$1.0\, m$ 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 $0.0106 m$
$Y$ યંગ મોડયુલસ ધરાવતા એક પાટિયાને એક લિસી સમક્ષિતિજ સપાટી પર $F$ બળથી ખેચવામાં આવે છે. પાટિયાના આડછેડનું ક્ષેત્રફળ $A$ છે. તો પાટિયા પર બળની દિશામાં લાગતી પ્રતાન વિકૃતિ કેટલી થાય ?
રબરનો યંગ મોડ્યુલસ ${10^4}\,N/{m^2}$ અને આડછેદનું ક્ષેત્રફળ $2\,c{m^2}$ છે.જો તેની લંબાઇની દિશામાં $2 \times {10^5}$ dynes બળ લગાવવામાં આવે તો તેની લંબાઈ કેટલી થાય ?
$1\,m$ લંબાઈ અને $10^{-4}\,m ^2$ આડછેદનું ક્ષેત્રફળ ધરાવતા એક સ્ટીલના સળિયાને લાંબો થયા કે વાળ્યા સિવાય $0^{\circ}\,C$ થી $200^{\circ}\,C$ સુધી ગરમ કરવામાં આવે છે. સળિયામાં ઉત્પન્ન થતું સંકોચન તણાવ $........\times 10^4\,N$ હશે.
(સ્ટીલનો યંગ ગુણાંક $=2 \times 10^{11}\,Nm ^{-2}$, રેખીય પ્રસરણાંક $=10^{-5}\, K ^{-1}$ આપેલા છે.)
$5\, m$ લંબાઈ અને $3\, mm$ વ્યાસ ધરાવતા એલ્યુમિનિયમના ($Y = 7 \times {10^{10}}N/{m^2})$ તાર પર $40\, kg$ નું વજન લટકાવેલું છે .સમાન લંબાઈ ધરાવતા કોપરના $(Y = 12 \times {10^{10}}N/{m^2})$ તાર પર એલ્યુમિનિયમના તાર જેટલું જ બળ લગાવતા એલ્યુમિનિયમ જેટલો જ લંબાઈમાં વધારો કરવા માટે કોપરના તારનો વ્યાસ કેટલો હોવો જોઈએ $?$
એક લોખંડના સળિયાની ત્રિજ્યા $20\,mm$ અને લંબાઈ $2.0\,m$ છે.$62.8\,kN$ નું બળ તેમની લંબાઈને સાપેક્ષે ખેંચે છે. લોખંડનો યંગ અચળાંક $2.0 \times 10^{11}\,N / m ^2$ છે. તારમાં ઉત્પન્ન થતી પ્રતાન વિકૃતિ ........ $\times 10^{-5}$ છે.