Gujarati

Relation between Torque and Angular acceleration and it's Application Questions in Gujarati

Class 11 Physics · System of Particles and Rotational Motion · Relation between Torque and Angular acceleration and it's Application

182+

Questions

Gujarati

Language

100%

With Solutions

Showing 48 of 182 questions in Gujarati

1
DifficultMCQ
જ્યારે સીલિંગ ફેન બંધ કરવામાં આવે છે,ત્યારે તેની કોણીય વેગ $50\%$ ઘટી જાય છે જ્યારે તે $36$ પરિભ્રમણ પૂર્ણ કરે છે. સ્થિર થતા પહેલા તે કેટલા વધુ પરિભ્રમણ કરશે? (સમાન કોણીય મંદન ધારો)
A
$18$
B
$12$
C
$36$
D
$48$

Solution

(B) કોણીય ગતિ માટેના ગતિશાસ્ત્રના સમીકરણનો ઉપયોગ કરતા: $\omega^2 = \omega_0^2 - 2\alpha\theta$,જ્યાં $\theta = 2\pi n$.
પ્રથમ $36$ પરિભ્રમણ માટે,કોણીય વેગ અડધો થઈ જાય છે: $\left(\frac{\omega_0}{2}\right)^2 = \omega_0^2 - 2\alpha(2\pi \times 36)$.
$\frac{\omega_0^2}{4} = \omega_0^2 - 144\pi\alpha \implies 144\pi\alpha = \frac{3}{4}\omega_0^2 \implies \alpha = \frac{3\omega_0^2}{576\pi}$.
હવે,ધારો કે સ્થિર થવા માટે કુલ પરિભ્રમણની સંખ્યા $n'$ છે.
$0 = \omega_0^2 - 2\alpha(2\pi n')$ નો ઉપયોગ કરતા,આપણને $n' = \frac{\omega_0^2}{4\pi\alpha}$ મળે છે.
$\alpha$ ની કિંમત મૂકતા: $n' = \frac{\omega_0^2}{4\pi} \times \frac{576\pi}{3\omega_0^2} = \frac{576}{12} = 48$ પરિભ્રમણ.
જરૂરી વધારાના પરિભ્રમણ $n' - 36 = 48 - 36 = 12$ પરિભ્રમણ છે.
2
EasyMCQ
એક ફ્લાયવ્હીલ $6\ s$ માં $540\ r.p.m.$ ની ઝડપ પ્રાપ્ત કરે છે. તેનો કોણીય પ્રવેગ કેટલો હશે?
A
$3\pi\ rad/s^2$
B
$9\pi\ rad/s^2$
C
$18\pi\ rad/s^2$
D
$54\pi\ rad/s^2$

Solution

(A) પ્રારંભિક કોણીય વેગ $0\ rad/s$ છે અને અંતિમ કોણીય વેગ $\omega = 540\ r.p.m.$ છે.
પ્રથમ,ઝડપને $r.p.m.$ માંથી $r.p.s.$ માં ફેરવો: $n = \frac{540}{60} = 9\ r.p.s.$
$rad/s$ માં અંતિમ કોણીય વેગ $\omega = 2\pi n = 2\pi \times 9 = 18\pi\ rad/s$ છે.
કોણીય પ્રવેગ $\alpha$ સૂત્ર $\alpha = \frac{\Delta\omega}{\Delta t}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
કિંમતો મૂકતા: $\alpha = \frac{18\pi\ rad/s}{6\ s} = 3\pi\ rad/s^2$.
3
DifficultMCQ
$W$ વજન ધરાવતા એક સમક્ષિતિજ ભારે સમાન સળિયાને તેના છેડાઓ પર બે માણસો દ્વારા ટેકો આપવામાં આવે છે. જે ક્ષણે એક માણસ સળિયાના તેના છેડાને છોડી દે છે,તે ક્ષણે બીજા માણસના હાથ પર લાગતું બળ બદલાઈને કેટલું થાય છે?
A
$W$
B
$\frac{W}{2}$
C
$\frac{3W}{4}$
D
$\frac{W}{4}$

