1. Electric Charges and Fields
hard

सरकंडे ( पिथ) की दो बॉलों (गोलियों) पर समान (बराबर) आवेश है। इन्हें समान लम्बाई की डोरियों (धागे) से एक बिन्दु से लटकाया गया है। संतुलन की अवस्था में इनके बीच की दूसरी $r$ है। दोनों डोरियों को उनकी आधी लम्बाई पर कस कर बाँध दिया जाता है। अब संतुलन की स्थिति में दोनों बॉलों के बीच की दूरी होगा: $V$

A

$\left( {\frac{r}{{\sqrt[3]{2}}}} \right)$

B

$\left( {\frac{{2r}}{{\sqrt 3 }}} \right)$

C

$\left( {\frac{{2r}}{3}} \right)$

D

${\left( {\frac{1}{{\sqrt 2 }}} \right)^2}$

(AIPMT-2013)

Solution

Let $m$ be mass of each ball and $q$ be charge on each ball. Force of repulsion

$F=\frac{1}{4 \pi \varepsilon_{0}} \frac{q^{2}}{r^{2}}$

In equilibrium

$T \cos \theta=m g$    $…(i)$

$T \sin \theta=F$     $…(ii)$

Divide $(ii)$ by $(i),$ we get,

$\tan \theta=\frac{F}{m g}=\frac{\frac{1}{4 \pi \varepsilon_{0}} \frac{q}{r^{2}}}{m g}$

From figure $(a),$

$\frac{r / 2}{y}=\frac{\frac{1}{4 \pi \varepsilon_{0}} \frac{q}{r^{2}}}{m g}$    $….(iii)$

$\tan \theta^{\prime}=\frac{\frac{1}{4 \pi \varepsilon_{0}} \frac{q^{2}}{r^{\prime 2}}}{m g}$

From figure $(b)$

$\frac{r^{\prime} / 2}{y / 2}=\frac{\frac{1}{4 \pi \varepsilon_{0}} \frac{q^{2}}{r^{\prime 2}}}{m g} \ldots(\mathrm{iv})$

Divide $(iv)$ by $(iii),$ we get

$\frac{2 r^{\prime}}{r}=\frac{r^{2}}{r^{\prime 2}} \Rightarrow r^{\prime 3}=\frac{r^{3}}{2}$

$\Rightarrow r^{\prime}=\frac{r}{\sqrt[3]{2}}$

Standard 12
Physics

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