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चित्रानुसार एक लम्बी बेलनाकार नली जिसकी त्रिज्या $20 \,cm$ है | नली का ऊपरी सिरा बंद है | चित्र में दर्शाए अनुसार एक नगण्य द्रव्यमान का वायुरुद्ध पिस्टन नली में लगा हुआ है । एक $50 \,Kg$ द्रव्यमान के पिण्ड को पिस्टन से जोड़ा जाता है | नए साम्यावस्था में आने तक यह पिस्टन $\Delta l$ दूरी तक नीचे जाता है | वायु को आदर्श गैस मानते हुए , $\Delta l / L$ (चित्र को देखें) का मान लगभग क्या होगा ? मान लें कि $g =10 \,m / s ^2$ तथा वायुमंडलीय दवाब $10^5$ पासकल (Pascal) है ।

$0.01$
$0.02$
$0.04$
$0.09$
Solution

(c)
Initially pressure inside the cylinder is atmospheric pressure $p_0$. When mass $m$ is attached to piston and it comes down by a distance $\Delta l$, let pressure is $p$.
Then, in equilibrium,
$p_0 V_0=p V \Rightarrow p_0(A)(l)=p A(l+\Delta l)$
So, final pressure will be
$p=\frac{p_0 A l}{A(l+\Delta l)}=\frac{p_0 l}{(l+\Delta l)}$
In equilibrium, weight of mass $m$ is balanced by force of suction due to reduced pressure $p$.
$\because\left(p_0-p\right) A=m g$
$\Rightarrow\left(p_0-\frac{p_0 l}{l+\Delta l}\right) A=m g \Rightarrow \frac{p_0}{m g} \frac{A}{\Delta l}=\frac{l}{\Delta l}+1$
$\Rightarrow 10^5 \times \pi \times\left(20 \times 10^{-2}\right)^2=\frac{l}{\Delta l}+1$
$\Rightarrow 50 \times 10$
$\Rightarrow \frac{22 \times 8}{\Delta}-1=\frac{l}{\Delta l}$
$\Rightarrow \frac{169}{7}$ or $\frac{\Delta l}{l} \approx 0.04$