Solution

(D) ધારો કે સળિયાનું દળ $M$ છે અને તેની લંબાઈ $l$ છે.
સળિયાનું વજન $W = Mg$ છે.
શરૂઆતમાં,સંતુલન માટે,દરેક માણસ દ્વારા લાગતું બળ $F$ એ $F + F = Mg$ છે,તેથી $F = \frac{Mg}{2} = \frac{W}{2}$ થાય.
જ્યારે એક માણસ સળિયાને છોડી દે છે,ત્યારે સળિયા તેના દ્રવ્યમાન કેન્દ્ર પર લાગતા વજનના ટોર્કને કારણે બીજા છેડા (ધારો કે $A$) ની આસપાસ ફરવા લાગે છે.
છેડા $A$ ની આસપાસ ટોર્ક $\tau = Mg \frac{l}{2}$ છે.
છેડા $A$ ની આસપાસ સળિયાની જડત્વની ચાકમાત્રા $I = \frac{Ml^2}{3}$ છે.
$\tau = I\alpha$ નો ઉપયોગ કરતા,આપણને મળે છે $Mg \frac{l}{2} = \left( \frac{Ml^2}{3} \right) \alpha$.
કોણીય પ્રવેગ માટે ઉકેલતા,$\alpha = \frac{3g}{2l}$ મળે છે.
દ્રવ્યમાન કેન્દ્રનો રેખીય પ્રવેગ $a = \frac{l}{2} \alpha = \frac{l}{2} \left( \frac{3g}{2l} \right) = \frac{3g}{4}$ છે.
દ્રવ્યમાન કેન્દ્ર માટે ન્યૂટનનો બીજો નિયમ લાગુ પાડતા,$Mg - F' = Ma$,જ્યાં $F'$ એ બાકી રહેલા માણસ દ્વારા લાગતું નવું બળ છે.
$F' = Mg - Ma = Mg - M \left( \frac{3g}{4} \right) = Mg \left( 1 - \frac{3}{4} \right) = \frac{Mg}{4} = \frac{W}{4}$.
Solution diagram
4
DifficultMCQ
$M$ દળ અને $l$ લંબાઈનો એક પાતળો સમાન સળિયો એક છેડેથી એવી રીતે ધરી પર રાખેલ છે કે જેથી તે શિરોલંબ સમતલમાં ફરી શકે (આકૃતિ જુઓ). ધરી પર ઘર્ષણ નહિવત છે. જ્યારે સળિયો શિરોલંબ સાથે $\theta$ ખૂણો બનાવે ત્યારે તેની કોણીય પ્રવેગ કેટલો હશે?
Question diagram
A
$\frac{3 g}{2 l} \sin \theta$
B
$\frac{2 g}{3 l} \sin \theta$
C
$\frac{3 g}{2 l} \cos \theta$
D
$\frac{2 g}{2 l} \sin \theta$

Solution

(A) ધરીની સાપેક્ષમાં સળિયા પર લાગતું ટોર્ક $\tau$ એ સળિયાના દ્રવ્યમાન કેન્દ્ર પર લાગતા ગુરુત્વાકર્ષણ બળ $Mg$ ને કારણે છે,જે ધરીથી $l/2$ અંતરે છે.
જ્યારે સળિયો શિરોલંબ સાથે $\theta$ ખૂણો બનાવે છે,ત્યારે ધરીથી વજનની કાર્યરેખાનું લંબ અંતર $(l/2) \sin \theta$ છે.
તેથી,ટોર્ક $\tau = Mg \cdot (l/2) \sin \theta$ છે.
એક છેડેથી પસાર થતી ધરીની સાપેક્ષમાં $M$ દળ અને $l$ લંબાઈના સમાન સળિયાની જડત્વની ચાકમાત્રા $I = \frac{Ml^2}{3}$ છે.
ન્યૂટનના ગતિના બીજા નિયમના પરિભ્રમણના સમકક્ષ નિયમનો ઉપયોગ કરતા,$\tau = I \alpha$,જ્યાં $\alpha$ એ કોણીય પ્રવેગ છે:
$Mg \frac{l}{2} \sin \theta = \left( \frac{Ml^2}{3} \right) \alpha$
$\alpha$ માટે ઉકેલતા:
$\alpha = \frac{Mg (l/2) \sin \theta}{Ml^2 / 3} = \frac{3g \sin \theta}{2l}$.
Solution diagram
5
EasyMCQ
$20 \ rad/s$ ની ઝડપે ફરતા પદાર્થ પર અચળ ટોર્ક લગાડવામાં આવે છે જે તેને $2 \ rad/s^2$ નો પ્રતિપ્રવેગ આપે છે. જો ટોર્ક સતત લાગતું રહે,તો કેટલા સમય પછી પદાર્થની ગતિઊર્જા તેની પ્રારંભિક ગતિઊર્જા જેટલી થશે?
A
$20$
B
$40$
C
$5$
D
$10$

