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Basic of Surface tenstion , Adhesive force and Cohesive force Questions in Hindi

Class 11 Physics · Fluid Mechanics and Surface Tension · Basic of Surface tenstion , Adhesive force and Cohesive force

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Hindi

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With Solutions

Showing 33 of 33 questions in Hindi

1
EasyMCQ
पृष्ठ तनाव (Surface tension) किसके कारण होता है?
A
अणुओं के बीच घर्षण बल
B
अणुओं के बीच ससंजक बल (Cohesive forces)
C
अणुओं के बीच आसंजक बल (Adhesive forces)
D
गुरुत्वाकर्षण बल

Solution

(B) पृष्ठ तनाव तरल पदार्थों का एक गुण है जो अंतर-आणविक आकर्षण बलों से उत्पन्न होता है।
विशेष रूप से,यह ससंजक बलों (Cohesive forces) के कारण होता है,जो एक ही पदार्थ के अणुओं के बीच लगने वाले आकर्षण बल हैं।
तरल की सतह पर,अणु एक शुद्ध आंतरिक खिंचाव का अनुभव करते हैं क्योंकि उनके ऊपर कोई तरल अणु नहीं होते हैं जो नीचे और किनारों के अणुओं से लगने वाले ससंजक बलों को संतुलित कर सकें।
यह आंतरिक खिंचाव सतह को एक खिंची हुई लोचदार झिल्ली की तरह व्यवहार करने के लिए मजबूर करता है,जिसे पृष्ठ तनाव कहा जाता है।
अतः,सही विकल्प $B$ है।
2
EasyMCQ
रेनकोट पर इस्तेमाल की जाने वाली कोटिंग वाटरप्रूफ होती है क्योंकि
A
पानी कोटिंग द्वारा अवशोषित हो जाता है
B
संसंजक बल (Cohesive force) अधिक हो जाता है
C
पानी कोटिंग द्वारा बिखेरा नहीं जाता है
D
संपर्क कोण (Angle of contact) कम हो जाता है

Solution

(B) किसी सतह को वाटरप्रूफ तब माना जाता है यदि वह पानी को अपने आर-पार जाने से रोकती है। रेनकोट को इस तरह से डिज़ाइन किया जाता है कि वे पानी को अंदर नहीं आने देते।
पानी किसी सतह को तब गीला करता है जब पानी के अणुओं और सतह के अणुओं के बीच का आसंजक बल (Adhesive force),पानी के अपने अणुओं के बीच के संसंजक बल (Cohesive force) से अधिक होता है।
इसके विपरीत,यदि पानी के अणुओं के बीच का संसंजक बल,पानी और सतह के अणुओं के बीच के आसंजक बल से काफी अधिक होता है,तो पानी सतह को गीला नहीं करता है।
रेनकोट के मामले में,कोटिंग सामग्री को इस तरह चुना जाता है कि पानी और कोटिंग के बीच का आसंजक बल बहुत कमजोर हो। चूंकि पानी के अणुओं के भीतर का संसंजक बल इस आसंजक बल की तुलना में बहुत अधिक होता है,इसलिए पानी सतह पर फैलने के बजाय बूंदों के रूप में नीचे गिर जाता है। इसलिए,वाटरप्रूफ प्रकृति संसंजक बल के आसंजक बल से अधिक होने के कारण होती है।
3
EasyMCQ
पानी की सतह पर तेल की एक बूंद रखी जाती है। निम्नलिखित में से कौन सा कथन सही है?
A
यह उस पर एक गोले के रूप में बनी रहेगी।
B
यह एक पतली परत के रूप में फैल जाएगी।
C
यह आंशिक रूप से गोलाकार बूंदों के रूप में और आंशिक रूप से एक पतली फिल्म के रूप में रहेगी।
D
यह पानी की सतह पर एक विकृत बूंद के रूप में तैरेगी।

Solution

(B) जब पानी की सतह पर तेल की एक बूंद रखी जाती है,तो यह एक पतली परत के रूप में फैल जाती है।
ऐसा इसलिए होता है क्योंकि पानी के अणुओं और तेल के अणुओं के बीच का आसंजक बल (adhesion force),तेल के अणुओं के बीच के ससंजक बल (cohesion force) से अधिक होता है।
चूंकि आसंजक बल प्रभावी होता है,इसलिए तेल के अणु पानी की सतह पर फैल जाते हैं,जिसके परिणामस्वरूप एक पतली फिल्म का निर्माण होता है।
4
EasyMCQ
मकड़ियाँ और कीड़े पानी की सतह पर बिना डूबे चल और दौड़ सकते हैं क्योंकि
A
पृष्ठ तनाव के गुण के कारण पानी पर एक लचीली झिल्ली बन जाती है।
B
मकड़ियाँ और कीड़े हल्के होते हैं।
C
मकड़ियाँ और कीड़े पानी में तैरते हैं।
D
मकड़ियाँ और कीड़े उत्प्लावन बल का अनुभव करते हैं।

Solution

(A) पृष्ठ तनाव के गुण के कारण पानी की सतह एक खिंची हुई लचीली झिल्ली की तरह व्यवहार करती है। जब कोई मकड़ी या कीड़ा पानी पर चलता है,तो उनके वजन को पृष्ठ तनाव बल के ऊर्ध्वाधर घटक द्वारा संतुलित किया जाता है,जो उनके पैरों के संपर्क बिंदुओं पर कार्य करता है। यह कीड़ों को डूबने से रोकता है।
5
EasyMCQ
पानी तैलीय कांच को गीला नहीं करता है क्योंकि
A
तेल का ससंजक बल $>$ तेल और कांच के बीच का आसंजक बल
B
तेल का ससंजक बल $>$ पानी का ससंजक बल
C
तेल पानी को प्रतिकर्षित करता है
D
पानी का ससंजक बल $>$ पानी और तेल के अणुओं के बीच का आसंजक बल

