the motion, and the components of gravity.

त्वरण

नेट चालक बल भारों का अंतर है; यह कुल द्रव्यमान को चलाता है।

a = (9 − 4.5)·9.81/(9 + 4.5) = 3.27 m/s²

हल्के द्रव्यमान से तनाव

T − m2·g = m2·a → T = 4.5·(9.81 + 3.27) = 58.86 N

उत्तर

T = 58.86 N
4.न्यूटन के नियम

उत्तर: d = 3.81 m

Newton’s second law: the net force on a body equals its mass times its acceleration, ΣF = m·a. Draw a free-body diagram, choose a positive direction along the motion, and add every force in that direction: applied forces, friction μ·N against the motion, and the components of gravity.

मंदन

दोनों बल ढलान के नीचे की ओर हैं; द्रव्यमान कट जाता है।

a = 9.81·(sin 35° + 0.1·cos 35°) = 6.43 m/s²

दूरी

d = v₀²/(2a) = 7²/(2·6.43) = 3.81 m

उत्तर

d = 3.81 m
5.प्रक्षेप्य गति

उत्तर: θ = 14.74 °

Projectile motion: with no air resistance, x = vxt and y = h + vyt − ½gt². The two directions are independent except that they share the same time.

परास सूत्र

R = v₀²·sin 2θ/g → sin 2θ = 9.81·65/36² = 0.492

कोण

2θ = 29.47° → θ = 14.74°

उत्तर

θ = 14.74°

दूसरा हल 90° − θ = 75.26° है।

6.प्रक्षेप्य गति

उत्तर: x = 46.23 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

क्षैतिज वेग स्थिर रहता है; ऊर्ध्वाधर गति का नीचे की ओर स्थिर त्वरण g = 9.81 m/s² है।

vx = v0·cos θ = 21·cos 30° = 18.19 m/s
vy = v0·sin θ = 21·sin 30° = 10.5 m/s

उड़ान का समय

y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 को धनात्मक मूल के लिए हल करें।

0 = 5 + 10.5·t − 4.905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (10.5 + √(110.2 + 98.1))/9.81 = 2.542 s

क्षैतिज दूरी

x = vx·t = 18.19·2.542 = 46.23 m

उत्तर

x = 46.23 m
7.वृत्तीय गति

उत्तर: ω = 1.796 rad/s

Uniform circular motion: an object moving at speed v on a circle of radius r accelerates towards the centre with a = v²/r, so it needs a net inward force F = m·v²/r. That force is supplied by something real: friction, tension, gravity or a normal force.

सवार पर बल

N = m·ω²·r
μ·N = m·g → μ·ω²·r = g

कोणीय चाल

ω = √(g/(μ·r)) = √(9.81/(0.8·3.8)) = 1.796 rad/s

उत्तर

ω = 1.796 rad/s
8.वृत्तीय गति

उत्तर: T = 13.85 N

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।

निम्नतम बिंदु पर बल

केंद्र की ओर (ऊपर) धनात्मक है।

T − m·g = m·v²/r
T = 0.8·9.81 + 0.8·3²/1.2 = 7.848 + 6 = 13.85 N

उत्तर

T = 13.85 N
9.कार्य और ऊर्जा

उत्तर: h = 2.039 m

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)।

स्प्रिंग ऊर्जा

x = 10 cm = 0.1 m
½kx² = ½·2000·0.1² = 10 J

ऊँचाई

m·g = 0.5·9.81 = 4.905 N
h = ½kx²/(mg) = 10/4.905 = 2.039 m

उत्तर

h = 2.039 m
10.कार्य और ऊर्जा

उत्तर: N = 13.73 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।

शीर्ष पर चाल

v² = 2g(h − 2R) = 2·9.81·(16 − 10) = 117.7 m²/s²

शीर्ष पर बल

m·g = 1·9.81 = 9.81 N
N = mv²/R − mg = 1·117.7/5 − 9.81 = 13.73 N

उत्तर

N = 13.73 N

गाड़ी ठीक तब लूप पूरा करती है जब h = 2.5R; तब शीर्ष पर N = 0।

11.संवेग और टक्करें

उत्तर: v = 294.2 m/s

Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.

टक्कर के बाद झूलना

V = √(2·g·h) = √(2·9.81·0.07) = 1.172 m/s

टक्कर

m·v = (m + M)·V → v = (0.01 + 2.5)·1.172/0.01 = 294.2 m/s

उत्तर

v = 294.2 m/s
12.संवेग और टक्करें

उत्तर: v = 745.4 m/s

Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.

गुटके का उठान

h = L·(1 − cos θ) = 1.3·(1 − cos 20°) = 0.0784 m

टक्कर के बाद चाल

V = √(2·9.81·0.0784) = 1.24 m/s

टक्कर

v = (m + M)·V/m = 3.005·1.24/0.005 = 745.4 m/s

उत्तर

v = 745.4 m/s
13.स्प्रिंग और लोलक

उत्तर: L = 0.487 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·(1.4/2π)² = 0.487 m

उत्तर

L = 0.487 m
14.स्प्रिंग और लोलक

उत्तर: xmax = 7.848 cm

Simple harmonic motion: a mass m on a spring of stiffness k oscillates with angular frequency ω = √(k/m) and period T = 2π/ω = 2π·√(m/k). A simple pendulum of length L has T = 2π·√(L/g). With amplitude A, the largest speed is A·ω, the largest acceleration A·ω² and the energy ½·k·A².

संतुलन और आयाम

x₀ = m·g/k = 1.4·9.81/350 = 0.03924 m = A

निम्नतम बिंदु

xmax = 2A = 0.07848 m = 7.848 cm

उत्तर

xmax = 7.848 cm
15.तरंगें, ध्वनि और प्रकाशिकी

उत्तर: θc = 37.4 °

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।

90° पर अपवर्तन

sin θc = n₂/n₁ = 1.47/2.42 = 0.6074

क्रांतिक कोण

θc = arcsin(0.6074) = 37.4°

उत्तर

θc = 37.4°
16.तरंगें, ध्वनि और प्रकाशिकी

उत्तर: λ = 451 nm

व्यतिकरण और विवर्तन: दूरी d पर स्थित दो झिरियों से आया प्रकाश परदे के किसी बिंदु पर पथांतर d·sin θ के साथ पहुँचता है। दीप्त फ्रिंज वहाँ बनते हैं जहाँ d·sin θ = mλ (m = 0, ±1, ±2, …)। दूरी L ≫ d पर स्थित परदे के लिए m-वाँ दीप्त फ्रिंज y = mλL/d पर होता है और फ्रिंज अंतराल Δy = λL/d है। प्रति मिलीमीटर N रेखाओं वाली झरझरी का d = 1/N होता है और d·sin θ = mλ पर तीक्ष्ण उच्चिष्ठ होते हैं; चूँकि sin θ ≤ 1, उच्चतम कोटि सबसे बड़ा पूर्णांक m ≤ d/λ है। चौड़ाई a की एकल झिरी में a·sin θ = mλ, m = ±1, ±2, … पर अदीप्त फ्रिंज होते हैं।

तरंगदैर्ध्य

λ = d·sin θ/m = 1.667 × 10⁻⁶·sin 15.7°/1 = 451 nm

उत्तर

λ = 451 nm

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