$1.05\, m$ लंबाई तथा नगण्य द्रव्यमान की एक छड़ को बराबर लंबाई के दो तारों, एक इस्पात का (तार $A$ ) तथा दूसरा ऐलुमिनियम का तार (तार $B$) द्वारा सिरों से लटका दिया गया है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। $A$ तथा $B$ के तारों के अनुप्रस्थ परिच्छेद के क्षेत्रफल क्रमशः $1.0\, mm ^{2}$ और $2.0\, mm ^{2}$ हैं। छड़ के किसी बिंदु से एक द्रव्यमान $m$ को लटका दिया जाए ताकि इस्पात तथा ऐलुमिनियम के तारों में $(a)$ समान प्रतिबल तथा $(b)$ समान विकृति उत्पन्न हो।
(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.
$3$ मिलीमीटर व्यास का $5$ मीटर लम्बा ऐल्यूमीनियम तार $(Y = 7 \times {10^{10}}N{m^{ - 2}})$ $40$ किलोग्राम द्रव्यमान को लटकाये हुये है। समान लम्बाई के तांबे के तार $(Y = 12 \times {10^{10}}N{m^{ - 2}})$ में समान भार से वही लम्बाई वृद्धि प्राप्त करने के लिए, इसका व्यास (मिलीमीटर में) होना चाहिए
चार समरूप छड़ों को समान बल से खींचा जाता है। लम्बाई में अधिकतम वृद्धि किसमें होगी
ऐलुमिनियम के किसी घन के किनारे $10 \,cm$ लंबे हैं। इसकी एक फलक किसी ऊर्ध्वाधर दीवार से कसकर जड़ी हुई है। इस घन के सम्मुख फलक से $100\, kg$ का एक द्रव्यमान जोड़ दिया गया है। एलुमिनियम का अपरूपण गुणांक $25\, GPa$ है। इस फलक का ऊर्ध्वाधर विस्थापन कितना होगा ?
एक ही पदार्थ के दो तारों की लम्बाइयों का अनुपात 1 : 2 है तथा उनकी त्रिज्याओं का अनुपात $1:\sqrt 2 $ है। यदि उन्हें समान बल लगाकर खींचा जाये तो उनकी लम्बाइयों में वृद्धि का अनुपात होगा
एक $100 N$ भार वाले गुटके को ताँबे और स्टील के तारों, जिनका अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल (cross sectional area) एकसमान तथा $0.5 cm ^2$ है और लम्बाई क्रमश : $\sqrt{3} m$ तथा $1 m$ है, द्वारा लटकाया जाता है। तारों के दूसरे छोर छत पर चित्रानुसार जुड़े हुए है। तांबे और स्टील के तार क्रमशः छत से $30^{\circ}$ और $60^{\circ}$ का कोण काते है। यदि तांबे के तार में लम्बाई वृद्धि $\left(\Delta \ell_{ c }\right)$ तथा स्टील के तार में लम्बई वृद्धि $\left(\Delta \ell_{ s }\right)$ है तब $\frac{\Delta \ell_{ C }}{\Delta \ell_{ S }}=\ldots$ है। [तांबे और स्टील का यंग गुणांक (Young's modulus) क्रमश: $1 \times 10^{11} N / m ^2$ तथा $2 \times 10^{11} N / m ^2$ है]