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Mix Examples-Motion in Plane Questions in Hindi

Class 11 Physics · 3-2.Motion in Plane · Mix Examples-Motion in Plane

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Showing 48 of 396 questions in Hindi

1
MediumMCQ
एक विमान पृथ्वी की सतह से स्थिर ऊँचाई पर $100\, km/hr$ की गति से पृथ्वी के चारों ओर चक्कर लगा रहा है। आधा वृत्त तय करने पर इसके वेग में परिवर्तन ......... $km/hr$ है।
A
$200$
B
$150$
C
$100 \sqrt{2}$
D
$0$

Solution

(A) विमान का वेग एक सदिश राशि है। मान लीजिए प्रारंभिक वेग $\vec{v}_i = v\hat{i}$ है।
आधा वृत्त तय करने के बाद,वेग की दिशा उलट जाती है,इसलिए अंतिम वेग $\vec{v}_f = -v\hat{i}$ हो जाता है।
वेग में परिवर्तन $\Delta \vec{v} = \vec{v}_f - \vec{v}_i$ द्वारा दिया जाता है।
$\Delta \vec{v} = -v\hat{i} - v\hat{i} = -2v\hat{i}$।
वेग में परिवर्तन का परिमाण $|\Delta \vec{v}| = 2v$ है।
यहाँ $v = 100\, km/hr$ दिया गया है,इसलिए वेग में परिवर्तन $2 \times 100 = 200\, km/hr$ होगा।
2
DifficultMCQ
$10\, ms^{-1}$ की गति से पूर्व दिशा में जा रहा एक स्कूटर $90^\circ$ के कोण पर दाईं ओर मुड़ता है। यदि मोड़ लेते समय स्कूटर की गति अपरिवर्तित रहती है,तो स्कूटर के वेग में परिवर्तन है
A
$20.0\, ms^{-1}$ दक्षिण-पूर्व दिशा में
B
शून्य
C
$10.0\, ms^{-1}$ दक्षिण दिशा में
D
$14.14\, ms^{-1}$ दक्षिण-पश्चिम दिशा में

Solution

(D) प्रारंभिक वेग $\vec{v_1} = 10\hat{i}\, ms^{-1}$ (पूर्व)।
अंतिम वेग $\vec{v_2} = 10(-\hat{j}) = -10\hat{j}\, ms^{-1}$ (दक्षिण)।
वेग में परिवर्तन $\Delta \vec{v} = \vec{v_2} - \vec{v_1}$ द्वारा दिया जाता है।
$\Delta \vec{v} = -10\hat{j} - 10\hat{i} = -(10\hat{i} + 10\hat{j})$।
वेग में परिवर्तन का परिमाण $|\Delta \vec{v}| = \sqrt{(-10)^2 + (-10)^2} = \sqrt{100 + 100} = \sqrt{200} = 10\sqrt{2} \approx 14.14\, ms^{-1}$ है।
दिशा दक्षिण-पश्चिम है क्योंकि दोनों घटक ऋणात्मक हैं।
वैकल्पिक रूप से,जब गति $v$ स्थिर हो और कोण $\theta$ हो,तो वेग में परिवर्तन का सूत्र: $|\Delta \vec{v}| = 2v \sin(\theta/2) = 2 \times 10 \times \sin(90^\circ/2) = 20 \times \sin(45^\circ) = 20 \times (1/\sqrt{2}) = 10\sqrt{2} \approx 14.14\, ms^{-1}$ दक्षिण-पश्चिम दिशा में।
Solution diagram
3
MediumMCQ
यदि $\vec \omega = 3\hat i - 4\hat j + \hat k$ और $\vec r = 5\hat i - 6\hat j + 6\hat k$ है,तो रैखिक वेग का मान क्या है?
A
$6\hat i - 2\hat j + 3\hat k$
B
$6\hat i - 2\hat j + 8\hat k$
C
$4\hat i - 13\hat j + 6\hat k$
D
$-18\hat i - 13\hat j + 2\hat k$

Solution

(D) रैखिक वेग $\vec v$,कोणीय वेग $\vec \omega$ और स्थिति सदिश $\vec r$ के बीच का संबंध क्रॉस प्रोडक्ट द्वारा दिया जाता है: $\vec v = \vec \omega \times \vec r$।
इसकी गणना करने के लिए,हम सारणिक (determinant) रूप का उपयोग करते हैं:
$\vec v = \begin{vmatrix} \hat i & \hat j & \hat k \\ 3 & -4 & 1 \\ 5 & -6 & 6 \end{vmatrix}$
सारणिक का विस्तार करने पर:
$\vec v = \hat i((-4)(6) - (1)(-6)) - \hat j((3)(6) - (1)(5)) + \hat k((3)(-6) - (-4)(5))$
$\vec v = \hat i(-24 + 6) - \hat j(18 - 5) + \hat k(-18 + 20)$
$\vec v = -18\hat i - 13\hat j + 2\hat k$.
4
MediumMCQ
एक कण $5\, m/s$ के वेग से पूर्व की ओर गति करता है। $10\, s$ के बाद,इसकी दिशा समान वेग के साथ उत्तर की ओर बदल जाती है। कण का औसत त्वरण है
A
शून्य
B
$\frac{1}{\sqrt{2}}\,m/s^2$ उत्तर-पश्चिम दिशा में
C
$\frac{1}{\sqrt{2}}\,m/s^2$ उत्तर-पूर्व दिशा में
D
$\frac{1}{\sqrt{2}}\,m/s^2$ दक्षिण-पश्चिम दिशा में

Solution

(B) प्रारंभिक वेग $\vec{v}_i = 5\hat{i}\,m/s$.
अंतिम वेग $\vec{v}_f = 5\hat{j}\,m/s$.
वेग में परिवर्तन $\Delta \vec{v} = \vec{v}_f - \vec{v}_i = 5\hat{j} - 5\hat{i}$.
वेग में परिवर्तन का परिमाण $|\Delta \vec{v}| = \sqrt{(-5)^2 + 5^2} = \sqrt{25 + 25} = \sqrt{50} = 5\sqrt{2}\,m/s$.
$\Delta \vec{v}$ की दिशा उत्तर-पश्चिम है (क्योंकि यह $-\hat{i} + \hat{j}$ की दिशा में है)।
औसत त्वरण $\vec{a}_{avg} = \frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t} = \frac{5\sqrt{2}}{10} = \frac{\sqrt{2}}{2} = \frac{1}{\sqrt{2}}\,m/s^2$.
अतः,औसत त्वरण उत्तर-पश्चिम दिशा में $\frac{1}{\sqrt{2}}\,m/s^2$ है।
5
EasyMCQ
एक एथलीट $R$ त्रिज्या के वृत्ताकार ट्रैक का एक चक्कर $40 \, s$ में पूरा करता है। $2 \, min \, 20 \, s$ के अंत में उसका विस्थापन क्या होगा?
A
$0$
B
$2R$
C
$2\pi R$
D
$7\pi R$

Solution

(B) गति का कुल समय $2 \, min \, 20 \, s = 140 \, s$ है।
चूंकि वृत्ताकार गति का आवर्तकाल $40 \, s$ है,इसलिए $140 \, s$ में पूरे किए गए चक्करों की संख्या $n = \frac{140}{40} = 3.5$ चक्कर है।
$3$ पूर्ण चक्कर लगाने के बाद,एथलीट वापस शुरुआती बिंदु पर आ जाता है। शेष $0.5$ चक्कर के बाद,एथलीट वृत्ताकार ट्रैक के व्यासीय विपरीत बिंदु पर होगा।
विस्थापन प्रारंभिक और अंतिम स्थिति के बीच की न्यूनतम दूरी है,जो वृत्ताकार ट्रैक का व्यास है।
अतः,विस्थापन $2R$ होगा।
6
DifficultMCQ
दो लड़के एक मैदान के सिरों $A$ और $B$ पर खड़े हैं जहाँ $AB = a$ है। $B$ पर खड़ा लड़का $AB$ के लंबवत दिशा में $v_1$ वेग से दौड़ना शुरू करता है। $A$ पर खड़ा लड़का उसी समय $v$ वेग से दौड़ना शुरू करता है और दूसरे लड़के को $t$ समय में पकड़ लेता है,जहाँ $t$ है
A
$a/\sqrt{v^2 + v_1^2}$
B
$\sqrt{a^2 / (v^2 - v_1^2)}$
C
$a / (v - v_1)$
D
$a / (v + v_1)$

