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Bernoulli's Theorem and Applications of Bernoulli's Theory Questions in Hindi

Class 11 Physics · Fluid Mechanics and Surface Tension · Bernoulli's Theorem and Applications of Bernoulli's Theory

175+

Questions

Hindi

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100%

With Solutions

Showing 23 of 175 questions in Hindi

151
EasyMCQ
बर्नौली का समीकरण किसके संरक्षण का कथन है?
A
ऊर्जा
B
संवेग
C
कोणीय संवेग
D
द्रव्यमान

Solution

(A) बर्नौली का समीकरण बहते हुए तरल पदार्थ पर लागू कार्य-ऊर्जा प्रमेय से प्राप्त किया जाता है। यह बताता है कि एक असंपीड्य,अश्यान और धारा रेखीय प्रवाह के लिए,दाब ऊर्जा,प्रति इकाई आयतन गतिज ऊर्जा और प्रति इकाई आयतन स्थितिज ऊर्जा का योग एक धारा रेखा के साथ स्थिर रहता है। इसलिए,यह ऊर्जा संरक्षण के नियम का प्रतिनिधित्व करता है।
152
MediumMCQ
एक बंद पानी की टंकी का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल $A$ है। पानी की मुक्त सतह से $h$ गहराई पर इसमें एक छोटा छेद है। छेद की त्रिज्या $r$ इस प्रकार है कि $r \ll \sqrt{\frac{A}{\pi}}$। यदि $p_o$ पानी के स्तर के ऊपर टंकी के अंदर का दबाव है और $p_a$ वायुमंडलीय दबाव है,तो छेद से बाहर आने वाले पानी के प्रवाह की दर क्या है? ($\rho$ पानी का घनत्व है)।
Question diagram
A
$\pi r^2 \sqrt{2 g h}$
B
$\pi r^2 \sqrt{2 g h+\frac{2\left(p_o-p_a\right)}{\rho}}$
C
$\pi r^2 \sqrt{2 g H}$
D
$\pi r^2 \sqrt{g h+\frac{2\left(p_0-p_a\right)}{\rho}}$

Solution

(B) मुक्त सतह (बिंदु $1$) और छेद (बिंदु $2$) के बीच बर्नौली के सिद्धांत को लागू करने पर:
$p_o + \rho g h + \frac{1}{2} \rho v_1^2 = p_a + \rho g(0) + \frac{1}{2} \rho v^2$
चूंकि छेद बहुत छोटा है $(r \ll \sqrt{A/\pi})$,मुक्त सतह का वेग $v_1 \approx 0$ है।
अतः,$p_o + \rho g h = p_a + \frac{1}{2} \rho v^2$
$v$ के लिए पुनर्व्यवस्थित करने पर:
$\frac{1}{2} \rho v^2 = (p_o - p_a) + \rho g h$
$v^2 = \frac{2(p_o - p_a)}{\rho} + 2gh$
$v = \sqrt{2gh + \frac{2(p_o - p_a)}{\rho}}$
प्रवाह की दर (आयतन प्रवाह दर) $Q = \text{छेद का क्षेत्रफल} \times v = \pi r^2 \sqrt{2gh + \frac{2(p_o - p_a)}{\rho}}$.
153
MediumMCQ
एक क्षैतिज पाइप में पानी सुव्यवस्थित प्रवाह में बह रहा है। पाइप पर एक बिंदु पर,जहाँ अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $10 \text{ cm}^2$ है,पानी का वेग $1 \text{ ms}^{-1}$ है और दबाव $2000 \text{ Pa}$ है। दूसरे बिंदु पर जहाँ अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $5 \text{ cm}^2$ है,पानी का दबाव क्या होगा ($Pa$ में)? [पानी का घनत्व $= 1000 \text{ kgm}^{-3}$]
A
$300$
B
$400$
C
$500$
D
$200$

Solution

(C) सांतत्य समीकरण का उपयोग करते हुए,$A_1 V_1 = A_2 V_2$।
दिया गया है $A_1 = 10 \text{ cm}^2$,$V_1 = 1 \text{ ms}^{-1}$,और $A_2 = 5 \text{ cm}^2$।
$V_2 = (A_1 V_1) / A_2 = (10 \times 1) / 5 = 2 \text{ ms}^{-1}$।
क्षैतिज पाइप के लिए बर्नौली के समीकरण का उपयोग करते हुए,$P_1 + 0.5 \rho V_1^2 = P_2 + 0.5 \rho V_2^2$।
$P_2 = P_1 + 0.5 \rho (V_1^2 - V_2^2)$।
$P_2 = 2000 + 0.5 \times 1000 \times (1^2 - 2^2)$।
$P_2 = 2000 + 500 \times (1 - 4) = 2000 - 1500 = 500 \text{ Pa}$।
154
DifficultMCQ
पानी एक असमान अनुप्रस्थ काट वाली क्षैतिज पाइप में धारा रेखीय प्रवाह में बह रहा है। पाइप के जिस बिंदु पर अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $10 \,cm^{2}$ है, वहां पानी का वेग $1 \,ms^{-1}$ और दाब $2000 \,Pa$ है। जिस बिंदु पर अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $5 \,cm^{2}$ है, वहां दाब कितना होगा ($\,Pa$ में)?
A
$4000$
B
$2000$
C
$1000$
D
$500$

