$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.
સ્ટીલના $(Y = 2.0 \times {10^{11}}N/{m^2})$ તારના આડછેડનું ક્ષેત્રફળ $0.1\;c{m^2}$ છે તેની લંબાઈ બમણી કરવા માટે તેના પર કેટલું બળ લગાવવું પડે$?$
એક છડેથી જડિત કરેલા સ્ટીલના તાર $A$ પર બળ લગાડવામાં આવે છે. પરિણામે તેની લંબાઈમાં $0.2\,mm$ નો વધારો ઉદભવે છે. તાર $A$ કરતા બમણી લંબાઈ અને $2.4$ ગણો વ્યાસ ધરાવતા બીજા સ્ટીલ તાર $B$ ને આટલું જ બળ લગાડવામાં આવે તો તાર $B$ ની લંબાઇમાં થતો વધારો $..........\times 10^{-2}\,mm$ થાય.(બંને તાર સમાન વર્તુળાકાર આડછેદ ધરાવે છે.)
એક સ્ટીલના સળિયાની લંબાઈ $1\,m$ અને આડછેદનું ક્ષેત્રફળ $1\,cm^2$ છે. આ તારને $0\,^oC$ થી $200\,^oC$ સુધી ગરમ કરવા દેવામાં આવે પણ સળિયાની લંબાઈમાં વધારો થતો નથી કે સળિયો વાંકો વળતો નથી, તો સળિયામાં ઉદ્ભવતું તણાવ શોધો. $(Y = 2.0 \times 10^{11}\,Nm^{-2}$, $\alpha = 10^{-5} C^{-1}$ છે.$)$
નીચેના બધા તાર પર સમાન બળ લગાવવામાં આવે તો લંબાઈમાં મહત્તમ વધારો શેમાં થાય ?
$5\, m$ લંબાઈ અને $3\, mm$ વ્યાસ ધરાવતા એલ્યુમિનિયમના ($Y = 7 \times {10^{10}}N/{m^2})$ તાર પર $40\, kg$ નું વજન લટકાવેલું છે .સમાન લંબાઈ ધરાવતા કોપરના $(Y = 12 \times {10^{10}}N/{m^2})$ તાર પર એલ્યુમિનિયમના તાર જેટલું જ બળ લગાવતા એલ્યુમિનિયમ જેટલો જ લંબાઈમાં વધારો કરવા માટે કોપરના તારનો વ્યાસ કેટલો હોવો જોઈએ $?$