Solution

(D) किसी सतह का किसी द्रव द्वारा गीला होना ससंजक (cohesive) और आसंजक (adhesive) बलों के सापेक्ष परिमाण पर निर्भर करता है।
ससंजक बल एक ही पदार्थ के अणुओं के बीच आकर्षण बल है,जबकि आसंजक बल विभिन्न पदार्थों के अणुओं के बीच आकर्षण बल है।
पानी के किसी सतह को गीला करने के लिए,पानी के अणुओं और सतह के अणुओं के बीच का आसंजक बल,पानी के अणुओं के बीच के ससंजक बल से अधिक होना चाहिए।
तैलीय कांच के मामले में,पानी के अणुओं और तेल से लेपित कांच की सतह के बीच का आसंजक बल,पानी के अणुओं के बीच के ससंजक बल की तुलना में काफी कमजोर होता है।
इसलिए,पानी के अणु तैलीय सतह पर फैलने के बजाय एक साथ रहना पसंद करते हैं,जिससे सतह गीली नहीं होती है।
अतः,सही स्थिति यह है: पानी का ससंजक बल $>$ पानी और तेल के अणुओं के बीच का आसंजक बल।
6
EasyMCQ
पानी की एक बूंद तेल में गोलाकार आकार ले लेती है जबकि तेल की बूंद पानी में फैल जाती है, क्योंकि ($A.F.$ = आसंजक बल, $C.F.$ = ससंजक बल)
A
पानी के लिए $C.F.$ > पानी और तेल के लिए $A.F.$
B
तेल के लिए $C.F.$ > पानी और तेल के लिए $A.F.$
C
तेल के लिए $C.F.$ < पानी और तेल के लिए $A.F.$
D
उपरोक्त में से कोई नहीं

Solution

(A) द्रव की बूंद का आकार ससंजक बल $(C.F.)$ और आसंजक बल $(A.F.)$ के बीच की प्रतिस्पर्धा से निर्धारित होता है।
जब पानी की बूंद को तेल में रखा जाता है, तो यह गोलाकार हो जाती है क्योंकि पानी के अणुओं के बीच का ससंजक बल, पानी और तेल के अणुओं के बीच के आसंजक बल से अधिक होता है $(C.F._{water} > A.F._{water-oil})$।
इसके विपरीत, जब तेल की बूंद को पानी में रखा जाता है, तो यह फैल जाती है क्योंकि तेल और पानी के अणुओं के बीच का आसंजक बल, तेल के अणुओं के बीच के ससंजक बल से अधिक होता है $(A.F._{water-oil} > C.F._{oil})$।
इसलिए, पानी की बूंद के तेल में गोलाकार रहने का मुख्य कारण यह है कि पानी का ससंजक बल, पानी और तेल के बीच के आसंजक बल से अधिक होता है।
7
EasyMCQ
कांच की केशिका नली में,द्रव की सतह का आकार किस पर निर्भर करता है?
A
केवल द्रव के अणुओं के ससंजक बल पर
B
केवल कांच और द्रव के अणुओं के बीच के आसंजक बल पर
C
केवल परमाणुओं के बीच के सापेक्ष ससंजक और आसंजक बल पर
D
न तो ससंजक और न ही आसंजक बल पर

Solution

(C) केशिका नली में द्रव की सतह का आकार (मेनिस्कस) संपर्क कोण द्वारा निर्धारित होता है।
संपर्क कोण द्रव,ठोस (कांच) और गैस (हवा) के बीच संपर्क बिंदु पर बलों के संतुलन द्वारा परिभाषित होता है।
ये बल ससंजक बल (द्रव के अणुओं के बीच का बल) और आसंजक बल (द्रव के अणुओं और कांच के अणुओं के बीच का बल) हैं।
इसलिए,सतह का आकार ससंजक और आसंजक बलों के सापेक्ष परिमाण पर निर्भर करता है।
यदि आसंजक बल ससंजक बल से अधिक मजबूत होते हैं,तो द्रव कांच को गीला करता है (अवतल मेनिस्कस)।
यदि ससंजक बल आसंजक बल से अधिक मजबूत होते हैं,तो द्रव कांच को गीला नहीं करता है (उत्तल मेनिस्कस)।
अतः,सही उत्तर $(c)$ है।
8
EasyMCQ
एक पात्र में रखे द्रव पर विचार करें। द्रव-ठोस आसंजक बल (adhesive force),द्रव के ससंजक बल (cohesive force) की तुलना में बहुत कमजोर है। ठोस के निकट द्रव की सतह का आकार कैसा होगा?
A
क्षैतिज
B
लगभग ऊर्ध्वाधर
C
अवतल
D
उत्तल

