$1.0\, m$ લંબાઈ અને $0.50 \times 10^{-2}\, cm^2$ આડછેદનું ક્ષેત્રફળ ધરાવતાં નરમ સ્ટીલના તારને બે થાંભલાની વચ્ચે સમક્ષિતિજ દિશામાં સ્થિતિસ્થાપકતાની હદ (મર્યાદા)માં રહે તેમ ખેંચવામાં આવે છે. હવે તારના મધ્યબિંદુએ $100\, g$ દળ લટકાવવામાં આવે, તો તારનું મધ્યબિંદુ કેટલું નીચે આવશે ?
Length of the steel wire $=1.0 m$
Area of cross-section, $A=0.50 \times 10^{-2} cm ^{2}-0.50 \times 10^{-6} m ^{2}$
A mass $100 g$ is suspended from its midpoint.
$m=100 g =0.1 kg$
Hence, the wire dips, as shown in the given figure.
Original length $= XZ$
Depression $=l$
The length after mass $m$, is attached to the wire $= XO + OZ$
Increase in the length of the wire:
$\Delta l=( XO + OZ )- XZ$
$XO = OZ =\left[(0.5)^{2}+l^{2}\right]^{\frac{1}{2}}$
$\therefore \Delta l=2\left[(0.5)^{2}+(l)^{2}\right]^{\frac{1}{2}}-1.0$
$=2 \times 0.5\left[1+\left(\frac{l}{0.5}\right)^{2}\right]^{\frac{1}{2}}-1.0$
Expanding and neglecting higher terms, we get:
$\Delta l=\frac{l^{2}}{0.5}$
Strain $=\frac{\text { Increase in length }}{\text { Original length }}$
Let $T$ be the tension in the wire.
$\therefore m g=2 T \cos \theta$
Using the figure, it can be written as
$\cos \theta=\frac{1}{\left((0.5)^{2}+l^{2}\right)^{\frac{1}{2}}}$
$=\frac{1}{(0.5)\left(1+\left(\frac{l}{0.5}\right)^{2}\right)^{\frac{1}{2}}}$
Expanding the expression and eliminating the higher terms
$\cos \theta=\frac{1}{(0.5)\left(1+\frac{l^{2}}{2(0.5)^{2}}\right)}$
$\left(1+\frac{l^{2}}{0.5}\right)=1$ for small $l$
$\therefore \cos \theta=\frac{l}{0.5}$
$\therefore T=\frac{m g}{2\left(\frac{l}{0.5}\right)}=\frac{m g \times 0.5}{2 l}=\frac{m g}{4 l}$
Stress $=\frac{\text { Tension }}{\text { Area }}=\frac{m g}{4 l \times A}$
Young's modulus $=\frac{\text { Stress }}{\text { Strain }}$
$Y=\frac{m g \times 0.5}{4 l \times A \times l^{2}}$
$I=\sqrt[3]{\frac{m g \times 0.5}{4 Y A}}$
Young's modulus of steel, $Y=2 \times 10^{11} Pa$
$\therefore l=\sqrt{\frac{0.1 \times 9.8 \times 0.5}{4 \times 2 \times 10^{11} \times 0.50 \times 10^{-6}}}$
$=0.0106 m$
Hence, the depression at the midpoint is $0.0106 m$
$1 \,cm ^{2}$ આડછેદ ઘરાવતા તારને તેની લંબાઈ બમણી કરવા માટે લગાવવું પડતું બળ ........$ \times 10^{7}\,N$ થશે. (તારુનું યંગ મોડ્યુલસ $=2 \times 10^{11} \,N / m ^{2}$ આપેલ છે.)
$0.5\, mm$ વધારો કરવા માટે $2m$ લંબાઇ અને $2\,m{m^2}$ આડછેદ ના સ્ટીલના તારમાં કેટલું બળ લગાવવું પડે$?$ [$Y_{steel} = 2.2 \times {10^{11}}\,N/{m^2}]$]
સમાન દ્રવ્યના બનેલા ચાર તારોમાં સમાન બળ લગાડતાં લંબાઇમાં થતો વધારો મહત્તમ કયાં તારમાં હશે?
નીચેની ખાલી જગ્યા પૂરો :
$(a)$ દ્રઢ પદાર્થનો યંગ મોડ્યુલસ ...... હોય છે.
$(b)$ એક તાર પર $10^8\,Nm^{-2}$ જેટલું પ્રતિબળ મળતાં તેની લંબાઈ મૂળ લંબાઈ કરતાં $10^{-6}$ ગણી હોય, તો તેનો યંગ મોડ્યુલસ ....
$(c)$ સ્ટીલ માટે પોઇસન ગુણોત્તરનું મૂલ્ય ... છે.
$1\,c{m^2}$ આડછેદનું ક્ષેત્રફળ ધરાવતા તારને ખેંચીને તેની લંબાઈ પહેલાની લંબાઈ કરતાં $1.1$ ગણી કરવા માટે કેટલું બળ લગાવવું પડે? $(Y = 2 \times {10^{11}}\,N{m^{ - 2}})$