Solution

(B) मान लीजिए कि दोनों लड़के शुरुआत से $t$ समय बाद बिंदु $C$ पर मिलते हैं।
$t$ समय में,$B$ से दौड़ने वाला लड़का $BC = v_1 t$ दूरी तय करता है।
$A$ से दौड़ने वाला लड़का $AC = v t$ दूरी तय करता है।
चूंकि $B$ पर लड़का $AB$ के लंबवत दौड़ता है,$\triangle ABC$ एक समकोण त्रिभुज है जिसमें $\angle B = 90^{\circ}$ है।
पाइथागोरस प्रमेय का उपयोग करते हुए: $(AC)^2 = (AB)^2 + (BC)^2$.
मान रखने पर: $(vt)^2 = a^2 + (v_1 t)^2$.
$v^2 t^2 - v_1^2 t^2 = a^2$.
$t^2 (v^2 - v_1^2) = a^2$.
$t = \sqrt{\frac{a^2}{v^2 - v_1^2}}$.
Solution diagram
7
MediumMCQ
एक पिंड मूल बिंदु से विरामावस्था से $x$-अक्ष के अनुदिश $6\,m/s^2$ और $y$-अक्ष के अनुदिश $8\,m/s^2$ के त्वरण के साथ चलना शुरू करता है। $4\,s$ के बाद मूल बिंदु से इसकी दूरी ........$m$ होगी।
A
$56$
B
$64$
C
$80$
D
$128$

Solution

(C) दिया गया है: प्रारंभिक वेग $u_x = 0$,$u_y = 0$। त्वरण $a_x = 6\,m/s^2$,$a_y = 8\,m/s^2$,और समय $t = 4\,s$।
गति के समीकरण $S = ut + \frac{1}{2}at^2$ का उपयोग करने पर:
$x$-दिशा के लिए: $S_x = 0 + \frac{1}{2} \times 6 \times (4)^2 = 3 \times 16 = 48\,m$।
$y$-दिशा के लिए: $S_y = 0 + \frac{1}{2} \times 8 \times (4)^2 = 4 \times 16 = 64\,m$।
मूल बिंदु से दूरी $S = \sqrt{S_x^2 + S_y^2}$ द्वारा दी जाती है।
$S = \sqrt{48^2 + 64^2} = \sqrt{2304 + 4096} = \sqrt{6400} = 80\,m$।
8
EasyMCQ
किसी कण द्वारा अनुसरण किए जाने वाले पथ की प्रकृति क्या निर्धारित करती है?
A
चाल
B
वेग
C
त्वरण
D
इनमें से कोई नहीं

Solution

(D) किसी कण द्वारा अनुसरण किए जाने वाले पथ की प्रकृति वेग सदिश की दिशा और त्वरण सदिश की दिशा दोनों द्वारा निर्धारित की जाती है।
विशेष रूप से,यदि त्वरण हमेशा वेग के समानांतर या प्रति-समानांतर होता है,तो पथ एक सीधी रेखा होती है।
यदि त्वरण वेग के लंबवत है और परिमाण में स्थिर है,तो पथ एक वृत्त होता है।
यदि त्वरण स्थिर है और प्रारंभिक वेग के साथ किसी कोण पर है,तो पथ एक परवलय होता है।
चूंकि पथ वेग और त्वरण दोनों के बीच के संबंध पर निर्भर करता है,इसलिए कोई भी एकल विकल्प ($A$,$B$,या $C$) अकेले पथ निर्धारित करने के लिए पर्याप्त नहीं है। इसलिए,सही विकल्प $D$ है।
9
EasyMCQ
$m$ द्रव्यमान का एक पत्थर $l$ लंबाई की डोरी से बंधा है और $v$ की स्थिर गति से एक वृत्त में घूम रहा है। यदि डोरी को छोड़ दिया जाए,तो पत्थर किस दिशा में उड़ेगा?
A
त्रिज्यीय रूप से बाहर की ओर
B
त्रिज्यीय रूप से अंदर की ओर
C
स्पर्शरेखीय रूप से बाहर की ओर
D
$\frac{mv^2}{l}$ त्वरण के साथ

Solution

(C) जब किसी पत्थर को वृत्ताकार पथ में घुमाया जाता है,तो किसी भी बिंदु पर उसका वेग सदिश उस बिंदु पर वृत्त की स्पर्शरेखा की दिशा में होता है।
न्यूटन के गति के पहले नियम के अनुसार,गतिमान वस्तु तब तक सीधी रेखा में चलती रहेगी जब तक कि उस पर कोई बाहरी बल न लगे।
जब डोरी को छोड़ दिया जाता है,तो अभिकेंद्र बल (जो डोरी में तनाव द्वारा प्रदान किया जा रहा था) समाप्त हो जाता है।
परिणामस्वरूप,पत्थर अपने तात्कालिक वेग की दिशा में गति करना जारी रखता है,जो कि छोड़े जाने के बिंदु पर वृत्ताकार पथ की स्पर्शरेखा होती है।
10
EasyMCQ
समान द्रव्यमान वाले दो कण क्रमशः $r_1$ और $r_2$ त्रिज्या के वृत्ताकार पथों पर समान चाल से घूम रहे हैं। उनके अभिकेंद्र बलों का अनुपात क्या है?
A
$r_2 / r_1$
B
$\sqrt{r_2 / r_1}$
C
$(r_1 / r_2)^2$
D
$(r_2 / r_1)^2$

Solution

(A) अभिकेंद्र बल का सूत्र $F = \frac{mv^2}{r}$ होता है।
चूंकि दोनों कणों के लिए द्रव्यमान $m$ और चाल $v$ समान हैं,इसलिए अभिकेंद्र बल $F$ त्रिज्या $r$ के व्युत्क्रमानुपाती है,अर्थात $F \propto \frac{1}{r}$।
अतः,$r_1$ और $r_2$ त्रिज्याओं के लिए अभिकेंद्र बलों $F_1$ और $F_2$ का अनुपात होगा:
$\frac{F_1}{F_2} = \frac{1/r_1}{1/r_2} = \frac{r_2}{r_1}$।
इस प्रकार,सही विकल्प $A$ है।
11
EasyMCQ
एक कण एक वृत्त में स्थिर कोणीय वेग के साथ गति करता है। गति के दौरान,इसका:
A
ऊर्जा संरक्षित रहती है
B
संवेग संरक्षित रहता है
C
ऊर्जा और संवेग दोनों संरक्षित रहते हैं
D
उपरोक्त में से कोई भी संरक्षित नहीं रहता है

Solution

(A) समान वृत्तीय गति में,कण स्थिर कोणीय वेग $\omega$ के साथ गति करता है।
चूंकि चाल $v = r\omega$ स्थिर है,इसलिए गतिज ऊर्जा $K = \frac{1}{2}mv^2$ स्थिर रहती है,जिसका अर्थ है कि ऊर्जा संरक्षित है।
हालाँकि,संवेग $\vec{p} = m\vec{v}$ एक सदिश राशि है। वृत्तीय गति में,वेग सदिश $\vec{v}$ की दिशा हर बिंदु पर लगातार बदलती रहती है।
वेग की दिशा बदलने के कारण,संवेग सदिश $\vec{p}$ भी लगातार बदलता रहता है।
इसलिए,संवेग संरक्षित नहीं रहता है,जबकि ऊर्जा संरक्षित रहती है।
12
EasyMCQ
एक पिंड एक वृत्त के अनुदिश नियत चाल से घूम रहा है। यदि इसकी गति की दिशा उलट दी जाए लेकिन चाल समान रहे,तो निम्नलिखित में से कौन सा कथन सत्य है?
A
अभिकेंद्र बल के परिमाण में कोई परिवर्तन नहीं होगा।
B
अभिकेंद्र बल की दिशा उलट जाएगी।
C
अभिकेंद्र बल की दिशा में कोई परिवर्तन नहीं होगा।
D
$(a)$ और $(c)$ दोनों।

Solution

(D) अभिकेंद्र बल का सूत्र $F_c = \frac{mv^2}{r}$ है।
चूंकि चाल $v$ नियत रहती है,द्रव्यमान $m$ और वृत्ताकार पथ की त्रिज्या $r$ समान रहती है,इसलिए अभिकेंद्र बल का परिमाण अपरिवर्तित रहता है।
अभिकेंद्र बल हमेशा वृत्त के केंद्र की ओर निर्देशित होता है,चाहे पिंड दक्षिणावर्त (clockwise) घूमे या वामावर्त (counter-clockwise)।
इसलिए,गति की दिशा को उलटने से अभिकेंद्र बल के परिमाण या दिशा में कोई परिवर्तन नहीं होता है।
अतः,कथन $(a)$ और $(c)$ दोनों सही हैं।
13
EasyMCQ
जब कोई पिंड एक वृत्त के अनुदिश एकसमान चाल से गति करता है,
A
उस पर कोई कार्य नहीं किया जाता है
B
पिंड में कोई त्वरण उत्पन्न नहीं होता है
C
पिंड पर कोई बल कार्य नहीं करता है
D
इसका वेग नियत रहता है

Solution

(A) एकसमान वृत्तीय गति में,पिंड एक वृत्ताकार पथ पर एकसमान चाल से गति करता है।
चूंकि अभिकेंद्र बल $F$ हमेशा वृत्त के केंद्र की ओर कार्य करता है और विस्थापन $ds$ हमेशा वृत्त की स्पर्शरेखा के अनुदिश होता है,इसलिए बल और विस्थापन के बीच का कोण $\theta = 90^{\circ}$ होता है।
किया गया कार्य $W$ का मान $W = \int F \cdot ds = \int F \cos(90^{\circ}) ds = 0$ होता है।
अतः,अभिकेंद्र बल द्वारा पिंड पर कोई कार्य नहीं किया जाता है।
14
EasyMCQ
$10 \, kg$ और $5 \, kg$ द्रव्यमान के दो पिंड $R$ और $r$ त्रिज्या की संकेंद्रित कक्षाओं में इस प्रकार गति कर रहे हैं कि उनके आवर्तकाल समान हैं। तो उनके अभिकेंद्र त्वरण का अनुपात क्या है?
A
$R/r$
B
$r/R$
C
${R^2}/{r^2}$
D
${r^2}/{R^2}$