Solution

(D) सांतत्य समीकरण (equation of continuity) के अनुसार, $A_{1} v_{1} = A_{2} v_{2}$ होता है।
दिया गया है: $A_{1} = 10 \,cm^{2}$, $v_{1} = 1 \,ms^{-1}$, $A_{2} = 5 \,cm^{2}$।
मान रखने पर: $10 \times 1 = 5 \times v_{2} \implies v_{2} = 2 \,ms^{-1}$।
क्षैतिज पाइप के लिए बर्नौली के समीकरण का उपयोग करने पर: $P_{1} + \frac{1}{2} \rho v_{1}^{2} = P_{2} + \frac{1}{2} \rho v_{2}^{2}$।
यहाँ, $\rho = 1000 \,kg/m^{3}$ (पानी का घनत्व) है।
$2000 + \frac{1}{2} \times 1000 \times (1)^{2} = P_{2} + \frac{1}{2} \times 1000 \times (2)^{2}$।
$2000 + 500 = P_{2} + 2000$।
$2500 = P_{2} + 2000 \implies P_{2} = 500 \,Pa$।
155
DifficultMCQ
एक नल से पानी $4 \,m/s$ के प्रारंभिक वेग के साथ लंबवत नीचे की ओर गिरता है। नल का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल $A$ है। प्रवाह स्थिर है और पानी की पूरी धारा में दबाव स्थिर रहता है। नल के नीचे वह लंबवत दूरी $h$ ज्ञात कीजिए,जहाँ धारा का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल $\frac{2}{3} A$ हो जाता है ($g = 10 \,m/s^2$ लें): ($\,m$ में)
A
$0.5$
B
$1$
C
$1.5$
D
$2.2$

Solution

(B) सांतत्य समीकरण (equation of continuity) के अनुसार,असंपीड्य तरल के लिए अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल और वेग का गुणनफल स्थिर रहता है: $A_1 v_1 = A_2 v_2$।
यहाँ $A_1 = A$,$v_1 = 4 \,m/s$,और $A_2 = \frac{2}{3} A$ दिया गया है।
इन मानों को रखने पर: $A \times 4 = \frac{2}{3} A \times v_2$।
$v_2$ के लिए हल करने पर: $v_2 = 4 \times \frac{3}{2} = 6 \,m/s$।
अब,नीचे गिरती धारा के लिए ऊर्जा संरक्षण के सिद्धांत (बर्नौली समीकरण) का उपयोग करने पर: $P + \rho g h_1 + \frac{1}{2} \rho v_1^2 = P + \rho g h_2 + \frac{1}{2} \rho v_2^2$।
चूंकि दबाव $P$ स्थिर है और $h_1 - h_2 = h$ है,समीकरण सरल होकर बनता है: $g h = \frac{1}{2} (v_2^2 - v_1^2)$।
मान रखने पर: $10 \times h = \frac{1}{2} (6^2 - 4^2)$।
$10 h = \frac{1}{2} (36 - 16) = \frac{1}{2} (20) = 10$।
अतः,$h = 1 \,m$।
156
EasyMCQ
एक क्षैतिज पाइप में पानी धारा रेखीय प्रवाह में बह रहा है। यदि उस बिंदु पर जहाँ अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $10 \,cm^2$ और वेग $1 \,m/s$ है,दाब $2000 \,Pa$ है,तो दूसरे बिंदु पर जहाँ अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $5 \,cm^2$ है,पानी का दाब क्या होगा ($\,Pa$ में)?
A
$2500$
B
$2000$
C
$1000$
D
$500$

Solution

(D) सांतत्य समीकरण (equation of continuity) का उपयोग करने पर:
$A_1 V_1 = A_2 V_2$
$10 \times 1 = 5 \times V_2 \Rightarrow V_2 = 2 \,m/s$
क्षैतिज पाइप के लिए बर्नौली प्रमेय लागू करने पर $(h_1 = h_2)$:
$P_1 + \frac{1}{2} \rho V_1^2 = P_2 + \frac{1}{2} \rho V_2^2$
यहाँ $\rho = 1000 \,kg/m^3$ (पानी का घनत्व):
$2000 + \frac{1}{2} \times 1000 \times (1)^2 = P_2 + \frac{1}{2} \times 1000 \times (2)^2$
$2000 + 500 = P_2 + 2000$
$P_2 = 2500 - 2000 = 500 \,Pa$
157
MediumMCQ
आकृति में $\rho$ घनत्व वाले द्रव का स्थिर प्रवाह दर्शाया गया है। बिंदु $1$ पर अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $2A$ है और द्रव के प्रवाह की गति $\sqrt{2} \ m \ s^{-1}$ है। बिंदु $2$ पर अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $A$ है। बिंदुओं $1$ और $2$ के बीच,दबाव का अंतर $100 \ N \ m^{-2}$ है और ऊंचाई का अंतर $10 \ cm$ है। $\rho$ का मान ज्ञात कीजिए (गुरुत्वीय त्वरण $= 10 \ m \ s^{-2}$) ($kg \ m^{-3}$ में)
Question diagram
A
$25$
B
$30$
C
$50$
D
$70$

