$1.0\, m$ 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 ?

Vedclass pdf generator app on play store
Vedclass iOS app on app store

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 $0.0106 m$

890-s24

Similar Questions

$1 \,cm ^{2}$ 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.)

  • [JEE MAIN 2022]

$0.5\, mm$ 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? $(Y = 2 \times {10^{11}}\,N{m^{ - 2}})$