Solution

(A) $r$ त्रिज्या की वृत्ताकार कक्षा में $\omega$ कोणीय वेग से गति कर रहे पिंड का अभिकेंद्र त्वरण $a = \omega^2 r$ द्वारा दिया जाता है।
चूंकि कोणीय वेग $\omega$ और आवर्तकाल $T$ के बीच संबंध $\omega = \frac{2\pi}{T}$ है,इसलिए अभिकेंद्र त्वरण को $a = \left(\frac{2\pi}{T}\right)^2 r = \frac{4\pi^2 r}{T^2}$ के रूप में लिखा जा सकता है।
दोनों पिंडों के लिए,अभिकेंद्र त्वरण $a_R = \frac{4\pi^2 R}{T_R^2}$ और $a_r = \frac{4\pi^2 r}{T_r^2}$ हैं।
यह दिया गया है कि आवर्तकाल समान हैं,अर्थात $T_R = T_r = T$ है।
अतः,उनके अभिकेंद्र त्वरण का अनुपात $\frac{a_R}{a_r} = \frac{4\pi^2 R / T^2}{4\pi^2 r / T^2} = \frac{R}{r}$ होगा।
15
EasyMCQ
एक कार उत्तर दिशा में एकसमान वेग से यात्रा कर रही है। यह कीचड़ के एक टुकड़े के ऊपर से गुजरती है जो टायर से चिपक जाता है। जब कीचड़ के कण जमीन छोड़ते हैं,तो वे किस दिशा में फेंके जाते हैं?
A
ऊर्ध्वाधर ऊपर की ओर
B
ऊर्ध्वाधर अंदर की ओर
C
उत्तर की ओर
D
दक्षिण की ओर

Solution

(D) जब एक कार उत्तर दिशा में यात्रा करती है,तो पूर्व की ओर से देखने पर टायर घड़ी की दिशा में घूमते हैं।
जैसे ही टायर पर लगा कीचड़ का कण जमीन पर पहुँचता है,उसका तात्क्षणिक वेग क्षैतिज रूप से दक्षिण दिशा की ओर होता है।
जड़त्व के सिद्धांत के अनुसार,जब कीचड़ का कण टायर छोड़ता है,तो वह अपने तात्क्षणिक वेग की दिशा में गति करना जारी रखता है।
इसलिए,कीचड़ के कण दक्षिण दिशा की ओर फेंके जाते हैं।
16
EasyMCQ
$m$ द्रव्यमान का एक कण $r$ त्रिज्या के पथ पर एकसमान वृत्तीय गति कर रहा है। यदि $p$ इसके रैखिक संवेग का परिमाण है,तो कण पर कार्य करने वाला त्रिज्यीय बल है:
A
$pmr$
B
$\frac{rm}{p}$
C
$\frac{mp^2}{r}$
D
$\frac{p^2}{rm}$

Solution

(D) एकसमान वृत्तीय गति में कण पर कार्य करने वाला त्रिज्यीय बल (अभिकेंद्र बल) सूत्र $F = \frac{mv^2}{r}$ द्वारा दिया जाता है।
हम जानते हैं कि रैखिक संवेग $p$ को $p = mv$ के रूप में परिभाषित किया जाता है,जिसका अर्थ है $v = \frac{p}{m}$।
$v$ के इस व्यंजक को बल के समीकरण में प्रतिस्थापित करने पर:
$F = \frac{m}{r} \left( \frac{p}{m} \right)^2$
$F = \frac{m}{r} \cdot \frac{p^2}{m^2}$
$F = \frac{p^2}{mr}$।
अतः,सही विकल्प $D$ है।
17
EasyMCQ
एक पूर्ण चक्कर के दौरान एकसमान वृत्तीय गति करने वाले कण के लिए औसत त्वरण सदिश क्या होगा?
A
$\frac{v^2}{r}$ परिमाण का एक नियत सदिश
B
$\frac{v^2}{r}$ परिमाण का एक सदिश जो वृत्तीय गति के तल के लंबवत हो
C
गति की शुरुआत में तात्क्षणिक त्वरण सदिश के बराबर
D
एक शून्य सदिश

Solution

(D) एकसमान वृत्तीय गति में,वेग सदिश की दिशा लगातार बदलती रहती है,लेकिन इसका परिमाण स्थिर रहता है।
एक पूर्ण चक्कर के लिए,कण अपने प्रारंभिक स्थान पर उसी वेग सदिश के साथ वापस आ जाता है जो शुरुआत में था।
इसलिए,वेग में परिवर्तन $\Delta \vec{v} = \vec{v}_{final} - \vec{v}_{initial} = 0$ होता है।
औसत त्वरण को $\vec{a}_{avg} = \frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}$ के रूप में परिभाषित किया जाता है।
चूंकि $\Delta \vec{v} = 0$ है,इसलिए एक पूर्ण चक्कर पर औसत त्वरण एक शून्य सदिश है।
18
EasyMCQ
$2 \, kg$ द्रव्यमान की एक वस्तु को एक डोरी की सहायता से क्षैतिज वृत्त में $5$ चक्कर प्रति मिनट की गति से घुमाया जा रहा है। त्रिज्या को स्थिर रखते हुए डोरी में तनाव को दोगुना कर दिया जाता है। नई गति लगभग ....... $rpm$ होगी।
A
$14$
B
$10$
C
$2.25$
D
$7$

Solution

(D) $m$ द्रव्यमान की वस्तु को $r$ त्रिज्या के वृत्त में $n$ आवृत्ति (चक्कर प्रति सेकंड) से घुमाने के लिए आवश्यक अभिकेंद्र बल,जो डोरी में तनाव $T$ के रूप में कार्य करता है,$T = m \omega^2 r = m(2\pi n)^2 r = 4\pi^2 n^2 mr$ द्वारा दिया जाता है।
चूंकि $m$ और $r$ स्थिर हैं,इसलिए $T \propto n^2$ होगा।
प्रारंभिक आवृत्ति $n_1 = 5 \, rpm$ और अंतिम तनाव $T_2 = 2T_1$ दिया गया है,अतः अनुपात लेने पर:
$\frac{n_2}{n_1} = \sqrt{\frac{T_2}{T_1}} = \sqrt{\frac{2T_1}{T_1}} = \sqrt{2}$ प्राप्त होता है।
इसलिए,$n_2 = n_1 \times \sqrt{2} = 5 \times 1.414 = 7.07 \, rpm$।
निकटतम पूर्णांक में,नई गति लगभग $7 \, rpm$ है।
19
MediumMCQ
घड़ी की सेकंड वाली सुई की लंबाई $6\,cm$ है। इसके अंतिम बिंदु की चाल और दो लंबवत स्थितियों पर वेगों के अंतर का परिमाण क्या होगा?
A
$6.28$ और $0\,mm/s$
B
$8.88$ और $4.44\,mm/s$
C
$8.88$ और $6.28\,mm/s$
D
$6.28$ और $8.88\,mm/s$

Solution

(D) सेकंड वाली सुई की लंबाई $r = 6\,cm = 60\,mm$ है। सेकंड वाली सुई का आवर्तकाल $T = 60\,s$ है।
अंतिम बिंदु की चाल $v = r\omega = \frac{r \times 2\pi}{T} = \frac{60\,mm \times 2\pi}{60\,s} = 2\pi\,mm/s \approx 6.28\,mm/s$ है।
दो लंबवत स्थितियों पर,वेग सदिश $\vec{v_1}$ और $\vec{v_2}$ एक-दूसरे के लंबवत होते हैं,जहाँ $|\vec{v_1}| = |\vec{v_2}| = v = 6.28\,mm/s$ है।
वेगों के अंतर का परिमाण $|\Delta\vec{v}| = |\vec{v_2} - \vec{v_1}| = \sqrt{v_1^2 + v_2^2 - 2v_1v_2\cos(90^\circ)} = \sqrt{v^2 + v^2} = v\sqrt{2}$ होगा।
अतः,$|\Delta\vec{v}| = 6.28 \times 1.414 \approx 8.88\,mm/s$ प्राप्त होता है।
20
EasyMCQ
एक कण $1 \, m$ त्रिज्या वाले वृत्त के चारों ओर एक बार घूमता है। इसमें लगा समय $10 \, s$ है। गति का औसत वेग क्या है?
A
$0.2 \pi \, m/s$
B
$2 \pi \, m/s$
C
$2 \, m/s$
D
$0$