Solution

(C) सांतत्य समीकरण के अनुसार,$A_1 v_1 = A_2 v_2$.
दिया गया है $A_1 = 2A$,$v_1 = \sqrt{2} \ m \ s^{-1}$,और $A_2 = A$.
इन मानों को प्रतिस्थापित करने पर: $(2A)(\sqrt{2}) = (A)v_2 \Rightarrow v_2 = 2\sqrt{2} \ m \ s^{-1}$.
स्थिर प्रवाह के लिए,बिंदुओं $1$ और $2$ पर बर्नौली का समीकरण लागू करने पर:
$P_1 + \rho g h_1 + \frac{1}{2} \rho v_1^2 = P_2 + \rho g h_2 + \frac{1}{2} \rho v_2^2$.
पदों को पुनर्व्यवस्थित करने पर: $P_1 - P_2 = \rho g (h_2 - h_1) + \frac{1}{2} \rho (v_2^2 - v_1^2)$.
यहाँ $P_1 - P_2 = 100 \ N \ m^{-2}$ (क्योंकि चौड़े भाग $1$ पर दबाव अधिक है जहाँ गति कम है),$h_1 - h_2 = 10 \ cm = 0.1 \ m$,इसलिए $h_2 - h_1 = -0.1 \ m$.
$100 = \rho [10(-0.1) + \frac{1}{2}((2\sqrt{2})^2 - (\sqrt{2})^2)]$.
$100 = \rho [-1 + \frac{1}{2}(8 - 2)]$.
$100 = \rho [-1 + 3] = 2\rho$.
$\rho = 50 \ kg \ m^{-3}$.
158
EasyMCQ
एक आदर्श तरल पदार्थ परिवर्तनीय व्यास वाली क्षैतिज नली से होकर बहता है। दबाव वहाँ सबसे कम होता है जहाँ . . . . . . ।
A
वेग सबसे अधिक हो
B
वेग सबसे कम हो
C
व्यास सबसे बड़ा हो
D
वेग मध्यम हो

Solution

(A) एक आदर्श,स्थिर और असंपीड्य तरल प्रवाह के लिए बर्नौली के प्रमेय के अनुसार,एक स्ट्रीमलाइन के साथ प्रति इकाई द्रव्यमान दबाव ऊर्जा,गतिज ऊर्जा और स्थितिज ऊर्जा का योग स्थिर रहता है।
क्षैतिज नली के लिए,ऊँचाई $h$ स्थिर है,इसलिए समीकरण इस प्रकार सरल हो जाता है:
$P + \frac{1}{2} \rho v^2 = \text{constant}$
यहाँ,$P$ दबाव है,$\rho$ घनत्व है,और $v$ तरल का वेग है।
सांतत्य समीकरण $A_1 v_1 = A_2 v_2$ से,यह पता चलता है कि जहाँ अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $A$ सबसे छोटा होता है,वहाँ वेग $v$ सबसे अधिक होता है।
चूँकि $P + \frac{1}{2} \rho v^2 = \text{constant}$,यदि वेग $v$ बढ़ता है,तो योग को स्थिर रखने के लिए दबाव $P$ को कम होना चाहिए।
इसलिए,दबाव वहाँ सबसे कम होता है जहाँ वेग सबसे अधिक होता है।
159
MediumMCQ
कथन $(A)$: हवाई जहाज के पंख की ऊपरी सतह को उत्तल और निचली सतह को अवतल बनाया जाता है।
कारण $(R)$: ऊपर की ओर वायु धाराओं का वेग कम होता है और इसलिए ऊपर की तुलना में नीचे दबाव कम होता है।
A
$A$ और $R$ दोनों सत्य हैं और $R$,$A$ की सही व्याख्या है
B
$A$ और $R$ दोनों सत्य हैं लेकिन $R$,$A$ की सही व्याख्या नहीं है
C
$A$ सत्य है,$R$ असत्य है
D
$A$ असत्य है,$R$ असत्य है

Solution

(C) हवाई जहाज के पंख का आकार इस तरह से डिज़ाइन किया जाता है कि ऊपरी सतह उत्तल और निचली सतह अपेक्षाकृत सपाट या अवतल हो।
बर्नौली के सिद्धांत के अनुसार, घुमावदार ऊपरी सतह पर बहने वाली हवा पंख के नीचे बहने वाली हवा की तुलना में अधिक वेग से चलती है।
जैसे-जैसे वेग बढ़ता है, दबाव कम हो जाता है $(P + \frac{1}{2} \rho v^2 = \text{स्थिरांक})$.
इसलिए, ऊपर का दबाव नीचे के दबाव से कम होता है, जिससे ऊपर की ओर एक बल उत्पन्न होता है जिसे लिफ्ट कहा जाता है।
कथन $(A)$ सत्य है, लेकिन कारण $(R)$ असत्य है क्योंकि ऊपर की हवा का वेग अधिक होता है, कम नहीं, और ऊपर का दबाव कम होता है, अधिक नहीं।
160
EasyMCQ
बर्नौली का प्रमेय किसके संरक्षण पर आधारित है?
A
द्रव्यमान
B
संवेग
C
ऊर्जा
D
उपरोक्त सभी