Solution

(D) द्रव की सतह का आकार ससंजक बल $(F_c)$ और आसंजक बल $(F_a)$ के सापेक्ष परिमाण पर निर्भर करता है।
जब द्रव के अणुओं के बीच का ससंजक बल,द्रव और ठोस सतह के बीच के आसंजक बल की तुलना में बहुत अधिक होता है $(F_c > F_a)$,तो द्रव के अणु ठोस सतह से दूर हटने की प्रवृत्ति रखते हैं।
इसके परिणामस्वरूप ठोस के संपर्क बिंदु के पास एक उत्तल मेनिस्कस (convex meniscus) बनता है।
इस व्यवहार का एक उत्कृष्ट उदाहरण कांच के पात्र में पारा है।
9
EasyMCQ
यदि कांच की छड़ को पारे (mercury) में डुबोकर बाहर निकाला जाए,तो पारा छड़ को गीला नहीं करता है क्योंकि
A
संपर्क कोण न्यूनकोण है
B
संसंजक बल (cohesion force) अधिक है
C
आसंजक बल (adhesion force) अधिक है
D
पारे का घनत्व अधिक है

Solution

(B) संसंजक बल समान अणुओं के बीच का अंतर-आणविक आकर्षण है,जबकि आसंजक बल असमान अणुओं के बीच का अंतर-आणविक बल है।
दिए गए मामले में,पारे के अणुओं के बीच का संसंजक बल,पारे के अणुओं और कांच की छड़ के बीच के आसंजक बल की तुलना में काफी अधिक होता है।
संसंजक बल के अधिक प्रभावी होने के कारण,पारे के अणु कांच की सतह पर चिपकने के बजाय आपस में जुड़े रहना पसंद करते हैं,यही कारण है कि पारा छड़ को गीला नहीं करता है।
10
EasyMCQ
पारा कांच,लकड़ी या लोहे को गीला नहीं करता है क्योंकि
A
ससंजक बल आसंजक बल से कम है
B
ससंजक बल आसंजक बल से अधिक है
C
संपर्क कोण $90^o$ से कम है
D
ससंजक बल आसंजक बल के बराबर है

Solution

(B) किसी सतह का द्रव द्वारा गीला होना ससंजक बल (द्रव के अणुओं के बीच का बल) और आसंजक बल (द्रव के अणुओं और ठोस सतह के अणुओं के बीच का बल) के सापेक्ष परिमाण पर निर्भर करता है।
यदि ससंजक बल आसंजक बल से अधिक है,तो द्रव के अणु ठोस सतह पर चिपकने के बजाय एक साथ रहना पसंद करते हैं।
पारे के मामले में,पारे के परमाणुओं के बीच का ससंजक बल,पारे के परमाणुओं और कांच,लकड़ी या लोहे के अणुओं के बीच के आसंजक बल की तुलना में काफी अधिक होता है।
परिणामस्वरूप,पारा इन सतहों को गीला नहीं करता है और एक उत्तल मेनिस्कस बनाता है,जिसके परिणामस्वरूप संपर्क कोण अधिक कोण $(> 90^o)$ होता है।
11
EasyMCQ
किसी द्रव का पृष्ठ तनाव किससे प्रभावित होता है?
A
यह तापमान बढ़ने के साथ बढ़ता है
B
संपर्क में आने वाले द्रव की प्रकृति
C
साबुन की उपस्थिति जो इसे बढ़ाती है
D
द्रव की सांद्रता के साथ इसका परिवर्तन

Solution

(D) पृष्ठ तनाव द्रव की सतह का एक गुण है जो अंतर-आणविक बलों पर निर्भर करता है।
$1$. तापमान: तापमान बढ़ने पर पृष्ठ तनाव आमतौर पर कम हो जाता है क्योंकि अणुओं की गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है,जिससे ससंजक बल कमजोर हो जाते हैं।
$2$. अशुद्धियाँ: साबुन या डिटर्जेंट जैसे पृष्ठ-सक्रिय एजेंटों की उपस्थिति पानी के पृष्ठ तनाव को काफी कम कर देती है।
$3$. सांद्रता: किसी विलयन का पृष्ठ तनाव द्रव में घुले विलेय की सांद्रता के साथ बदलता रहता है।
इसलिए,द्रव की सांद्रता के साथ परिवर्तन एक ऐसा कारक है जो पृष्ठ तनाव को प्रभावित करता है।
12
EasyMCQ
जब पानी की एक बूंद को तेल की सतह पर गिराया जाता है, तो:
A
यह तेल के साथ मिल जाएगी
B
यह एक फिल्म के रूप में फैल जाएगी
C
इसका आकार विकृत हो जाएगा
D
यह गोलाकार बनी रहती है

Solution

(D) किसी सतह पर तरल बूंद का आकार पृष्ठ तनाव बलों के संतुलन द्वारा निर्धारित होता है।
जब पानी की बूंद को तेल की सतह पर रखा जाता है, तो पानी का पृष्ठ तनाव $(\gamma_w \approx 72 \times 10^{-3} \text{ N/m})$ तेल के पृष्ठ तनाव $(\gamma_o \approx 20-30 \times 10^{-3} \text{ N/m})$ से काफी अधिक होता है।
चूंकि पानी की बूंद के भीतर ससंजक बल (cohesive forces), पानी और तेल के बीच के आसंजक बलों (adhesive forces) की तुलना में बहुत मजबूत होते हैं, इसलिए पानी की बूंद अपने गोलाकार आकार को बनाए रखने के लिए अपने सतह क्षेत्र को न्यूनतम कर लेती है।
अतः, सही विकल्प $D$ है।
13
EasyMCQ
संसक्ति बल (Cohesive force) किनके बीच अनुभव किया जाता है?
A
चुंबकीय पदार्थ
B
विभिन्न पदार्थों के अणु
C
समान पदार्थों के अणु
D
इनमें से कोई नहीं