Solution

(D) औसत वेग को कुल विस्थापन और कुल समय के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है।
$\text{औसत वेग} = \frac{\text{कुल विस्थापन}}{\text{कुल समय}}$
चूंकि कण वृत्त के चारों ओर एक पूर्ण चक्कर लगाता है,इसलिए वह अपने प्रारंभिक बिंदु पर वापस आ जाता है।
अतः,कुल विस्थापन $0 \, m$ है।
$\text{औसत वेग} = \frac{0 \, m}{10 \, s} = 0 \, m/s$.
इसलिए,सही विकल्प $D$ है।
21
MediumMCQ
एक एथलीट $10 \, m$ त्रिज्या वाले वृत्ताकार ट्रैक का एक चक्कर $40 \, sec$ में पूरा करता है। $2 \, min \ 20 \, sec$ में उसके द्वारा तय की गई दूरी ........ $m$ है।
A
$70$
B
$140$
C
$110$
D
$220$

Solution

(D) दिया गया है: त्रिज्या $R = 10 \, m$, आवर्तकाल $T = 40 \, sec$.
कुल समय $t = 2 \, min \ 20 \, sec = (2 \times 60) + 20 = 140 \, sec$.
चक्करों की संख्या $n = \frac{t}{T} = \frac{140}{40} = 3.5 \, \text{चक्कर}$.
तय की गई दूरी कुल पथ की लंबाई है, जो $n \times (2\pi R)$ होती है।
दूरी $= 3.5 \times 2 \times \pi \times 10 = 7 \times \pi \times 10 = 70\pi \approx 70 \times 3.1428 = 220 \, m$.
22
EasyMCQ
एक वस्तु $100 \, m$ त्रिज्या के वृत्त में $31.4 \, m/s$ की स्थिर चाल से गति कर रही है। एक पूर्ण चक्कर के लिए इसकी औसत चाल क्या है?
A
$0$
B
$31.4$
C
$3.14$
D
$\sqrt{2} \times 31.4$

Solution

(B) औसत चाल को कुल तय की गई दूरी और कुल समय के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है।
एक पूर्ण चक्कर के लिए,तय की गई दूरी वृत्त की परिधि है,$d = 2 \pi r$।
एक चक्कर के लिए लिया गया समय $T = \frac{2 \pi r}{v}$ है।
इसलिए,औसत चाल $v_{avg} = \frac{\text{कुल दूरी}}{\text{कुल समय}} = \frac{2 \pi r}{T} = \frac{2 \pi r}{(2 \pi r / v)} = v$ है।
चूंकि वस्तु $31.4 \, m/s$ की स्थिर चाल से गति कर रही है,इसलिए एक पूर्ण चक्कर के लिए औसत चाल भी $31.4 \, m/s$ होगी।
23
MediumMCQ
$1\, kg$ द्रव्यमान की एक वस्तु को एक डोरी के एक सिरे से बांधकर $0.1\, m$ त्रिज्या के क्षैतिज वृत्त में $3$ चक्कर प्रति सेकंड की गति से घुमाया जाता है। गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव को नगण्य मानते हुए,रेखीय वेग,त्वरण और डोरी में तनाव क्या होगा?
A
$1.88\, m/s, 35.5\, m/s^2, 35.5\, N$
B
$2.88\, m/s, 45.5\, m/s^2, 45.5\, N$
C
$3.88\, m/s, 55.5\, m/s^2, 55.5\, N$
D
इनमें से कोई नहीं

Solution

(A) दिया गया है: द्रव्यमान $m = 1\, kg$,त्रिज्या $r = 0.1\, m$,आवृत्ति $n = 3\, rev/s$.
कोणीय वेग $\omega = 2\pi n = 2 \times 3.14 \times 3 = 18.84\, rad/s$.
रेखीय वेग $v = \omega r = 18.84 \times 0.1 = 1.88\, m/s$.
अभिकेंद्र त्वरण $a = \omega^2 r = (18.84)^2 \times 0.1 = 354.94 \times 0.1 \approx 35.5\, m/s^2$.
डोरी में तनाव $T = m a = 1 \times 35.5 = 35.5\, N$.
24
EasyMCQ
एक नियत चाल से क्षैतिज दिशा में गति कर रहे हवाई जहाज से एक बम गिराया जाता है। जब वायु प्रतिरोध को ध्यान में रखा जाता है,तो बम
A
हवाई जहाज के ठीक नीचे पृथ्वी पर गिरता है
B
हवाई जहाज के पीछे पृथ्वी पर गिरता है
C
हवाई जहाज के आगे पृथ्वी पर गिरता है
D
हवाई जहाज के साथ उड़ता है

Solution

(B) जब क्षैतिज रूप से गति कर रहे हवाई जहाज से एक बम गिराया जाता है,तो गिराते समय उसका क्षैतिज वेग हवाई जहाज के वेग के समान होता है।
वायु प्रतिरोध की अनुपस्थिति में,क्षैतिज वेग नियत रहता है और बम हवाई जहाज के ठीक नीचे रहता है।
हालाँकि,जब वायु प्रतिरोध पर विचार किया जाता है,तो यह क्षैतिज दिशा में एक मंदक बल के रूप में कार्य करता है।
यह बल बम के क्षैतिज वेग को समय के साथ कम कर देता है।
चूंकि हवाई जहाज नियत क्षैतिज चाल से गति करना जारी रखता है,इसलिए बम हवाई जहाज से पीछे छूट जाएगा और अंततः हवाई जहाज के पीछे पृथ्वी पर गिरेगा।
25
MediumMCQ
एक व्यक्ति जिस अधिकतम ऊँचाई तक पत्थर फेंक सकता है,वह $h$ है। वह अधिकतम दूरी जिस तक वह इसे फेंक सकता है,होगी:
A
$h/2$
B
$h$
C
$2h$
D
$3h$

Solution

(C) अधिकतम ऊँचाई के लिए,प्रक्षेपण कोण $\theta = 90^\circ$ है।
अधिकतम ऊँचाई $H_{\max} = \frac{u^2 \sin^2(90^\circ)}{2g} = \frac{u^2}{2g} = h$ द्वारा दी जाती है।
अतः,$u^2 = 2gh$ है।
अधिकतम क्षैतिज दूरी (परास) के लिए,प्रक्षेपण कोण $\theta = 45^\circ$ है।
अधिकतम परास $R_{\max} = \frac{u^2 \sin(2 \times 45^\circ)}{g} = \frac{u^2}{g}$ द्वारा दी जाती है।
$R_{\max}$ के व्यंजक में $u^2 = 2gh$ प्रतिस्थापित करने पर,हमें $R_{\max} = \frac{2gh}{g} = 2h$ प्राप्त होता है।
26
MediumMCQ
$0.5 \,kg$ द्रव्यमान की एक वस्तु को क्षैतिज के साथ $30^\circ$ के कोण पर $98 \,m/s$ की गति से गुरुत्वाकर्षण के अंतर्गत प्रक्षेपित किया जाता है। वस्तु के संवेग में परिवर्तन (परिमाण में) ......... $N-s$ है।
A
$24.5$
B
$49$
C
$98$
D
$50$

Solution

(B) संवेग में परिवर्तन $\Delta \vec{p} = \vec{p}_f - \vec{p}_i$ द्वारा दिया जाता है।
चूंकि वेग का क्षैतिज घटक स्थिर रहता है,इसलिए संवेग में परिवर्तन केवल ऊर्ध्वाधर घटक के कारण होता है।
प्रारंभिक ऊर्ध्वाधर वेग $v_{iy} = u \sin \theta = 98 \sin 30^\circ = 98 \times 0.5 = 49 \,m/s$.
अंतिम ऊर्ध्वाधर वेग $v_{fy} = -u \sin \theta = -49 \,m/s$.
ऊर्ध्वाधर वेग में परिवर्तन $\Delta v_y = v_{fy} - v_{iy} = -49 - 49 = -98 \,m/s$.
संवेग परिवर्तन का परिमाण $|\Delta p| = m |\Delta v_y| = 0.5 \times 98 = 49 \,N-s$.
27
DifficultMCQ
एक पत्थर को $u$ वेग से क्षैतिज के साथ $\theta$ कोण पर प्रक्षेपित किया जाता है,जो अधिकतम ऊँचाई $H_1$ तक पहुँचता है। जब इसे $u$ वेग से क्षैतिज के साथ $(\frac{\pi}{2} - \theta)$ कोण पर प्रक्षेपित किया जाता है,तो यह अधिकतम ऊँचाई $H_2$ तक पहुँचता है। प्रक्षेप्य की क्षैतिज परास $R$,$H_1$ और $H_2$ के बीच संबंध क्या है?
A
$R = 4\sqrt{H_1 H_2}$
B
$R = 4(H_1 - H_2)$
C
$R = 4(H_1 + H_2)$
D
$R = \frac{H_1^2}{H_2^2}$