Solution

(C) बर्नौली के प्रमेय के अनुसार,$p + \frac{1}{2} \rho V^2 + \rho g h = \text{नियतांक}$.
यहाँ,$p$ प्रति इकाई आयतन दाब ऊर्जा है,$\frac{1}{2} \rho V^2$ प्रति इकाई आयतन गतिज ऊर्जा है और $\rho g h$ प्रति इकाई आयतन स्थितिज ऊर्जा है।
धारा रेखीय प्रवाह में एक आदर्श तरल के लिए,इन ऊर्जाओं का योग स्थिर रहता है।
इसलिए,बर्नौली का प्रमेय ऊर्जा संरक्षण के नियम पर आधारित है।
161
EasyMCQ
बर्नौली का प्रमेय किसका परिणाम है?
A
द्रव्यमान का संरक्षण
B
ऊर्जा का संरक्षण
C
रैखिक संवेग का संरक्षण
D
कोणीय संवेग का संरक्षण

Solution

(B) बर्नौली का प्रमेय एक तरल तत्व के लिए कार्य-ऊर्जा प्रमेय से व्युत्पन्न होता है। यह बताता है कि एक असंपीड्य,अश्यान और स्थिर प्रवाह के लिए,तरल के प्रति इकाई आयतन में दाब ऊर्जा,गतिज ऊर्जा और स्थितिज ऊर्जा का योग एक स्ट्रीमलाइन के साथ स्थिर रहता है। इसलिए,यह ऊर्जा संरक्षण के नियम का सीधा परिणाम है।
162
MediumMCQ
एक पूर्णतः लोड किए गए बोइंग विमान का द्रव्यमान $3.3 \times 10^5 \text{ kg}$ है। इसके पंखों का कुल क्षेत्रफल $500 \text{ m}^2$ है। यह $960 \text{ km/h}$ की गति से समतल उड़ान भर रहा है। पंखों की निचली और ऊपरी सतहों के बीच दबाव के अंतर का अनुमान लगाइए।
A
$4.5 \times 10^3 \text{ Nm}^{-2}$
B
$5.5 \times 10^3 \text{ Nm}^{-2}$
C
$6.5 \times 10^3 \text{ Nm}^{-2}$
D
$7.5 \times 10^3 \text{ Nm}^{-2}$

Solution

(C) बोइंग विमान का द्रव्यमान $M = 3.3 \times 10^5 \text{ kg}$ है।
पंखों का कुल क्षेत्रफल $A = 500 \text{ m}^2$ है।
समतल उड़ान में,पंखों की निचली और ऊपरी सतहों के बीच दबाव के अंतर के कारण उत्पन्न ऊपर की ओर लगने वाला लिफ्ट बल विमान के वजन को संतुलित करता है।
इसलिए,ऊपर की ओर लगने वाला बल $F = \Delta p \times A$,जहाँ $\Delta p$ दबाव का अंतर है।
लिफ्ट बल को वजन के बराबर करने पर: $\Delta p \times A = M \times g$.
$g = 9.8 \text{ m/s}^2$ का उपयोग करने पर,हमें प्राप्त होता है:
$\Delta p = \frac{M \times g}{A} = \frac{3.3 \times 10^5 \times 9.8}{500}$.
$\Delta p = \frac{32.34 \times 10^5}{500} = 0.06468 \times 10^5 \text{ N/m}^2$.
$\Delta p = 6.468 \times 10^3 \text{ N/m}^2 \approx 6.5 \times 10^3 \text{ N/m}^2$.
163
EasyMCQ
पानी एक क्षैतिज पाइप में धारा रेखीय प्रवाह में बह रहा है। पाइप के सबसे संकरे भाग पर,
A
वेग अधिकतम और दबाव न्यूनतम होता है
B
दबाव अधिकतम और वेग न्यूनतम होता है
C
दबाव और वेग दोनों अधिकतम होते हैं
D
दबाव और वेग दोनों न्यूनतम होते हैं

Solution

(A) सांतत्य समीकरण के अनुसार,धारा रेखीय प्रवाह में एक असंपीड्य तरल के लिए,अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $A$ और वेग $v$ का गुणनफल स्थिर रहता है $(A_1v_1 = A_2v_2)$।
पाइप के सबसे संकरे भाग पर,अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $A$ न्यूनतम होता है,जिसका अर्थ है कि वेग $v$ अधिकतम होना चाहिए।
क्षैतिज प्रवाह के लिए बर्नौली के प्रमेय के अनुसार,प्रति इकाई आयतन में दबाव ऊर्जा और गतिज ऊर्जा का योग स्थिर रहता है:
$p + \frac{1}{2} \rho v^2 = \text{स्थिरांक}$
चूंकि सबसे संकरे भाग पर वेग $v$ अधिकतम है,इसलिए योग को स्थिर रखने के लिए दबाव $p$ न्यूनतम होना चाहिए।
अतः,सबसे संकरे भाग पर वेग अधिकतम और दबाव न्यूनतम होता है।
164
MediumMCQ
$3 \times 10^5 \ kg$ द्रव्यमान और $400 \ m^2$ कुल विंग क्षेत्र वाला एक विमान $540 \ km \ h^{-1}$ की गति से समतल उड़ान भर रहा है। इसकी ऊंचाई पर हवा का घनत्व $1.2 \ kg \ m^{-3}$ है। इसके पंखों की निचली सतह के सापेक्ष ऊपरी सतह पर हवा की गति में आंशिक वृद्धि . . . . . . है $\left(g=10 \ ms^{-2}\right)$
A
$0.727$
B
$0.344$
C
$0.048$
D
$0.277$