Solution

(C) संसक्ति बल (Cohesive force) को एक ही पदार्थ के अणुओं के बीच कार्य करने वाले आकर्षण बल के रूप में परिभाषित किया गया है।
यह बल संसक्ति के गुण के लिए जिम्मेदार है,जो पदार्थों को एक साथ बनाए रखने में मदद करता है।
14
MediumMCQ
यहाँ द्रव की तीन सतहें दिखाई गई हैं। सही कथन ज्ञात कीजिए।
Question diagram
A
द्रव $A$ का पृष्ठ तनाव अनंत है और ऐसी सतह व्यावहारिक रूप से संभव नहीं है।
B
द्रव $B$ के मामले में,सतह पर एक अणु पर परिणामी बल नीचे की ओर होगा,और सतह अवतल है।
C
द्रव $C$ के मामले में,पृष्ठ तनाव के कारण परिणामी बल नीचे की ओर निर्देशित होता है।
D
तीनों द्रवों $A, B$ और $C$ की सतहें संतुलन में हैं और इसलिए पृष्ठ तनाव के कारण शुद्ध बल समान है।

Solution

(B) द्रव की सतह के संतुलन में रहने के लिए,सतह पर एक अणु पर शुद्ध बल सतह के लंबवत होना चाहिए।
स्थिति $A$ में,सतह सपाट है। सतह पर एक अणु पर शुद्ध बल लंबवत नीचे की ओर निर्देशित होता है,जो सपाट सतह के लंबवत है। यह एक स्थिर संतुलन है।
स्थिति $B$ में,सतह अवतल है। सतह पर एक अणु पर परिणामी बल नीचे की ओर निर्देशित होता है,जो अवतल सतह के लंबवत है। यह तब होता है जब द्रव और पात्र के बीच आसंजक बल (adhesive force),द्रव के अणुओं के बीच ससंजक बल (cohesive force) से अधिक होता है।
स्थिति $C$ में,सतह उत्तल है। सतह पर एक अणु पर परिणामी बल नीचे की ओर निर्देशित होता है,जो उत्तल सतह के लंबवत है। यह तब होता है जब ससंजक बल,आसंजक बल से अधिक होता है।
इसलिए,कथन $B$ सही है क्योंकि अवतल सतह के लिए,सतह के अणु पर परिणामी बल द्रव के अंदर (नीचे की ओर) निर्देशित होता है।
15
Medium
समझाइए कि क्यों:
$(a)$ कांच के साथ पारे (mercury) का संपर्क कोण अधिक कोण (obtuse) होता है,जबकि कांच के साथ पानी का संपर्क कोण न्यून कोण (acute) होता है।
$(b)$ साफ कांच की सतह पर पानी फैल जाता है जबकि उसी सतह पर पारा बूंदें बनाता है। (दूसरे शब्दों में,पानी कांच को भिगोता है जबकि पारा नहीं।)
$(c)$ किसी द्रव का पृष्ठ तनाव सतह के क्षेत्रफल से स्वतंत्र होता है।
$(d)$ डिटर्जेंट घुले हुए पानी का संपर्क कोण छोटा होना चाहिए।
$(e)$ कोई भी बाहरी बल न होने पर द्रव की बूंद हमेशा गोलाकार होती है।

Solution

(N/A) संपर्क बिंदु पर द्रव की सतह के स्पर्शरेखा और द्रव के अंदर ठोस सतह के बीच के कोण को संपर्क कोण $(\theta)$ कहा जाता है,जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।
$S_{la}$,$S_{sa}$,और $S_{sl}$ क्रमशः द्रव-वायु,ठोस-वायु और ठोस-द्रव इंटरफेस के बीच के अंतरापृष्ठीय तनाव हैं। संपर्क रेखा पर,तीनों माध्यमों के बीच के सतही बल संतुलन में होने चाहिए,अर्थात,
$\cos \theta = \frac{S_{sa} - S_{sl}}{S_{la}}$
$(a)$ पारे के अणुओं के बीच ससंजक बल (cohesive force) प्रबल होता है और कांच के प्रति आसंजक बल (adhesive force) कमजोर होता है। इसलिए,$S_{sl} > S_{sa}$ होता है,जिससे $\cos \theta$ ऋणात्मक हो जाता है और संपर्क कोण अधिक कोण बन जाता है।
$(b)$ पानी के अणुओं के बीच ससंजक बल कमजोर होता है और कांच के प्रति आसंजक बल प्रबल होता है। इसलिए,$S_{sa} > S_{sl}$ होता है,जिससे $\cos \theta$ धनात्मक हो जाता है और संपर्क कोण न्यून कोण बन जाता है। परिणामस्वरूप,पानी फैल जाता है जबकि पारा बूंदें बनाता है।
$(c)$ पृष्ठ तनाव को इंटरफेस पर प्रति इकाई लंबाई में लगने वाले बल के रूप में परिभाषित किया गया है। यह द्रव-सतह इंटरफेस का एक गुण है और कुल सतह क्षेत्र से स्वतंत्र है।
$(d)$ डिटर्जेंट पानी के पृष्ठ तनाव को कम कर देते हैं। छोटा संपर्क कोण $(\theta)$ बेहतर गीलापन और केशिका क्रिया (capillary action) की सुविधा देता है,जिससे डिटर्जेंट का घोल कपड़ों में गहराई तक प्रवेश कर पाता है।
$(e)$ पृष्ठ तनाव के कारण,द्रव अपने सतह क्षेत्र को न्यूनतम करने की प्रवृत्ति रखता है। दिए गए आयतन के लिए,गोले का सतह क्षेत्र न्यूनतम होता है। इसलिए,बाहरी बलों की अनुपस्थिति में,द्रव की बूंदें हमेशा गोलाकार होती हैं।
Solution diagram
16
Easy
दर्शाइए कि स्थिर तरल द्वारा लगाया गया बल उसकी संपर्क सतह के लंबवत होता है।