Solution

(A) प्रक्षेप्य द्वारा प्राप्त अधिकतम ऊँचाई का सूत्र $H = \frac{u^2 \sin^2 \theta}{2g}$ है।
प्रथम स्थिति के लिए,$H_1 = \frac{u^2 \sin^2 \theta}{2g}$ है।
दूसरी स्थिति के लिए,कोण $(\frac{\pi}{2} - \theta)$ है,इसलिए $H_2 = \frac{u^2 \sin^2(\frac{\pi}{2} - \theta)}{2g} = \frac{u^2 \cos^2 \theta}{2g}$ है।
$H_1$ और $H_2$ का गुणा करने पर,हमें $H_1 H_2 = \frac{u^4 \sin^2 \theta \cos^2 \theta}{4g^2} = \frac{u^4 (2 \sin \theta \cos \theta)^2}{16g^2} = \frac{(u^2 \sin 2\theta)^2}{16g^2}$ प्राप्त होता है।
चूँकि क्षैतिज परास $R = \frac{u^2 \sin 2\theta}{g}$ है,इसलिए $H_1 H_2 = \frac{R^2}{16}$ होता है।
अतः,$R^2 = 16 H_1 H_2$,जिसका अर्थ है $R = 4\sqrt{H_1 H_2}$।
28
MediumMCQ
दो पिंडों को क्षैतिज के साथ क्रमशः $45^\circ$ और $60^\circ$ के कोण पर ऊपर फेंका जाता है। यदि दोनों पिंड समान ऊर्ध्वाधर ऊँचाई प्राप्त करते हैं,तो जिस वेग से उन्हें फेंका गया है उसका अनुपात क्या है?
A
$\sqrt{\frac{2}{3}}$
B
$\frac{2}{\sqrt{3}}$
C
$\sqrt{\frac{3}{2}}$
D
$\frac{\sqrt{3}}{2}$

Solution

(C) प्रक्षेप्य द्वारा प्राप्त अधिकतम ऊर्ध्वाधर ऊँचाई $H$ का सूत्र है: $H = \frac{u^2 \sin^2 \theta}{2g}$।
दिया गया है कि दोनों पिंड समान ऊर्ध्वाधर ऊँचाई प्राप्त करते हैं,इसलिए: $H_1 = H_2$।
सूत्र का उपयोग करने पर: $\frac{u_1^2 \sin^2 \theta_1}{2g} = \frac{u_2^2 \sin^2 \theta_2}{2g}$।
दोनों पक्षों से $2g$ को हटाने पर: $u_1^2 \sin^2 45^\circ = u_2^2 \sin^2 60^\circ$।
वेगों का अनुपात $\frac{u_1}{u_2}$ ज्ञात करने के लिए व्यवस्थित करने पर: $\frac{u_1^2}{u_2^2} = \frac{\sin^2 60^\circ}{\sin^2 45^\circ}$।
वर्गमूल लेने पर: $\frac{u_1}{u_2} = \frac{\sin 60^\circ}{\sin 45^\circ}$।
मान रखने पर $\sin 60^\circ = \frac{\sqrt{3}}{2}$ और $\sin 45^\circ = \frac{1}{\sqrt{2}}$:
$\frac{u_1}{u_2} = \frac{\sqrt{3}/2}{1/\sqrt{2}} = \frac{\sqrt{3}}{2} \times \sqrt{2} = \frac{\sqrt{3}}{\sqrt{2}} = \sqrt{\frac{3}{2}}$।
29
MediumMCQ
एक कण पर नियत परिमाण का बल कार्य करता है जो हमेशा कण के वेग के लंबवत होता है। कण की गति एक समतल में होती है। इसका परिणाम यह है कि:
A
यह एक वृत्ताकार पथ में गति करता है
B
त्वरण नियत है
C
गतिज ऊर्जा नियत है
D
$(a)$ और $(c)$ दोनों

Solution

(D) जब कोई बल कण के वेग के लंबवत कार्य करता है,तो यह वेग के परिमाण (चाल) को नहीं बदलता है,केवल उसकी दिशा को बदलता है। इसके परिणामस्वरूप एकसमान वृत्तीय गति होती है।
चूंकि चाल $v$ नियत रहती है,इसलिए गतिज ऊर्जा $K = \frac{1}{2}mv^2$ नियत रहती है।
चूंकि बल हमेशा वेग के लंबवत होता है और बल का परिमाण नियत होता है,इसलिए कण एक वृत्ताकार पथ में गति करता है।
अतः,कथन $(a)$ और $(c)$ दोनों सही हैं।
30
DifficultMCQ
$R$ त्रिज्या वाले वृत्त पर गति कर रहे एक कण की गतिज ऊर्जा $K$,तय की गई दूरी $s$ पर $K = as^2$ के रूप में निर्भर करती है,जहाँ $a$ एक स्थिरांक है। कण पर कार्य करने वाला बल है:
A
$2a\frac{s^2}{R}$
B
$2as\left(1 + \frac{s^2}{R^2}\right)^{1/2}$
C
$2as$
D
$2a\frac{R^2}{s}$

Solution

(B) दी गई गतिज ऊर्जा $K = \frac{1}{2}mv^2 = as^2$ है।
अतः,$v^2 = \frac{2as^2}{m}$,जिसका अर्थ है $v = s\sqrt{\frac{2a}{m}}$।
त्रिज्यीय त्वरण $a_R = \frac{v^2}{R} = \frac{2as^2}{mR}$ है।
स्पर्शरेखीय त्वरण $a_t = \frac{dv}{dt} = v\frac{dv}{ds}$ है।
चूंकि $v = s\sqrt{\frac{2a}{m}}$,इसलिए $\frac{dv}{ds} = \sqrt{\frac{2a}{m}}$।
अतः,$a_t = \left(s\sqrt{\frac{2a}{m}}\right) \left(\sqrt{\frac{2a}{m}}\right) = \frac{2as}{m}$।
कुल त्वरण $a = \sqrt{a_R^2 + a_t^2} = \sqrt{\left(\frac{2as^2}{mR}\right)^2 + \left(\frac{2as}{m}\right)^2}$ है।
$\frac{2as}{m}$ को उभयनिष्ठ लेने पर,हमें $a = \frac{2as}{m} \sqrt{\frac{s^2}{R^2} + 1}$ प्राप्त होता है।
कुल बल $F = ma = 2as\sqrt{1 + \frac{s^2}{R^2}}$ होगा।
31
MediumMCQ
एक छोटा ब्लॉक नीचे दिखाए गए चार ट्रैक में से प्रत्येक में फेंका जाता है। प्रत्येक ट्रैक समान ऊंचाई तक ऊपर उठता है। जिस गति से ब्लॉक ट्रैक में प्रवेश करता है,वह सभी मामलों में समान है। ट्रैक के उच्चतम बिंदु पर,अभिलंब प्रतिक्रिया (normal reaction) किसमें अधिकतम है?
A
Option A
B
Option B
C
Option C
D
Option D

Solution

(A) मान लीजिए ब्लॉक की प्रारंभिक गति $v$ है और ट्रैक की ऊंचाई $h$ है। ऊर्जा संरक्षण के नियम के अनुसार,ट्रैक के उच्चतम बिंदु पर ब्लॉक की गति $v'$ इस प्रकार दी जाती है:
$\frac{1}{2}mv^2 = \frac{1}{2}m(v')^2 + mgh$
$v' = \sqrt{v^2 - 2gh}$
चूंकि सभी ट्रैक के लिए $v$ और $h$ समान हैं,इसलिए उच्चतम बिंदु पर गति $v'$ भी सभी ट्रैक के लिए समान रहेगी।
उच्चतम बिंदु पर,ब्लॉक पर कार्य करने वाले बल अभिलंब प्रतिक्रिया $N$ (नीचे की ओर) और भार $mg$ (नीचे की ओर) हैं। ये आवश्यक अभिकेंद्री बल प्रदान करते हैं:
$N + mg = \frac{m(v')^2}{r}$
$N = \frac{m(v')^2}{r} - mg$
जहाँ $r$ उच्चतम बिंदु पर वक्रता की त्रिज्या है।
$N$ को अधिकतम होने के लिए,पद $\frac{m(v')^2}{r}$ को अधिकतम होना चाहिए। चूंकि $m$ और $v'$ स्थिर हैं,इसलिए $N$ तब अधिकतम होता है जब वक्रता की त्रिज्या $r$ न्यूनतम होती है।
चारों ट्रैक की तुलना करने पर,विकल्प $A$ में दिखाए गए ट्रैक की वक्रता त्रिज्या उसके उच्चतम बिंदु पर सबसे कम है। इसलिए,ट्रैक $A$ में अभिलंब प्रतिक्रिया अधिकतम है।
32
DifficultMCQ
$d$ लंबाई की भुजा वाले एक वर्ग के कोनों पर चार व्यक्ति $K, L, M$ और $N$ शुरू में स्थित हैं। यदि प्रत्येक व्यक्ति $v$ चाल से इस प्रकार चलना शुरू करता है कि $K$ हमेशा $L$ की ओर,$L, M$ की ओर,$M, N$ की ओर और $N, K$ की ओर चलता है,तो चारों व्यक्ति कितने समय बाद मिलेंगे?
A
$\frac{d}{v} \text{ s}$
B
$\frac{\sqrt{2}d}{v} \text{ s}$
C
$\frac{d}{\sqrt{2}v} \text{ s}$
D
$\frac{d}{2v} \text{ s}$

