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नीचे दिए गए प्रश्नों के उत्तर दीजिए :
$(a)$ किसी कण की सरल आवर्त गति के आवर्तकाल का मान उस कण के द्रव्यमान तथा बल-स्थिरांक पर निर्भर करता है : $T=2 \pi \sqrt{\frac{m}{k}}$ । कोई सरल लोलक सन्निकट सरल आवर्त गति करता है । तब फिर किसी लोलक का आवर्तकाल लोलक के द्रव्यमान पर निर्भर क्यों नहीं करता ?
$(b)$ किसी सरल लोलक की गति छोटे कोण के सभी दोलनों के लिए सन्निक सरल आवर्त गति होती है । बड़े कोणों के दोलनों के लिए एक अधिक गूढ़ विश्लेषण यह दर्शाता है कि $T$ का मान $2 \pi \sqrt{\frac{l}{g}}$ से अधिक होता है । इस परिणाम को समझने के लिए किसी गुणात्मक कारण का चिंतन कीजिए |
$(c)$ कोई व्यक्ति कलाई घड़ी बाँधे किसी मीनार की चोटी से गिरता है । क्या मुक्त रूप से गिरते समय उसकी घड़ी यथार्थ समय बताती है ?
$(d)$ गुरुत्व बल के अंतर्गत मुक्त रूप से गिरते किसी केबिन में लगे सरल लोलक के दोलन की आवृत्ति क्या होती है ?
Solution
The time period of a simple pendulum, $T=2 \pi \sqrt{\frac{m}{k}}$
For a simple pendulum, $k$ is expressed in terms of mass $m,$ as:
$k{\propto} m$
$\frac{m}{k}=$ Constant
Hence, the time period $T$, of a simple pendulum is independent of the mass of the bob.
In the case of a simple pendulum, the restoring force acting on the bob of the pendulum is given as:
$F=-m g \sin \theta$
Where,
$F=$ Restoring force
$m=$ Mass of the bob
$g=$ Acceleration due to gravity
$\theta=$ Angle of displacement
For small $\theta, \sin \theta=\theta$
For large $\theta, \sin \theta$ is greater than $\theta$
This decreases the effective value of $g$.
Hence, the time period increases as:
$T=2 \pi \sqrt{\frac{l}{g}}$
Where, $l$ is the length of the simple pendulum
The time shown by the wristwatch of a man falling from the top of a tower is not affected by the fall. since a wristwatch does not work on the principle of a simple pendulum, it is not affected by the acceleration due to gravity during free fall. Its working depends on spring action.
When a simple pendulum mounted in a cabin falls freely under gravity, its acceleration is zero. Hence the frequency of oscillation of this simple pendulum is zero.