Solution

(N/A) मान लीजिए कि एक वस्तु स्थिर तरल में डूबी हुई है। तरल वस्तु की सतह पर एक बल लगाता है। यह बल सतह के लंबवत (perpendicular) होना चाहिए।
इसे विरोधाभास द्वारा सिद्ध करने के लिए,मान लीजिए कि तरल द्वारा लगाए गए बल का एक घटक सतह के समानांतर है। $Newton$ के तीसरे नियम के अनुसार,वस्तु भी तरल पर सतह के समानांतर समान और विपरीत बल लगाएगी।
चूंकि तरल स्थिर है,यह कर्तन प्रतिबल (shear stress - सतह के समानांतर बल) को सहन नहीं कर सकता है। यदि ऐसा कोई समानांतर बल मौजूद होता,तो यह तरल के कणों को सतह के साथ प्रवाहित होने के लिए प्रेरित करता। हालांकि,चूंकि तरल स्थिर अवस्था में है,इसलिए ऐसा कोई प्रवाह नहीं होता है।
अतः,स्थिर तरल द्वारा लगाया गया बल उसकी संपर्क सतह के लंबवत ही होना चाहिए।
Solution diagram
17
Medium
स्थितिज ऊर्जा के संदर्भ में पृष्ठ तनाव (surface tension) को समझाइए।

Solution

(N/A) अणुओं के बीच आकर्षण के कारण द्रव एक साथ रहता है।
मान लीजिए कि एक अणु $A$ द्रव के भीतर है। अंतर-आणविक दूरियाँ ऐसी होती हैं कि यह अपने चारों ओर के सभी अणुओं द्वारा आकर्षित होता है। यह आकर्षण अणु के लिए एक ऋणात्मक स्थितिज ऊर्जा उत्पन्न करता है,जो चुने हुए अणु के चारों ओर अणुओं की संख्या और वितरण पर निर्भर करता है। द्रव के भीतर सभी अणुओं की औसत स्थितिज ऊर्जा समान होती है।
अब,सतह के पास स्थित एक अणु पर विचार करें। इसका केवल निचला आधा हिस्सा ही द्रव के अणुओं से घिरा होता है। इनके कारण कुछ ऋणात्मक स्थितिज ऊर्जा होती है,लेकिन यह द्रव के भीतर स्थित अणु की तुलना में कम होती है (लगभग आधी)।
इस प्रकार,द्रव की सतह पर स्थित अणुओं के पास आंतरिक अणुओं की तुलना में कुछ अतिरिक्त स्थितिज ऊर्जा होती है। इसलिए,एक द्रव का पृष्ठ क्षेत्रफल न्यूनतम होने की प्रवृत्ति होती है,जो बाहरी परिस्थितियों द्वारा अनुमत है,क्योंकि यह प्रणाली की कुल स्थितिज ऊर्जा को कम करता है। इस गुण को पृष्ठ तनाव कहा जाता है।
चूंकि द्रव अणुओं से बना होता है जो गति करते रहते हैं,इसलिए कोई पूर्णतः तीक्ष्ण सतह नहीं हो सकती है। सतह के लंबवत दिशा में कुछ आणविक आकारों की दूरी पर द्रव के अणुओं का घनत्व तेजी से घटकर शून्य हो जाता है। द्रव की मुक्त सतह के नीचे $r_0$ मोटाई की परत को पृष्ठीय परत कहा जाता है।
Solution diagram
18
Medium
संसंजक बल (Cohesive forces) क्या हैं?

Solution

(N/A) संसंजक बल वे अंतर-आणविक आकर्षण बल हैं जो एक ही पदार्थ के अणुओं के बीच कार्य करते हैं।
ये बल पृष्ठ तनाव (Surface tension) की घटना और तरल पदार्थों के बूंदों के रूप में रहने की प्रवृत्ति के लिए जिम्मेदार होते हैं।
उदाहरण के लिए,पानी की एक बूंद में पानी के अणुओं के बीच का आकर्षण संसंजक बलों के कारण होता है।
19
MediumMCQ
पानी की बूंद को कांच की सतह पर चिपके रहने के लिए कौन सा बल आवश्यक है?
A
आसंजक बल (Adhesive force)
B
संसंजक बल (Cohesive force)
C
गुरुत्वाकर्षण बल
D
अभिकेंद्र बल

Solution

(A) किसी द्रव की बूंद को कांच जैसी ठोस सतह पर चिपके रहने के लिए,द्रव के अणुओं और ठोस सतह के अणुओं के बीच का आकर्षण बल,द्रव के स्वयं के अणुओं के बीच के आकर्षण बल से अधिक होना चाहिए।
विभिन्न प्रकार के अणुओं के बीच के इस आकर्षण बल को आसंजक बल (Adhesive force) कहा जाता है।
इसलिए,बूंद पर कार्य करने वाले संसंजक बल और गुरुत्वाकर्षण बल को दूर करने के लिए आसंजक बल पर्याप्त होना चाहिए।
20
MediumMCQ
वह अधिकतम दूरी क्या कहलाती है जिस तक अणु एक-दूसरे पर आकर्षण बल लगा सकते हैं?
A
आणविक परास (Molecular range)
B
प्रभाव क्षेत्र (Sphere of influence)
C
पृष्ठ तनाव (Surface tension)
D
केशिकात्व (Capillarity)