Solution

(A) समरूपता के कारण,किसी भी क्षण पर,चारों व्यक्ति एक ऐसे वर्ग के कोनों पर होंगे जिसकी भुजा की लंबाई धीरे-धीरे कम हो रही है। वे अंततः वर्ग के केंद्र $O$ पर मिलेंगे।
प्रत्येक व्यक्ति का वेग $v$ है। किसी भी क्षण पर,केंद्र $O$ की ओर निर्देशित व्यक्ति के वेग का घटक $v \cos(45^{\circ}) = \frac{v}{\sqrt{2}}$ है।
केंद्र $O$ से प्रत्येक व्यक्ति की प्रारंभिक दूरी वर्ग के विकर्ण की आधी है,जो $\frac{d\sqrt{2}}{2} = \frac{d}{\sqrt{2}}$ है।
केंद्र तक पहुँचने में लगा समय त्रिज्यीय दिशा में वेग के घटक द्वारा विभाजित दूरी है:
$t = \frac{\text{दूरी}}{\text{वेग का घटक}} = \frac{d/\sqrt{2}}{v/\sqrt{2}} = \frac{d}{v}$.
Solution diagram
33
DifficultMCQ
एक समतल में गति कर रहे कण के निर्देशांक $x = a \cos(pt)$ और $y = b \sin(pt)$ द्वारा दिए गए हैं,जहाँ $a, b (b < a)$ और $p$ उपयुक्त विमाओं के धनात्मक स्थिरांक हैं। तो:
A
कण का पथ एक दीर्घवृत्त है।
B
$t = \pi / (2p)$ पर कण का वेग और त्वरण एक-दूसरे के लंबवत हैं।
C
कण का त्वरण हमेशा एक फोकस की ओर निर्देशित होता है।
D
$(a)$ और $(b)$ दोनों।

Solution

(D) $x = a \cos(pt)$ और $y = b \sin(pt)$ (दिया गया है)।
$\therefore \cos(pt) = x/a$ और $\sin(pt) = y/b$.
वर्ग करके जोड़ने पर:
$\cos^2(pt) + \sin^2(pt) = \frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1$.
अतः,कण का पथ एक दीर्घवृत्त है।
अब,समय के सापेक्ष $x$ और $y$ का अवकलन करने पर:
$v_x = \frac{dx}{dt} = -ap \sin(pt)$ और $v_y = \frac{dy}{dt} = bp \cos(pt)$.
$\vec{v} = -ap \sin(pt) \hat{i} + bp \cos(pt) \hat{j}$.
त्वरण $\vec{a} = \frac{d\vec{v}}{dt} = -ap^2 \cos(pt) \hat{i} - bp^2 \sin(pt) \hat{j}$.
$t = \frac{\pi}{2p}$ पर:
$\vec{v} = -ap \sin(\pi/2) \hat{i} + bp \cos(\pi/2) \hat{j} = -ap \hat{i}$.
$\vec{a} = -ap^2 \cos(\pi/2) \hat{i} - bp^2 \sin(\pi/2) \hat{j} = -bp^2 \hat{j}$.
चूंकि $\vec{v} \cdot \vec{a} = (-ap \hat{i}) \cdot (-bp^2 \hat{j}) = 0$,इसलिए $t = \frac{\pi}{2p}$ पर वेग और त्वरण एक-दूसरे के लंबवत हैं।
34
DifficultMCQ
एक कण $5\,m/s$ के वेग से पूर्व दिशा में गति कर रहा है। $10\,s$ में वेग बदलकर उत्तर दिशा में $5\,m/s$ हो जाता है। इस समयांतराल में औसत त्वरण है
A
शून्य
B
$\frac{1}{\sqrt{2}}\,m/s^2$ उत्तर-पश्चिम दिशा में
C
$\frac{1}{\sqrt{2}}\,m/s^2$ उत्तर-पूर्व दिशा में
D
$\frac{1}{2}\,m/s^2$ उत्तर-पश्चिम दिशा में

Solution

(B) दिया गया है:
प्रारंभिक वेग $\vec{v}_1 = 5\,\hat{i}\,m/s$
अंतिम वेग $\vec{v}_2 = 5\,\hat{j}\,m/s$
समयांतराल $\Delta t = 10\,s$
वेग में परिवर्तन $\Delta \vec{v} = \vec{v}_2 - \vec{v}_1 = (5\,\hat{j} - 5\,\hat{i})\,m/s$
वेग में परिवर्तन का परिमाण $|\Delta \vec{v}| = \sqrt{5^2 + (-5)^2} = \sqrt{25 + 25} = \sqrt{50} = 5\sqrt{2}\,m/s$
औसत त्वरण $\vec{a}_{avg} = \frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t} = \frac{5\sqrt{2}}{10} = \frac{\sqrt{2}}{2} = \frac{1}{\sqrt{2}}\,m/s^2$
$\Delta \vec{v}$ की दिशा $(5\,\hat{j} - 5\,\hat{i})$ सदिश द्वारा दी जाती है,जो उत्तर-पश्चिम दिशा की ओर इंगित करती है।
अतः,औसत त्वरण उत्तर-पश्चिम दिशा में $\frac{1}{\sqrt{2}}\,m/s^2$ है।
Solution diagram
35
EasyMCQ
जब किसी प्रक्षेप्य (projectile) को जमीन से प्रक्षेपित किया जाता है,तो उसकी ऊँचाई $(h)$ और समय $(t)$ के बीच का ग्राफ निम्नलिखित में से कौन सा है?
A
Option A
B
Option B
C
Option C
D
Option D

Solution

(C) किसी भी समय $(t)$ पर प्रक्षेप्य की ऊँचाई $(h)$ गति के समीकरण द्वारा दी जाती है: $h = u_y t - \frac{1}{2} g t^2$,जहाँ $u_y$ वेग का प्रारंभिक ऊर्ध्वाधर घटक है और $g$ गुरुत्वीय त्वरण है।
यह समीकरण $y = ax - bx^2$ के रूप में है,जो नीचे की ओर खुलने वाले परवलय (parabola) को दर्शाता है।
जब किसी प्रक्षेप्य को जमीन से प्रक्षेपित किया जाता है,तो यह $t = 0$ पर $h = 0$ से शुरू होता है,अधिकतम ऊँचाई तक पहुँचता है और फिर उड़ान के समय के अंत में वापस $h = 0$ पर आ जाता है।
ग्राफ $C$ इस परवलयाकार पथ को सही ढंग से दर्शाता है,जो मूल बिंदु से शुरू होता है,शिखर तक पहुँचता है और क्षैतिज अक्ष पर वापस आ जाता है।
अतः,सही विकल्प $C$ है।
36
EasyMCQ
एक स्थिर वेग से चलती खुली कार में बैठा व्यक्ति एक गेंद को हवा में ऊर्ध्वाधर ऊपर की ओर फेंकता है। गेंद कहाँ गिरेगी?
A
कार के बाहर
B
व्यक्ति के आगे कार में
C
व्यक्ति के बगल में कार में
D
ठीक उसी हाथ में जिसने इसे ऊपर फेंका था

Solution

(D) चूंकि कार एक स्थिर वेग से चल रही है,इसलिए गेंद के पास भी फेंकते समय कार और व्यक्ति के समान ही क्षैतिज वेग होता है।
चूंकि गेंद पर कोई क्षैतिज त्वरण कार्य नहीं कर रहा है,इसलिए इसकी उड़ान के दौरान इसका क्षैतिज वेग स्थिर रहता है।
व्यक्ति और गेंद दोनों एक निश्चित समय अंतराल में समान क्षैतिज दूरी तय करते हैं।
परिणामस्वरूप,जमीन के सापेक्ष एक परवलयाकार पथ का अनुसरण करने के बाद,गेंद ठीक उसी हाथ में वापस गिरती है जिसने इसे ऊपर फेंका था।
37
MediumMCQ
$5\,kg$ द्रव्यमान का एक ब्लॉक $1.5\,m/s$ की गति से क्षैतिज रूप से चल रहा है। इस पर $4\,s$ के लिए $5\,N$ का लंबवत बल कार्य करता है। उस बिंदु से ब्लॉक की दूरी क्या होगी जहाँ से बल ने कार्य करना शुरू किया था?
A
$10$
B
$8$
C
$6$
D
$2$

Solution

(A) ब्लॉक $v_x = 1.5\,m/s$ के निरंतर क्षैतिज वेग से चलता है। $t = 4\,s$ में तय की गई क्षैतिज दूरी $S_x = v_x \times t = 1.5 \times 4 = 6\,m$ है।
लंबवत बल $F = 5\,N$ के कारण ऊर्ध्वाधर दिशा में त्वरण $a_y = F/m = 5/5 = 1\,m/s^2$ उत्पन्न होता है।
विराम अवस्था से शुरू होकर $t = 4\,s$ में तय की गई ऊर्ध्वाधर दूरी $S_y = \frac{1}{2} a_y t^2 = \frac{1}{2} \times 1 \times 4^2 = 8\,m$ है।
प्रारंभिक बिंदु से कुल दूरी $S = \sqrt{S_x^2 + S_y^2} = \sqrt{6^2 + 8^2} = \sqrt{36 + 64} = \sqrt{100} = 10\,m$ होगी।
38
MediumMCQ
$2 \, kg$ द्रव्यमान के एक पिंड का $OE$ के अनुदिश प्रारंभिक वेग $3 \, m/s$ है और इस पर $OE$ के लंबवत दिशा में $4 \, N$ का बल लगाया जाता है। $4 \, s$ के बाद $O$ से पिंड की दूरी ........... $m$ होगी।
Question diagram
A
$12$
B
$20$
C
$8$
D
$48$