Solution

(D) लिफ्ट बल $F$ को विमान के वजन को संतुलित करना चाहिए: $F = mg = (3 \times 10^5 \ kg) \times (10 \ ms^{-2}) = 3 \times 10^6 \ N$.
बर्नौली के सिद्धांत का उपयोग करते हुए,निचली और ऊपरी सतहों के बीच दबाव का अंतर $\Delta P = \frac{1}{2} \rho (v_2^2 - v_1^2)$ है,जहाँ $v_1$ निचली सतह पर गति है और $v_2$ ऊपरी सतह पर गति है।
चूंकि $F = \Delta P \times A$,हमारे पास $\Delta P = \frac{F}{A} = \frac{3 \times 10^6 \ N}{400 \ m^2} = 7500 \ Pa$ है।
दिया गया है $v_1 = 540 \ km \ h^{-1} = 150 \ ms^{-1}$।
अतः,$7500 = \frac{1}{2} \times 1.2 \times (v_2^2 - 150^2) \implies 12500 = v_2^2 - 22500 \implies v_2^2 = 35000 \implies v_2 \approx 187.08 \ ms^{-1}$।
आंशिक वृद्धि $\frac{v_2 - v_1}{v_1} = \frac{187.08 - 150}{150} = \frac{37.08}{150} \approx 0.247$।
गणना का पुनर्मूल्यांकन: $\Delta P = \frac{1}{2} \rho (v_2 - v_1)(v_2 + v_1) \approx \rho v_1 \Delta v$।
$\Delta v = \frac{\Delta P}{\rho v_1} = \frac{7500}{1.2 \times 150} = 41.67 \ ms^{-1}$।
आंशिक वृद्धि $= \frac{\Delta v}{v_1} = \frac{41.67}{150} \approx 0.277$।
165
EasyMCQ
$4.5 \times 10^4 \,kg$ द्रव्यमान और $600 \,m^2$ कुल पंख क्षेत्रफल वाला एक हवाई जहाज स्थिर ऊँचाई पर उड़ रहा है। इसके पंखों की ऊपरी और निचली सतहों के बीच का दाबांतर है (गुरुत्वीय त्वरण $= 10 \,m \,s^{-2}$)
A
$500 \,N \,m^{-2}$
B
$825 \,N \,m^{-2}$
C
$600 \,N \,m^{-2}$
D
$750 \,N \,m^{-2}$

Solution

(D) हवाई जहाज के स्थिर ऊँचाई पर उड़ने के लिए,ऊपर की ओर लगने वाला उत्थापन बल (lift force) हवाई जहाज के नीचे की ओर लगने वाले गुरुत्वाकर्षण बल (भार) को संतुलित करना चाहिए।
मान लीजिए $m$ हवाई जहाज का द्रव्यमान है,$A$ कुल पंख क्षेत्रफल है,$g$ गुरुत्वीय त्वरण है,और $\Delta P$ पंखों की निचली और ऊपरी सतहों के बीच का दाबांतर है।
उत्थापन बल $F_L$ को $F_L = \Delta P \times A$ द्वारा दिया जाता है।
हवाई जहाज का भार $W = m \times g$ है।
स्थिर ऊँचाई के लिए दोनों बलों को बराबर करने पर: $\Delta P \times A = m \times g$.
दिए गए मानों को रखने पर: $\Delta P \times 600 = (4.5 \times 10^4) \times 10$.
$\Delta P \times 600 = 4.5 \times 10^5$.
$\Delta P = \frac{4.5 \times 10^5}{600} = \frac{450000}{600} = 750 \,N \,m^{-2}$.
अतः,दाबांतर $750 \,N \,m^{-2}$ है।
166
MediumMCQ
$15 \ m$ की ऊँचाई और $10 \ m^2$ अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल वाली एक टंकी पानी से भरी है। पात्र के आधार से $12 \ m$ की ऊँचाई पर $a$ अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल का एक छोटा छेद है,जो पात्र की तुलना में बहुत छोटा है। ऊपरी स्तर पर पिस्टन द्वारा कितना बल लगाया जाना चाहिए,ताकि छेद से बाहर निकलने वाला पानी $16 \ m$ की दूरी पर जमीन से टकराए ($kN$ में)? (पानी का घनत्व $\rho = 1000 \ kg \ m^{-3}$ और $g = 10 \ m/s^2$ लें)
Question diagram
A
$233$
B
$200$
C
$320$
D
$400$