Solution

(A) वह अधिकतम दूरी जिस तक एक अणु दूसरे अणु पर आकर्षण बल लगा सकता है, उसे आणविक परास (Molecular range) कहा जाता है।
यह दूरी आमतौर पर $10^{-9} \, m$ (या $10 \, \text{Å}$) की कोटि की होती है।
इस परास के भीतर, अंतर-आणविक बल महत्वपूर्ण होते हैं, जो पृष्ठ तनाव और केशिकात्व को समझने के लिए एक मूलभूत अवधारणा है।
21
Medium
आणविक क्रिया का गोला (sphere of molecular action) क्या है?

Solution

(N/A) आणविक क्रिया का गोला उस काल्पनिक गोले को कहा जाता है जिसे एक अणु को केंद्र मानकर खींचा जाता है,जिसकी त्रिज्या आणविक सीमा (लगभग $10^{-9} \ m$) के बराबर होती है।
इस गोले के भीतर,अणु अन्य अणुओं पर एक महत्वपूर्ण आकर्षण बल लगाता है।
इस गोले के बाहर स्थित किसी भी अणु पर केंद्रीय अणु द्वारा कोई महत्वपूर्ण आकर्षण बल अनुभव नहीं किया जाता है क्योंकि अंतर-आणविक बल बहुत कम दूरी के बल होते हैं।
22
Medium
द्रव की सतह को परिभाषित कीजिए।

Solution

(N/A) द्रव की सतह को द्रव अवस्था और गैसीय अवस्था (या निर्वात) के बीच या दो अमिश्रणीय द्रवों के बीच की सीमा परत के रूप में परिभाषित किया जाता है।
यह एक पतली परत होती है,जो आमतौर पर कुछ आणविक व्यास जितनी मोटी होती है,जहाँ अणु अंतर-आणविक बलों के असंतुलन के कारण अंदर की ओर एक नेट बल का अनुभव करते हैं।
यह असंतुलन पृष्ठ तनाव (surface tension) की घटना को जन्म देता है,जहाँ सतह एक खिंची हुई प्रत्यास्थ झिल्ली की तरह व्यवहार करती है।
23
EasyMCQ
द्रव की सतह पर स्थित अणु पर बल किस दिशा में कार्य करता है? समझाइए।
A
नीचे की ओर
B
ऊपर की ओर
C
क्षैतिज
D
कोई बल कार्य नहीं करता

Solution

(A) द्रव की सतह पर स्थित एक अणु पर द्रव के भीतर की ओर निर्देशित एक असंतुलित ससंजक बल (cohesive force) कार्य करता है।
इसका कारण यह है कि सतह के नीचे द्रव अवस्था में अणुओं की संख्या सतह के ऊपर वाष्प अवस्था में अणुओं की संख्या की तुलना में बहुत अधिक होती है।
परिणामस्वरूप,सतह के अणु पर लगने वाला कुल बल नीचे की ओर,सतह के लंबवत कार्य करता है,जो उसे द्रव के भीतर खींचता है।
24
MediumMCQ
द्रव की सतह में अपने क्षेत्रफल को न्यूनतम करने की प्रवृत्ति क्यों होती है?
A
अणुओं के बीच ससंजक बलों के कारण।
B
अणुओं के बीच आसंजक बलों के कारण।
C
द्रव पर कार्य करने वाले गुरुत्वाकर्षण बल के कारण।
D
द्रव की श्यानता के कारण।

Solution

(A) द्रव की सतह पर स्थित अणु एक शुद्ध आंतरिक बल का अनुभव करते हैं क्योंकि वे केवल अपने नीचे के अणुओं द्वारा आकर्षित होते हैं,न कि ऊपर के अणुओं (हवा या वाष्प में) द्वारा।
यह शुद्ध आंतरिक बल सतह के अणुओं को द्रव के भीतर खींचता है,जिससे सतह पर अणुओं की संख्या प्रभावी रूप से कम हो जाती है।
चूंकि निकाय की स्थितिज ऊर्जा सतह के क्षेत्रफल के समानुपाती होती है,इसलिए सतह के क्षेत्रफल को न्यूनतम करने से स्थितिज ऊर्जा न्यूनतम हो जाती है,जो स्थिर संतुलन की स्थिति की ओर ले जाती है।
इस घटना को पृष्ठ तनाव कहा जाता है,जिसके कारण द्रव की सतह एक खिंची हुई प्रत्यास्थ झिल्ली की तरह व्यवहार करती है।
25
MediumMCQ
जब एक द्रव की सतह किसी अन्य द्रव या ठोस की सतह के संपर्क में होती है,तो पृष्ठ तनाव (surface tension) किस पर निर्भर करता है?
A
केवल द्रव की प्रकृति पर
B
केवल दूसरे द्रव या ठोस सतह की प्रकृति पर
C
द्रव और संपर्क में मौजूद सतह दोनों की प्रकृति पर
D
यह सतहों की प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है