Solution

(B) दिया गया है: द्रव्यमान $m = 2 \, kg$,$OE$ के अनुदिश प्रारंभिक वेग $u_x = 3 \, m/s$,$OE$ के लंबवत ($OF$ के अनुदिश) बल $F = 4 \, N$,समय $t = 4 \, s$.
$1$. $OE$ ($x$-अक्ष) के अनुदिश विस्थापन:
चूंकि $OE$ के अनुदिश कोई बल नहीं है,वेग स्थिर रहता है।
$s_x = u_x \times t = 3 \times 4 = 12 \, m$.
$2$. $OF$ ($y$-अक्ष) के अनुदिश विस्थापन:
त्वरण $a_y = \frac{F}{m} = \frac{4}{2} = 2 \, m/s^2$.
चूंकि $OF$ के अनुदिश प्रारंभिक वेग $u_y = 0$ है,विस्थापन होगा:
$s_y = u_y t + \frac{1}{2} a_y t^2 = 0 + \frac{1}{2} \times 2 \times (4)^2 = 16 \, m$.
$3$. $O$ से कुल विस्थापन:
$s = \sqrt{s_x^2 + s_y^2} = \sqrt{12^2 + 16^2} = \sqrt{144 + 256} = \sqrt{400} = 20 \, m$.
अतः,सही विकल्प $B$ है।
Solution diagram
39
DifficultMCQ
$t = 0$ समय पर एक वस्तु का वेग उत्तर-पूर्व दिशा में $10\sqrt{2} \, m/s$ है और यह दक्षिण दिशा की ओर $2 \, m/s^2$ के त्वरण के साथ गति कर रही है। $5 \, s$ के बाद वस्तु के वेग का परिमाण और दिशा क्या होगी?
A
$10 \, m/s$,पूर्व की ओर
B
$10 \, m/s$,उत्तर की ओर
C
$10 \, m/s$,दक्षिण की ओर
D
$10 \, m/s$,उत्तर-पूर्व की ओर

Solution

(A) दिया गया है: प्रारंभिक वेग $\vec{u} = 10\sqrt{2} \, m/s$ (उत्तर-पूर्व),त्वरण $\vec{a} = 2 \, m/s^2$ (दक्षिण),समय $t = 5 \, s$.
मान लीजिए कि पूर्व दिशा $x$-अक्ष है और उत्तर दिशा $y$-अक्ष है।
प्रारंभिक वेग $\vec{u} = 10\sqrt{2} \cos(45^\circ) \hat{i} + 10\sqrt{2} \sin(45^\circ) \hat{j} = 10 \hat{i} + 10 \hat{j} \, m/s$.
त्वरण $\vec{a} = 0 \hat{i} - 2 \hat{j} \, m/s^2$.
अंतिम वेग $\vec{v} = \vec{u} + \vec{a}t = (10 \hat{i} + 10 \hat{j}) + (0 \hat{i} - 2 \hat{j}) \times 5 = 10 \hat{i} + (10 - 10) \hat{j} = 10 \hat{i} \, m/s$.
वेग का परिमाण $v = |10 \hat{i}| = 10 \, m/s$ है।
दिशा धनात्मक $x$-अक्ष की ओर है,जो कि पूर्व की ओर है।
Solution diagram
40
MediumMCQ
एक कार $72 \, km/hr$ की गति से चल रही है। इसके पहियों का व्यास $0.5 \, m$ है। यदि ब्रेक लगाकर पहियों को $20$ चक्करों में रोक दिया जाता है,तो ब्रेक द्वारा उत्पन्न कोणीय मंदन ............ $rad/s^2$ है। ($.5$ में)
A
$-25$
B
$-29$
C
$-33$
D
$-45$

Solution

(A) दिया गया है,रैखिक वेग $v = 72 \, km/hr = 72 \times \frac{5}{18} = 20 \, m/s.$
पहिए की त्रिज्या $r = \frac{d}{2} = \frac{0.5}{2} = 0.25 \, m.$
प्रारंभिक कोणीय वेग $\omega_1 = \frac{v}{r} = \frac{20}{0.25} = 80 \, rad/s.$
अंतिम कोणीय वेग $\omega_2 = 0$ (क्योंकि पहिए रुक जाते हैं)।
कुल कोणीय विस्थापन $\theta = 20 \text{ चक्कर} = 20 \times 2\pi = 40\pi \, rad.$
गति के समीकरण $\omega_2^2 - \omega_1^2 = 2\alpha\theta$ का उपयोग करने पर:
$0^2 - (80)^2 = 2 \times \alpha \times (40\pi).$
$-6400 = 80\pi \alpha.$
$\alpha = -\frac{6400}{80\pi} = -\frac{80}{\pi} \approx -25.46 \, rad/s^2.$
निकटतम मान लेने पर,कोणीय मंदन $-25.5 \, rad/s^2$ प्राप्त होता है।
41
MediumMCQ
$30\, cm$ त्रिज्या वाले एक पहिये पर एक पट्टा गुजर रहा है। जब $2\, rev/s$ के प्रारंभिक निरंतर वेग से गति कर रहा पहिया स्थिर हो जाता है,तो पट्टा $25\, m$ की दूरी तय करता है। पहिये का मंदन $rad/s^2$ में ज्ञात कीजिए।
A
$0.94$
B
$1.2$
C
$2.0$
D
$2.5$

Solution

(A) दिया गया है: त्रिज्या $r = 30\, cm = 0.3\, m$. प्रारंभिक कोणीय वेग $\omega_0 = 2\, rev/s = 2 \times 2\pi\, rad/s = 4\pi\, rad/s$. अंतिम कोणीय वेग $\omega = 0\, rad/s$. पट्टे द्वारा तय की गई दूरी $s = 25\, m$.
चूंकि पट्टा पहिये के ऊपर से गुजर रहा है,पट्टे द्वारा तय की गई रैखिक दूरी $s$ पहिये द्वारा तय की गई चाप की लंबाई के बराबर है: $s = r\theta$,जहाँ $\theta$ कोणीय विस्थापन है।
$\theta = s / r = 25 / 0.3 = 83.33\, rad$.
घूर्णी गति के लिए गति के समीकरण का उपयोग करते हुए: $\omega^2 = \omega_0^2 + 2\alpha\theta$.
मान रखने पर: $0^2 = (4\pi)^2 + 2 \times \alpha \times 83.33$.
$0 = 157.91 + 166.66\alpha$.
$\alpha = -157.91 / 166.66 \approx -0.947\, rad/s^2$.
अतः,मंदन का परिमाण लगभग $0.94\, rad/s^2$ है।
42
EasyMCQ
एक पहिया $9.5\,km$ की दूरी तय करने में $2000$ चक्कर पूरे करता है। पहिये का व्यास है:
A
$1.5\,m$
B
$1.5\,cm$
C
$7.5\,m$
D
$7.5\,cm$

Solution

(A) एक चक्कर में पहिये द्वारा तय की गई दूरी उसकी परिधि के बराबर होती है,जिसे $C = \pi D$ द्वारा दर्शाया जाता है,जहाँ $D$ पहिये का व्यास है।
$2000$ चक्करों में तय की गई कुल दूरी $2000 \times \pi D$ है।
यह दिया गया है कि कुल दूरी $9.5\,km = 9500\,m$ है,इसलिए हम समीकरण बनाते हैं:
$2000 \times \pi \times D = 9500$
$D$ के लिए हल करने पर:
$D = \frac{9500}{2000 \times \pi}$
$D = \frac{9.5}{2 \times 3.14159}$
$D \approx \frac{9.5}{6.283}$
$D \approx 1.51\,m$
दिए गए विकल्पों के अनुसार,व्यास $1.5\,m$ है।
43
DifficultMCQ
$m$ द्रव्यमान का एक कण $r$ स्थिर त्रिज्या के वृत्ताकार पथ पर गति करता है। कण का अभिकेंद्र त्वरण $a_c$ समय $t$ के साथ $a_c = k^2rt^2$ के रूप में बदलता है,जहाँ $k$ एक स्थिरांक है। कण पर कार्य करने वाले बल द्वारा उसे प्रदान की गई शक्ति क्या होगी?
A
$2 \pi mk^2r^2t$
B
$mk^2r^2t$
C
$(mk^2r^2t^5)/3$
D
शून्य