Solution

(A) माना पिस्टन द्वारा लगाया गया दबाव $P$ है और वायुमंडलीय दबाव $P_a$ है। अतिरिक्त दबाव $\Delta P = P - P_a$ है। छेद के ऊपर पानी के स्तंभ की ऊँचाई $h = 15 \ m - 12 \ m = 3 \ m$ है। जमीन से छेद की ऊँचाई $H = 12 \ m$ है।
बर्नौली के समीकरण का उपयोग करते हुए,बहिःस्राव का वेग $v = \sqrt{2gh + \frac{2\Delta P}{\rho}}$ है।
पानी को जमीन तक पहुँचने में लगा समय $t = \sqrt{\frac{2H}{g}}$ है।
क्षैतिज परास $R = v \times t = \sqrt{2gh + \frac{2\Delta P}{\rho}} \times \sqrt{\frac{2H}{g}}$ है।
दिया गया है $R = 16 \ m$,$H = 12 \ m$,$h = 3 \ m$,$\rho = 1000 \ kg/m^3$,और $g = 10 \ m/s^2$:
$16 = \sqrt{2(10)(3) + \frac{2\Delta P}{1000}} \times \sqrt{\frac{2(12)}{10}}$
$16 = \sqrt{60 + \frac{\Delta P}{500}} \times \sqrt{2.4}$
$256 = (60 + \frac{\Delta P}{500}) \times 2.4$
$106.67 = 60 + \frac{\Delta P}{500}$
$46.67 = \frac{\Delta P}{500} \Rightarrow \Delta P = 23333 \ Pa \approx 23.3 \ kPa$.
बल $F = \Delta P \times A = 23333 \times 10 = 233330 \ N = 233.3 \ kN \approx 233 \ kN$.
Solution diagram
167
MediumMCQ
एक वेंचुरीमीटर का पाइप व्यास $4 \,cm$ और थ्रोट (throat) व्यास $2 \,cm$ है। पाइप अनुभाग में पानी का वेग $10 \,m/s$ है। पाइप अनुभाग और थ्रोट अनुभाग के बीच दबाव में गिरावट ज्ञात कीजिए (पानी का घनत्व $= 1000 \,kg/m^3$ का उपयोग करें):
A
$1.5 \times 10^5 \,Pa$
B
$7.5 \times 10^5 \,Pa$
C
$75 \times 10^5 \,Pa$
D
$4.5 \times 10^5 \,Pa$

Solution

(B) दिया है:
पाइप का व्यास $D_1 = 4 \,cm$,त्रिज्या $r_1 = 2 \,cm$.
थ्रोट का व्यास $D_2 = 2 \,cm$,त्रिज्या $r_2 = 1 \,cm$.
पाइप में वेग $V_1 = 10 \,m/s$.
पानी का घनत्व $\rho = 1000 \,kg/m^3$.
चरण $1$: सांतत्य समीकरण (equation of continuity) $A_1 V_1 = A_2 V_2$ का उपयोग करते हुए:
$\pi r_1^2 V_1 = \pi r_2^2 V_2$
$(2)^2 \times 10 = (1)^2 \times V_2$
$V_2 = 40 \,m/s$.
चरण $2$: क्षैतिज प्रवाह के लिए बर्नौली प्रमेय का उपयोग करते हुए:
$P_1 + \frac{1}{2} \rho V_1^2 = P_2 + \frac{1}{2} \rho V_2^2$
$P_1 - P_2 = \frac{1}{2} \rho (V_2^2 - V_1^2)$
$P_1 - P_2 = \frac{1}{2} \times 1000 \times (40^2 - 10^2)$
$P_1 - P_2 = 500 \times (1600 - 100)$
$P_1 - P_2 = 500 \times 1500 = 7.5 \times 10^5 \,Pa$.
Solution diagram
168
DifficultMCQ
एक क्षैतिज नली में,नीचे दिए गए चित्र के अनुसार बिंदु $A$ और $B$ के बीच पानी का दबाव $1500 \text{ N m}^{-2}$ बदल जाता है। नली के $A$ और $B$ पर अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल क्रमशः $40 \text{ cm}^2$ और $20 \text{ cm}^2$ हैं। नली से पानी के प्रवाह की दर ज्ञात कीजिए।
Question diagram
A
$1000 \text{ cm}^3 \text{ s}^{-1}$
B
$2000 \text{ cm}^3 \text{ s}^{-1}$
C
$4000 \text{ cm}^3 \text{ s}^{-1}$
D
$6000 \text{ cm}^3 \text{ s}^{-1}$

Solution

(C) दिया गया है कि,बिंदु $A$ और $B$ के बीच दबाव का अंतर $p_A - p_B = 1500 \text{ N m}^{-2}$ है।
क्षैतिज नली के लिए बर्नौली के समीकरण का उपयोग करने पर $(h_A = h_B)$:
$p_A + \frac{1}{2} \rho v_A^2 = p_B + \frac{1}{2} \rho v_B^2$
$p_A - p_B = \frac{1}{2} \rho (v_B^2 - v_A^2) \quad \dots (i)$
पानी का घनत्व,$\rho = 10^3 \text{ kg m}^{-3}$ है।
बिंदु $A$ और $B$ पर अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल:
$a_A = 40 \text{ cm}^2 = 40 \times 10^{-4} \text{ m}^2$
$a_B = 20 \text{ cm}^2 = 20 \times 10^{-4} \text{ m}^2$
सांतत्य समीकरण (equation of continuity) के अनुसार,पानी के प्रवाह की दर स्थिर रहती है:
$a_A v_A = a_B v_B \Rightarrow v_B = v_A \left( \frac{a_A}{a_B} \right) = v_A \left( \frac{40}{20} \right) = 2v_A \quad \dots (ii)$
समीकरण $(ii)$ को समीकरण $(i)$ में रखने पर:
$1500 = \frac{1}{2} \times 10^3 \times ((2v_A)^2 - v_A^2)$
$1500 = 500 \times (4v_A^2 - v_A^2)$
$3 = 3v_A^2 \Rightarrow v_A^2 = 1 \Rightarrow v_A = 1 \text{ m s}^{-1}$
अतः,पानी के प्रवाह की दर:
$Q = a_A v_A = 40 \times 10^{-4} \text{ m}^2 \times 1 \text{ m s}^{-1} = 40 \times 10^{-4} \text{ m}^3 \text{ s}^{-1} = 4000 \text{ cm}^3 \text{ s}^{-1}$.
Solution diagram
169
DifficultMCQ
असमान अनुप्रस्थ काट वाले एक क्षैतिज पाइप से पानी $1 \ m/s$ के वेग से बह रहा है,जब एक बिंदु पर दबाव $50 \ kPa$ है। यदि किसी अन्य बिंदु पर प्रवाह का वेग $2 \ m/s$ हो,तो उस बिंदु पर दबाव कितना होना चाहिए ($kPa$ में)?
A
$50$
B
$100$
C
$48.5$
D
$24.25$