Solution

(C) पृष्ठ तनाव दो अवस्थाओं (phases) के बीच के इंटरफेस का एक गुण है। जब कोई द्रव किसी अन्य द्रव या ठोस के संपर्क में होता है,तो इंटरफेस पर अंतर-आणविक बल शामिल दोनों पदार्थों की प्रकृति पर निर्भर करते हैं। इसलिए,पृष्ठ तनाव (या इंटरफेशियल तनाव) द्रव और संपर्क में मौजूद सतह दोनों की प्रकृति पर निर्भर करता है।
26
Difficult
समझाइए कि ड्रॉपर के रबर बल्ब को दबाए बिना उससे पानी बाहर क्यों नहीं निकलता है।

Solution

(N/A) ड्रॉपर वायुमंडलीय दबाव के सिद्धांत पर कार्य करता है। जब रबर बल्ब को नहीं दबाया जाता है,तो ड्रॉपर के अंदर का वायु दबाव बाहर के वायुमंडलीय दबाव के बराबर होता है। चूंकि दबाव में कोई अंतर नहीं होता है,इसलिए पृष्ठ तनाव (surface tension) और बलों के संतुलन के कारण पानी अंदर ही रहता है। जब रबर बल्ब को दबाया जाता है,तो अंदर की हवा का आयतन कम हो जाता है,जिससे ड्रॉपर के अंदर का वायु दबाव बढ़ जाता है। यह बढ़ा हुआ दबाव पानी को नोजल से बाहर धकेलता है।
27
Easy
कारण दीजिए कि पारा कांच को क्यों नहीं भिगोता है।

Solution

(N/A) पारे के अणुओं के बीच लगने वाला ससंजक बल (cohesive force),पारे और कांच के अणुओं के बीच लगने वाले आसंजक बल (adhesive force) की तुलना में बहुत अधिक होता है।
चूंकि ससंजक बल प्रभावी होता है,इसलिए पारे के अणु कांच की सतह पर फैलने के बजाय एक साथ रहना पसंद करते हैं।
परिणामस्वरूप,पारा कांच की सतह पर चिपकता नहीं है और न ही उसे भिगोता है।
28
Easy
जब पारे (mercury) की बूंदों को कांच की एक साफ सतह पर रखा जाता है,तो वे मिलकर एक एकल बूंद बन जाती हैं। व्याख्या कीजिए।

Solution

(N/A) पारे के अणुओं और कांच के अणुओं के बीच लगने वाला आसंजक बल (adhesive force) कमजोर होता है,जबकि पारे के अणुओं के बीच लगने वाला ससंजक बल (cohesive force) बहुत मजबूत होता है।
चूंकि ससंजक बल आसंजक बल की तुलना में बहुत अधिक होता है,इसलिए पारे के अणु कांच की सतह पर फैलने के बजाय एक-दूसरे के साथ जुड़े रहना पसंद करते हैं।
परिणामस्वरूप,पारे की बूंदें कांच की सतह को गीला नहीं करती हैं और अपने पृष्ठीय क्षेत्रफल को कम करने के लिए आपस में मिलकर एक बड़ी बूंद का निर्माण करती हैं।
29
EasyMCQ
स्तंभ-$I$ में बल और स्तंभ-$II$ में उनका उपयोग दिया गया है। उन्हें उचित रूप से सुमेलित करें।
स्तंभ-$I$स्तंभ-$II$
$(a)$ ससंजक बल (Cohesive force)$(i)$ ब्लैकबोर्ड पर चॉक से लिखने के लिए उपयोगी।
$(b)$ आसंजक बल (Adhesive force)$(ii)$ सोल्डरिंग में उपयोगी।
$(iii)$ द्रव की गोलाकार बूंदों के निर्माण के लिए उपयोगी।
A
$(a-iii), (b-i)$
B
$(a-ii), (b-i)$
C
$(a-iii), (b-ii)$
D
$(a-i), (b-iii)$

Solution

(A) ससंजक बल एक ही पदार्थ के अणुओं के बीच लगने वाला आकर्षण बल है। यह बल द्रवों के पृष्ठ तनाव के लिए जिम्मेदार होता है,जिसके कारण द्रव की बूंदें सतह के क्षेत्रफल को कम करने के लिए गोलाकार आकार ले लेती हैं। अतः,$(a)$ का मिलान $(iii)$ से होता है।
आसंजक बल विभिन्न पदार्थों के अणुओं के बीच लगने वाला आकर्षण बल है। जब ब्लैकबोर्ड पर चॉक से लिखा जाता है,तो आसंजक बल के कारण चॉक के कण बोर्ड पर चिपक जाते हैं। अतः,$(b)$ का मिलान $(i)$ से होता है।
इसलिए,सही मिलान $(a-iii), (b-i)$ है।
30
MediumMCQ
यदि कांच के पात्र में रखे किसी द्रव के लिए,ससंजक बल $(F_C)$ आसंजक बल $(F_A)$ का दोगुना है,तो निम्नलिखित में से कौन से कथन सही हैं?
$(A)$ मेनिस्कस उत्तल (convex) होगा।
$(B)$ द्रव कांच को भिगोएगा।
$(C)$ संपर्क कोण अधिक कोण (obtuse) होगा।
$(D)$ द्रव में डूबी कांच की केशिका नली में केशिका अवनमन (capillary descent) होगा।
सही विकल्प है/हैं:
A
केवल $(B)$
B
सभी $(A), (B), (C), (D)$
C
केवल $(A), (C)$
D
केवल $(A), (C), (D)$

