Gujarati
1. Electric Charges and Fields
normal

चार एकसमान लोलकों को $100 gm$ द्रव्यमान के गेंद को $20 \,cm$ के धागे से बाँधकर बनाया गया है |इन चारों लोलकों को एक ही बिन्दु से लटकाया जाता है | प्रत्येक गेंद को $Q$ आवेश दिया जाता है जिसके परिणामस्वरुप सारी गेंदे एक दूसरे से दूर हो जाती हैं | प्रत्येक धागा उर्ध्वाधर से $45^{\circ}$ का कोण बनाता है $\mid Q$ का मान लगभग ................. $\mu C$ होगा? $(\frac{1}{4 \pi \varepsilon_0}=9 \times 10^4 \,Sl$ इकाई में )

A

$1$

B

$1.5$

C

$2$

D

$2.5$

(KVPY-2017)

Solution

(b)

Electrostatic force on any of the ball is (let $x=$ separation between two adjacent balls).

$F_e=\frac{k q^2}{(\sqrt{2} x)^2}+\frac{2 k q}{x^2} \cdot \cos 45^{\circ}$

$=\frac{k q^2}{2 x^2}+\sqrt{2}=\frac{k q}{x^2}$

$=\left(\frac{1}{2}+\sqrt{2}\right) \frac{k q^2}{x^2} \approx \frac{2 k q^2}{x^2}$

As each ball is at an angle of $45^{\circ}$ from each other, so in equilibrium, we have

$\tan 45^{\circ} =\frac{F_e}{m g}$

$\Rightarrow m g =F_e$

$\Rightarrow m g =\frac{2 k q^2}{x^2}$

$\Rightarrow m g x^2 =2 k q^2$

$\text { where, } x=l \sin \theta =\frac{l}{\sqrt{2}}$

So, substituting values, we get

$\Rightarrow 100 \times 10^{-3} \times 10 \times\left(\frac{20 \times 10^{-2}}{\sqrt{2}}\right)^2$ $=2 \times 9 \times 10^9 \times q^2$

$\Rightarrow q^2=\frac{10^{-2}}{9 \times 10^9}$

$\Rightarrow q^2 > 10^{-12}$ (slightly higher than $10^{-12}$ )

$\Rightarrow 10^{-6} \,C$

So, nearest answer is $1.5\,\mu C .$

Standard 12
Physics

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