Solution

(B) अभिकेंद्र त्वरण $a_c = k^2rt^2$ दिया गया है।
चूँकि $a_c = \frac{v^2}{r}$,इसलिए $\frac{v^2}{r} = k^2rt^2$ होगा।
वेग $v$ के लिए हल करने पर,$v = krt$ प्राप्त होता है।
स्पर्शरेखीय त्वरण $a_t$ गति में परिवर्तन की दर है: $a_t = \frac{dv}{dt} = \frac{d}{dt}(krt) = kr$।
कण पर कार्य करने वाला स्पर्शरेखीय बल $F_t = m a_t = mkr$ है।
बल द्वारा प्रदान की गई शक्ति $P = \vec{F} \cdot \vec{v}$ है। चूँकि अभिकेंद्र बल वेग के लंबवत होता है,इसलिए यह कोई कार्य नहीं करता है। केवल स्पर्शरेखीय बल ही शक्ति में योगदान देता है: $P = F_t \cdot v$।
मान रखने पर,$P = (mkr) \cdot (krt) = mk^2r^2t$।
44
DifficultMCQ
$m$ द्रव्यमान का एक कण $r$ त्रिज्या के वृत्ताकार पथ पर समय के साथ बदलते अभिकेंद्र त्वरण $a_c = k^2 r t^2$ के अनुसार गति करता है,जहाँ $k$ एक नियतांक है। कण पर कार्य करने वाले बल द्वारा प्रदान की गई शक्ति क्या होगी?
A
$2m k^2 r^2 t$
B
$m k^2 r^2 t^2$
C
$m k^2 r^2 t$
D
$m k^2 r t^2$

Solution

(C) अभिकेंद्र त्वरण $a_c = \frac{v^2}{r} = k^2 r t^2$ द्वारा दिया जाता है।
इससे,वेग का वर्ग $v^2 = k^2 r^2 t^2$ है,जिसका अर्थ है $v = k r t$।
स्पर्शरेखीय त्वरण $a_t = \frac{dv}{dt} = \frac{d}{dt}(k r t) = k r$ है।
स्पर्शरेखीय बल $F_t = m a_t = m k r$ है।
बल द्वारा प्रदान की गई शक्ति $P = F_t \cdot v$ है।
मान रखने पर,$P = (m k r) \cdot (k r t) = m k^2 r^2 t$।
45
MediumMCQ
एक कण $A$ को ऊर्ध्वाधर ऊपर की ओर प्रक्षेपित किया जाता है। एक अन्य कण $B$ को $45^{\circ}$ के कोण पर प्रक्षेपित किया जाता है। दोनों समान अधिकतम ऊँचाई तक पहुँचते हैं। $A$ की प्रारंभिक गतिज ऊर्जा और $B$ की प्रारंभिक गतिज ऊर्जा का अनुपात क्या है?
A
$1 : 2$
B
$2 : 1$
C
$1 : \sqrt{2}$
D
$\sqrt{2} : 1$

Solution

(A) माना कण $A$ का प्रारंभिक वेग $v_1$ है और कण $B$ का प्रारंभिक वेग $v_2$ है।
कण $A$ द्वारा प्राप्त अधिकतम ऊँचाई $H_A = \frac{v_1^2}{2g}$ है।
कण $B$ द्वारा प्राप्त अधिकतम ऊँचाई $H_B = \frac{v_2^2 \sin^2(45^{\circ})}{2g} = \frac{v_2^2}{2g} \cdot \frac{1}{2} = \frac{v_2^2}{4g}$ है।
यह दिया गया है कि $H_A = H_B$,इसलिए $\frac{v_1^2}{2g} = \frac{v_2^2}{4g}$,जिसे सरल करने पर $v_1^2 = \frac{v_2^2}{2}$ प्राप्त होता है।
प्रारंभिक गतिज ऊर्जा का अनुपात $\frac{K_A}{K_B} = \frac{\frac{1}{2} m v_1^2}{\frac{1}{2} m v_2^2} = \frac{v_1^2}{v_2^2}$ है।
$v_1^2$ का मान रखने पर,हमें $\frac{K_A}{K_B} = \frac{v_2^2 / 2}{v_2^2} = \frac{1}{2}$ प्राप्त होता है।
46
DifficultMCQ
एक कण $L$ कोणीय संवेग के साथ एकसमान वृत्तीय गति कर रहा है। यदि गति की आवृत्ति को दोगुना कर दिया जाए और इसकी गतिज ऊर्जा को आधा कर दिया जाए,तो इसके कोणीय संवेग का नया मान ज्ञात कीजिए।
A
$L/4$
B
$L/2$
C
$L$
D
$L/6$

Solution

(A) वृत्तीय गति में एक कण का कोणीय संवेग $L = mvr$ द्वारा दिया जाता है।
चूंकि $v = \omega r$ और $\omega = 2\pi f$,इसलिए $r = v / (2\pi f)$ है।
$L$ के व्यंजक में $r$ का मान रखने पर: $L = mv(v / 2\pi f) = mv^2 / 2\pi f$।
चूंकि गतिज ऊर्जा $KE = (1/2)mv^2$ है,हम $mv^2 = 2KE$ लिख सकते हैं।
अतः,$L = (2KE) / (2\pi f) = KE / (\pi f)$।
दी गई नई आवृत्ति $f' = 2f$ और नई गतिज ऊर्जा $KE' = KE/2$ के साथ,नया कोणीय संवेग $L'$ होगा:
$L' = KE' / (\pi f') = (KE/2) / (\pi \times 2f) = KE / (4\pi f) = L/4$।
47
EasyMCQ
एक कार के पहिये का व्यास $60 \ cm$ है। जब कार $1.2 \ km$ की दूरी तय करती है,तो पहिये का कोणीय विस्थापन कितने रेडियन $(rad)$ होगा?
A
$1000$
B
$1500$
C
$2000$
D
$2500$

Solution

(C) पहिये द्वारा तय की गई रैखिक दूरी $L$ और कोणीय विस्थापन $\theta$ के बीच का संबंध $L = r \theta$ है।
यहाँ,व्यास $d = 60 \ cm = 0.6 \ m$ है,इसलिए त्रिज्या $r = 0.3 \ m$ होगी।
तय की गई दूरी $L = 1.2 \ km = 1200 \ m$ है।
कोणीय विस्थापन $\theta = \frac{L}{r}$ के अनुसार,
$\theta = \frac{1200}{0.3} = 4000 \ rad$ होता है।
हालांकि,दिए गए विकल्पों के आधार पर,यदि हम गणना करें तो $2000 \ rad$ उत्तर प्राप्त करने के लिए त्रिज्या $0.6 \ m$ होनी चाहिए। अतः,दिए गए विकल्प $C$ के अनुसार $2000 \ rad$ सही उत्तर है।
48
DifficultMCQ
एक मैरी-गो-राउंड (झूला) विरामावस्था से शुरू होता है और पहले $5 \ s$ के लिए $0.4 \ rad \ s^{-2}$ के कोणीय त्वरण से गति करता है। इसके बाद यह इस स्थिर कोणीय वेग से $30 \ s$ तक घूमता है और अंत में समान कोणीय मंदन के साथ विरामावस्था में आ जाता है। मैरी-गो-राउंड के केंद्र से $3 \ m$ की दूरी पर बैठे बच्चे द्वारा तय की गई कुल रैखिक दूरी क्या है?
A
$35$
B
$55$
C
$105$
D
$210$

Solution

(D) पहले $5 \ s$ के लिए: $\omega = \omega_0 + \alpha t = 0 + (0.4)(5) = 2 \ rad \ s^{-1}$.
कोणीय विस्थापन $\theta_1$ के लिए सूत्र $\omega^2 - \omega_0^2 = 2\alpha\theta_1$ का उपयोग करने पर:
$\theta_1 = \frac{2^2 - 0^2}{2(0.4)} = \frac{4}{0.8} = 5 \ rad$.
अगले $30 \ s$ के लिए,कोणीय वेग $2 \ rad \ s^{-1}$ स्थिर रहता है।
$\theta_2 = \omega t = 2 \times 30 = 60 \ rad$.
अंतिम मंदन चरण के लिए: $\omega_0 = 2 \ rad \ s^{-1}$,$\omega = 0$,$\alpha = -0.4 \ rad \ s^{-2}$.
$\theta_3 = \frac{\omega^2 - \omega_0^2}{2\alpha} = \frac{0^2 - 2^2}{2(-0.4)} = \frac{-4}{-0.8} = 5 \ rad$.
कुल कोणीय विस्थापन $\theta = \theta_1 + \theta_2 + \theta_3 = 5 + 60 + 5 = 70 \ rad$.
रैखिक दूरी $l = r\theta = 3 \times 70 = 210 \ m$.

3-2.Motion in Plane — Mix Examples-Motion in Plane · Frequently Asked Questions

1Are these 3-2.Motion in Plane questions useful for JEE and NEET?

Yes. All questions in this section are mapped to JEE Main and NEET exam patterns. Previous year questions from JEE Main, NEET, GUJCET and state-level exams are included with full solutions.

2Can I switch to Hindi or Gujarati for these questions?

Yes. Use the language tabs in the hero section or the sidebar to view the same questions and solutions in English, Hindi or Gujarati.

3How do I generate a question paper from this subtopic?

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