Solution

(D) कांच की दीवार के पास द्रव की सतह पर एक अणु पर लगने वाला कुल बल ससंजक बल $(F_C)$ और आसंजक बल $(F_A)$ का परिणामी होता है।
दिया गया है कि $F_C = 2F_A$ है।
परिणामी बल $F_{net}$ ऊर्ध्वाधर के साथ $\theta$ कोण पर कार्य करता है,जहाँ $\tan \theta = \frac{F_A}{F_C} = \frac{F_A}{2F_A} = 0.5$ है।
चूंकि ससंजक बल आसंजक बल से अधिक है $(F_C > F_A)$,इसलिए परिणामी बल द्रव के अंदर की ओर कार्य करता है,जिससे मेनिस्कस उत्तल हो जाता है।
मेनिस्कस उत्तल होने के कारण,संपर्क कोण $\theta_c$ अधिक कोण $(> 90^{\circ})$ होता है।
जिन द्रवों का संपर्क कोण अधिक कोण होता है,वे कांच की सतह को नहीं भिगोते हैं।
केशिका नली में द्रव का चढ़ना या उतरना $h = \frac{2T \cos \theta_c}{r \rho g}$ द्वारा दिया जाता है। चूँकि $\theta_c > 90^{\circ}$ है,$\cos \theta_c$ ऋणात्मक होता है,जिसके परिणामस्वरूप $h$ का मान ऋणात्मक होता है,जो केशिका अवनमन को दर्शाता है।
अतः,कथन $(A), (C)$ और $(D)$ सही हैं।
Solution diagram
31
EasyMCQ
प्रभाव के गोले (sphere of influence) में,उसके केंद्र पर स्थित द्रव का अणु
A
प्रभाव के गोले के भीतर के अन्य अणुओं द्वारा आकर्षित होता है।
B
प्रभाव के गोले के बाहर स्थित अन्य अणुओं द्वारा प्रतिकर्षित होता है।
C
प्रभाव के गोले के बाहर स्थित अन्य अणुओं द्वारा आकर्षित होता है।
D
प्रभाव के गोले के भीतर के अन्य अणुओं द्वारा प्रतिकर्षित होता है।

Solution

(A) प्रभाव का गोला (sphere of influence) एक ऐसा गोला है जिसकी त्रिज्या आणविक सीमा के बराबर होती है और इसका केंद्र एक विशिष्ट अणु पर स्थित होता है।
इस गोले के भीतर,केंद्रीय अणु गोले के अंदर मौजूद अन्य सभी अणुओं से आकर्षक अंतर-आणविक बल का अनुभव करता है।
चूंकि गोला अणु पर केंद्रित है,इसलिए आसपास के अणुओं का वितरण सममित होता है,जिसके परिणामस्वरूप केंद्रीय अणु पर लगने वाला कुल बल शून्य होता है।
हालाँकि,यह अंतःक्रिया स्वयं प्रभाव के गोले के भीतर स्थित अन्य अणुओं द्वारा लगाया गया एक आकर्षण बल है।
32
MediumMCQ
सतह पर स्थित पानी का एक अणु अनुभव करता है:
A
नीचे की ओर परिणामी असंतुलित आसंजक बल
B
ऊपर की ओर परिणामी असंतुलित ससंजक बल
C
नीचे की ओर परिणामी असंतुलित ससंजक बल
D
ऊपर की ओर परिणामी असंतुलित आसंजक बल

Solution

(C) सतह पर स्थित एक अणु नीचे की दिशा में एक नेट बल (ससंजक बल) का अनुभव करता है क्योंकि ऊपर की तुलना में नीचे से उसे खींचने वाले अणुओं की संख्या अधिक होती है (चित्र में दर्शाया गया अणु $A$)।
इसके विपरीत,द्रव के भीतर स्थित एक अणु अपने चारों ओर के अणुओं द्वारा सभी दिशाओं में समान रूप से खींचा जाता है (चित्र में दर्शाया गया अणु $B$),जिसके परिणामस्वरूप उस पर लगने वाला कुल बल शून्य होता है।
Solution diagram
33
MediumMCQ
पानी तैलीय कांच को गीला नहीं करता है क्योंकि
A
तेल का ससंजक बल,तेल और कांच के बीच के आसंजक बल से अधिक है
B
तेल का ससंजक बल,पानी के ससंजक बल से अधिक है
C
तेल पानी को प्रतिकर्षित करता है
D
पानी का ससंजक बल,पानी और तेल के अणुओं के बीच के आसंजक बल से अधिक है

Solution

(D) समान अणुओं के बीच लगने वाले आकर्षण बल को ससंजक बल कहते हैं,और भिन्न अणुओं के बीच लगने वाले आकर्षण बल को आसंजक बल कहते हैं।
जब पानी तैलीय सतह के संपर्क में आता है,तो यह अधिक कोण (obtuse angle) बनाता है।
यह दर्शाता है कि पानी के अणुओं के बीच का ससंजक बल,पानी और तेल के अणुओं के बीच के आसंजक बल की तुलना में काफी अधिक है।
चूंकि ससंजक बल प्रभावी होता है,इसलिए पानी के अणु तैलीय सतह पर फैलने के बजाय एक-दूसरे के साथ चिपके रहना पसंद करते हैं,जिससे कांच गीला नहीं हो पाता है।
अतः,सही कारण यह है कि पानी का ससंजक बल,पानी और तेल के अणुओं के बीच के आसंजक बल से अधिक होता है।

Fluid Mechanics and Surface Tension — Basic of Surface tenstion , Adhesive force and Cohesive force · Frequently Asked Questions

1Are these Fluid Mechanics and Surface Tension 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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