$1.05\, m $ લંબાઈ અને અવગણ્ય દળ ધરાવતાં એક સળિયાને આકૃતિમાં દર્શાવ્યા મુજબ બે તાર વડે બંને છેડેથી લટકાવેલ છે. તાર $A $ સ્ટીલ અને તાર $B$ ઍલ્યુમિનિયમનો છે. તાર $A$ અને તાર $B$ ના આડછેદનું ક્ષેત્રફળ અનુક્રમે $1.0\, mm$ અને $2.0\, mm$ છે. સળિયા પર કયા બિંદુએ $m $ દળ લટકાવવામાં આવે કે જેથી સ્ટીલ અને ઍલ્યુમિનિયમના બંને તારમાં $(a)$ સમાન પ્રતિબળ $(b)$ સમાન વિકૃતિ ઉદ્ભવે ?
(a) $0.7 m$ from the steel-wire end $0.432 m$ from the steel-wire end
Cross-sectional area of wire $A , a_{1}=1.0 mm ^{2}=1.0 \times 10^{-6} m ^{2}$
Cross-sectional area of wire $B , a_{2}=2.0 mm ^{2}=2.0 \times 10^{-6} m ^{2}$
Young's modulus for steel, $Y_{1}=2 \times 10^{11} Nm ^{-2}$
Young's modulus for aluminium, $Y_{2}=7.0 \times 10^{10} Nm ^{-2}$
Let a small mass $m$ be suspended to the rod at a distance $y$ from the end where wire $A$ is attached. Stress in the wire $=\frac{\text { Force }}{\text { Area }}=\frac{F}{a}$
If the two wires have equal stresses, then:
$\frac{F_{1}}{a_{1}}=\frac{F_{2}}{a_{2}}$
$F_{1}=$ Force exerted on the steel wire
$F_{2}=$ Force exerted on the aluminum wire
$\frac{F_{1}}{F_{2}}=\frac{a_{1}}{a_{2}}=\frac{1}{2}$
The situation is shown in the following figure.
Taking torque about the point of suspension, we have:
$F_{1} y=F_{2}(1.05-y)$
$\frac{F_{1}}{F_{2}}=\frac{(1.05-y)}{y}$
$\frac{(1.05-y)}{y}=\frac{1}{2}$
$2(1.05-y)=y$
$2.1-2 y=y$
$3 y=2.1$
$\therefore y=0.7 m$
In order to produce an equal stress in the two wires, the mass should be suspended at a distance of $0.7 \;m$ from the end where wire $A$ is attached.
Young's modulus $=\frac{\text { Stress }}{\text { Strain }}$
Strain $=\frac{\text { Stress }}{\text { Young's modulus }}=\frac{\frac{F}{a}}{Y}$
If the strain in the two wires is equal, then:
$\frac{\frac{F_1}{a_{1}}}{Y_{1}}=\frac{\frac{F_2}{a_{2}}}{Y_{2}}$
$\frac{F_{1}}{F_{2}}=\frac{a_{1}}{a_{2}} \frac{Y_{1}}{Y_{2}}=\frac{1}{2} \times \frac{2 \times 10^{11}}{7 \times 10^{10}}=\frac{10}{7}$
Taking torque about the point where mass $m$, is suspended at a distance $y_{1}$ from the side where wire A attached, we get:
$F_{1} y_{1}=F_{2}\left(1.05-y_{1}\right)$
$\frac{F_{1}}{F_{2}}=\frac{\left(1.05-y_{1}\right)}{y_{1}}$
$\frac{\left(1.05-y_{1}\right)}{y_{1}}=\frac{10}{7}$
$7\left(1.05-y_{1}\right)=10 y_{1}$
$17 y_{1}=7.35$
$\therefore y_{1}=0.432 m$
In order to produce an equal strain in the two wires, the mass should be suspended at a distance of $0.432 m$ from the end where wire $A$ is attached.
એક હાથીના દાંતમાંથી બનાવેલ બોલ અને બીજો ભીની માટીમાંથી બનાવેલ બોલ સમાન પરિમાણના છે. તેમને સરખી ઊંચાઈએથી સપાટી પર પડવા દેવામાં આવે છે, તો તેમાં કયો બોલ સપાટી પર અથડાયા બાદ વધારે ઊંચે જશે ? શાથી ?
$A$ આડછેદ ધરાવતા સળીયાની લંબાઈ $L$ છે અને વજન $W$ છે. તેને આડા ટેકા વડે જોડવામા આવેલ છે. જો તારનો યંગ મોડ્યુલસ $Y$ હોય તો તેમાં ઉદભવતુ વિસ્તરણ
$9.1\,m$ લાંબા અને $5\,mm$ ની ત્રિજ્યાવાળા સ્ટીલના તારથી એક કારને લાંબા ખાડામાંથી બહાર ખેંચવા એક ટ્રકનો ઉપયોગ કર્યો છે. જ્યારે ટ્રકને ગતિ કરાવવામાં આવે છે, ત્યારે તારમાં $800\,N$ નું તણાવ છે, તો તારમાં કેટલો વધારો થશે ? સ્ટીલ માટે યંગ મોડ્યુલસ $= 2 \times 10^{11}\,Nm^{-2}$.
બે સમાન દ્રવ્યમાથી બનાવેલા તાર જેની લંબાઈ અને ત્રિજ્યાનો ગુણોત્તર અનુક્રમે $1:2$ અને $1:\sqrt 2 $ છે. જો તેમના પર સમાન બળ લગાવવામાં આવે તો તેમની લંબાઈમાં થતાં વધારાનો ગુણોત્તર _____
$1.1\;m$ લંબાઈ અને $1$ $mm^2$ આડછેદનું ક્ષેત્રફળ ધરાવતા કોપરના તાર પર $1$ $kg$ નું દળ લગાવેલું છે. જો કોપરનો યંગ મોડ્યુલસ $1.1 \times {10^{11}}\,N/{m^2}$, હોય તો લંબાઈમાં થતો વધારો ........ $mm$ હોય. ( $g = 10\,m/{s^2})$