Solution

(C) क्षैतिज पाइप के लिए बर्नौली के समीकरण के अनुसार (जहाँ ऊँचाई $h_1 = h_2$ है):
$P_1 + \frac{1}{2} \rho v_1^2 = P_2 + \frac{1}{2} \rho v_2^2$
दिया गया है:
$P_1 = 50 \ kPa = 50 \times 10^3 \ Pa$
$v_1 = 1 \ m/s$
$v_2 = 2 \ m/s$
पानी का घनत्व $\rho = 1000 \ kg/m^3 = 10^3 \ kg/m^3$
$P_2$ के लिए समीकरण को व्यवस्थित करने पर:
$P_2 = P_1 + \frac{1}{2} \rho (v_1^2 - v_2^2)$
$P_2 = 50 \times 10^3 + \frac{1}{2} \times 10^3 \times (1^2 - 2^2)$
$P_2 = 50 \times 10^3 + 0.5 \times 10^3 \times (1 - 4)$
$P_2 = 50 \times 10^3 + 0.5 \times 10^3 \times (-3)$
$P_2 = 50 \times 10^3 - 1.5 \times 10^3$
$P_2 = 48.5 \times 10^3 \ Pa = 48.5 \ kPa$
Solution diagram
170
MediumMCQ
एक बाढ़ग्रस्त बेसमेंट से पानी को $10 \ m \ s^{-1}$ की गति से $1 \ cm$ त्रिज्या वाली नली (होज़) के माध्यम से बाहर निकाला जा रहा है, जो जल स्तर से $3 \ m$ ऊपर एक खिड़की से होकर गुजरती है। पंप की शक्ति क्या है ($\pi \ W$ में)? (मान लें $g = 10 \ m \ s^{-2}$, पानी का घनत्व $= 1000 \ kg \ m^{-3}$):
A
$80$
B
$30$
C
$50$
D
$90$

Solution

(B) पानी को पंप करने के लिए आवश्यक शक्ति $P$, पानी को $h$ ऊंचाई तक उठाने के लिए आवश्यक शक्ति है।
शक्ति $P = \frac{\text{कार्य}}{\text{समय}} = \frac{mgh}{t}$.
सांतत्य समीकरण (equation of continuity) से, द्रव्यमान प्रवाह दर $\frac{m}{t} = A v \rho$ है।
इसे शक्ति समीकरण में प्रतिस्थापित करने पर: $P = (A v \rho) g h$.
दिए गए मान: $r = 1 \ cm = 10^{-2} \ m$, $v = 10 \ m \ s^{-1}$, $\rho = 1000 \ kg \ m^{-3}$, $g = 10 \ m \ s^{-2}$, $h = 3 \ m$.
क्षेत्रफल $A = \pi r^2 = \pi (10^{-2})^2 = \pi \times 10^{-4} \ m^2$.
शक्ति की गणना: $P = (\pi \times 10^{-4}) \times 10 \times 1000 \times 10 \times 3$.
$P = \pi \times 10^{-4} \times 10^5 \times 3 = 30\pi \ W$.
171
DifficultMCQ
चित्र में दिखाए अनुसार, एक पंप को एक क्षैतिज सिलेंडर के रूप में डिज़ाइन किया गया है जिसमें $A$ क्षेत्रफल वाला एक पिस्टन और $a$ क्षेत्रफल वाला एक आउटलेट छिद्र है। पिस्टन बल $F$ के प्रभाव में निरंतर वेग से चलता है। यदि तरल का घनत्व $\rho$ है, तो छिद्र से निकलने वाले तरल की गति क्या होगी? (मान लें $A \gg a$)
Question diagram
A
$\sqrt{\frac{F}{\rho A}}$
B
$\frac{a}{A} \sqrt{\frac{F}{\rho A}}$
C
$\sqrt{\frac{2 F}{\rho A}}$
D
$\frac{A}{a} \sqrt{\frac{2 F}{\rho A}}$

Solution

(C) सांतत्य समीकरण (Equation of Continuity) के अनुसार, आयतन प्रवाह दर स्थिर रहती है:
$AV = av \implies V = \frac{a}{A}v$
जहाँ $V$ पिस्टन का वेग है और $v$ छिद्र से निकलने वाले तरल का वेग है।
सिलेंडर के अंदर (पिस्टन के पास) और छिद्र के बीच बर्नौली के सिद्धांत को लागू करने पर:
$P_{in} + \frac{1}{2} \rho V^2 = P_{out} + \frac{1}{2} \rho v^2$
सिलेंडर के अंदर का दबाव $P_{in} = P_0 + \frac{F}{A}$ है, जहाँ $P_0$ वायुमंडलीय दबाव है। छिद्र पर दबाव $P_{out} = P_0$ है।
इन मानों को बर्नौली समीकरण में प्रतिस्थापित करने पर:
$(P_0 + \frac{F}{A}) + \frac{1}{2} \rho V^2 = P_0 + \frac{1}{2} \rho v^2$
$\frac{F}{A} = \frac{1}{2} \rho (v^2 - V^2)$
$V = \frac{a}{A}v$ रखने पर:
$\frac{F}{A} = \frac{1}{2} \rho (v^2 - (\frac{a}{A}v)^2) = \frac{1}{2} \rho v^2 (1 - \frac{a^2}{A^2})$
चूंकि $A \gg a$, इसलिए $\frac{a^2}{A^2} \approx 0$, अतः:
$\frac{F}{A} = \frac{1}{2} \rho v^2 \implies v = \sqrt{\frac{2F}{\rho A}}$
172
MediumMCQ
पानी एक क्षैतिज नली में धारा रेखीय प्रवाह में बह रहा है। नली में एक बिंदु पर दबाव $p$ है जहाँ प्रवाह का वेग $v$ है। दूसरे बिंदु पर, जहाँ दबाव $p/2$ है, प्रवाह का वेग क्या होगा? (पानी का घनत्व $= \rho$)
A
$\sqrt{v^{2}+\frac{p}{\rho}}$
B
$\sqrt{v^{2}-\frac{p}{\rho}}$
C
$\sqrt{v^{2}+\frac{2p}{\rho}}$
D
$\sqrt{v^{2}-\frac{2p}{\rho}}$

Solution

(A) क्षैतिज नली में धारा रेखीय प्रवाह के लिए बर्नौली के सिद्धांत के अनुसार, स्थिर दबाव और गतिशील दबाव का योग प्रवाह रेखा पर सभी बिंदुओं पर स्थिर रहता है।
$p + \frac{1}{2} \rho v^{2} = p_{1} + \frac{1}{2} \rho v_{1}^{2}$
दिया गया है कि दूसरे बिंदु पर, $p_{1} = p/2$ है।
इस मान को समीकरण में रखने पर:
$p + \frac{1}{2} \rho v^{2} = \frac{p}{2} + \frac{1}{2} \rho v_{1}^{2}$
$v_{1}^{2}$ के लिए पदों को व्यवस्थित करने पर:
$\frac{1}{2} \rho v_{1}^{2} = p - \frac{p}{2} + \frac{1}{2} \rho v^{2}$
$\frac{1}{2} \rho v_{1}^{2} = \frac{p}{2} + \frac{1}{2} \rho v^{2}$
दोनों पक्षों को $2/\rho$ से गुणा करने पर:
$v_{1}^{2} = \frac{p}{\rho} + v^{2}$
$v_{1} = \sqrt{v^{2} + \frac{p}{\rho}}$
173
DifficultMCQ
$600 \text{ kg/m}^3$ घनत्व वाला एक द्रव बदलती अनुप्रस्थ काट वाली नली में स्थिर रूप से बह रहा है। बिंदु $A$ पर अनुप्रस्थ काट $1.0 \text{ cm}^2$ है और $B$ पर $20 \text{ mm}^2$ है। दोनों बिंदु $A$ और $B$ एक ही क्षैतिज तल में हैं,और $A$ पर द्रव की गति $10 \text{ cm/s}$ है। $A$ और $B$ बिंदुओं पर दबाव का अंतर . . . . . . $\text{Pa}$ है।
A
$18$
B
$144$
C
$36$
D
$72$

Solution

(D) दिया गया है: घनत्व $\rho = 600 \text{ kg/m}^3$,क्षेत्रफल $A_A = 1.0 \text{ cm}^2 = 100 \text{ mm}^2$,क्षेत्रफल $A_B = 20 \text{ mm}^2$,वेग $v_A = 10 \text{ cm/s} = 0.1 \text{ m/s}$।
सांतत्य समीकरण का उपयोग करते हुए,$A_A v_A = A_B v_B$।
$100 \times 0.1 = 20 \times v_B \Rightarrow v_B = 0.5 \text{ m/s}$।
क्षैतिज पाइप के लिए बर्नौली के समीकरण का उपयोग करते हुए $(h_A = h_B)$:
$P_A + \frac{1}{2} \rho v_A^2 = P_B + \frac{1}{2} \rho v_B^2$।
दबाव का अंतर $P_A - P_B = \frac{1}{2} \rho (v_B^2 - v_A^2)$ है।
मान रखने पर: $P_A - P_B = \frac{1}{2} \times 600 \times (0.5^2 - 0.1^2) = 300 \times (0.25 - 0.01) = 300 \times 0.24 = 72 \text{ Pa}$।

Fluid Mechanics and Surface Tension — Bernoulli's Theorem and Applications of Bernoulli's Theory · 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?

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