Solution

(A) પદાર્થની ચાકગતિ ઉર્જા $K = \frac{1}{2} I \omega^2$ દ્વારા આપવામાં આવે છે,જ્યાં $I$ એ જડત્વની ચાકમાત્રા છે અને $\omega$ એ કોણીય વેગ છે.
ગતિઊર્જા પ્રારંભિક મૂલ્ય જેટલી રહે તે માટે,કોણીય વેગનું મૂલ્ય પ્રારંભિક કોણીય વેગ જેટલું જ હોવું જોઈએ,એટલે કે $|\omega| = |\omega_0| = 20 \ rad/s$.
ટોર્ક અચળ પ્રતિપ્રવેગ આપે છે,તેથી $t$ સમયે કોણીય વેગ $\omega = \omega_0 - \alpha t$ દ્વારા મળે છે.
આપણે અંતિમ કોણીય વેગ $\omega = -20 \ rad/s$ જોઈએ છીએ (કારણ કે તે પ્રતિપ્રવેગિત થાય છે અને આપણે સમાન ગતિઊર્જા જોઈએ છીએ).
કિંમતો મૂકતા: $-20 = 20 - 2t$.
સમીકરણને ગોઠવતા: $2t = 40$.
તેથી,$t = 20 \ s$.
6
MediumMCQ
એક ઓટોમોબાઈલ એન્જિન $1800 \ rev/min$ ની ઝડપે ફરતી વખતે $100 \ kW$ પાવર ઉત્પન્ન કરે છે. તે કેટલું ટોર્ક ($N-m$ માં) ઉત્પન્ન કરે છે?
A
$350$
B
$440$
C
$531$
D
$628$

Solution

(C) ભ્રમણ કરતા એન્જિન દ્વારા ઉત્પન્ન થતો પાવર $P$ એ સૂત્ર $P = \tau \omega$ દ્વારા આપવામાં આવે છે,જ્યાં $\tau$ એ ટોર્ક છે અને $\omega$ એ કોણીય વેગ ($rad/s$ માં) છે.
આપેલ છે: પાવર $P = 100 \ kW = 100 \times 10^3 \ W$.
કોણીય ઝડપ $n = 1800 \ rev/min = \frac{1800}{60} \ rev/s = 30 \ rev/s$.
કોણીય વેગ $\omega = 2\pi n = 2 \times \pi \times 30 = 60\pi \ rad/s$.
સૂત્ર $\tau = \frac{P}{\omega}$ નો ઉપયોગ કરતા:
$\tau = \frac{100 \times 10^3}{60\pi} = \frac{100000}{188.496} \approx 530.5 \ N-m$.
નજીકની પૂર્ણાંક સંખ્યામાં લેતા,આપણને $\tau \approx 531 \ N-m$ મળે છે.
7
DifficultMCQ
સમાન જાડાઈ અને ઘનતા ધરાવતી એક ત્રિકોણાકાર પ્લેટ કાગળના સમતલને લંબ અક્ષ પર પરિભ્રમણ કરે છે. કિસ્સા $(a)$ માં,અક્ષ બિંદુ $A$ માંથી પસાર થાય છે અને કિસ્સા $(b)$ માં,તે બિંદુ $B$ માંથી પસાર થાય છે. જો આકૃતિમાં દર્શાવ્યા મુજબ સમાન બળ $F$ લગાડવામાં આવે,તો કયા કિસ્સામાં કોણીય પ્રવેગ વધુ હશે?
A
બંને કિસ્સામાં સમાન
B
કિસ્સા $(a)$ માં વધુ
C
કિસ્સા $(b)$ માં વધુ
D
પૂરતી માહિતી આપેલ નથી

Solution

(C) ટોર્ક $\tau$ ને $\tau = r \times F$ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. બંને કિસ્સામાં બળ $F$ અને પરિભ્રમણની અક્ષથી બળની કાર્યરેખા સુધીનું લંબ અંતર $r$ સમાન હોવાથી,ટોર્ક $\tau$ બંને $(a)$ અને $(b)$ માટે સમાન છે.
$\tau = I \alpha$ સંબંધનો ઉપયોગ કરતા,જ્યાં $I$ એ જડત્વની આઘૂર્ણ (moment of inertia) છે અને $\alpha$ એ કોણીય પ્રવેગ છે,આપણને મળે છે $\alpha = \frac{\tau}{I}$.
ટોર્ક $\tau$ અચળ હોવાથી,કોણીય પ્રવેગ $\alpha$ એ જડત્વની આઘૂર્ણ $I$ ના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં છે $(\alpha \propto \frac{1}{I})$.
કિસ્સા $(b)$ માં,પરિભ્રમણની અક્ષ કિસ્સા $(a)$ ની સરખામણીમાં દ્રવ્યમાન કેન્દ્રની વધુ નજીક છે,જેના પરિણામે જડત્વની આઘૂર્ણ $I$ ઓછી મળે છે. તેથી,કિસ્સા $(b)$ માં કોણીય પ્રવેગ $\alpha$ વધુ હશે.
8
DifficultMCQ
એક પાતળો સમાન સળીયો $O$ પર કિલકિત કરેલો છે. તે અચળ કોણીય ઝડપ $\omega$ થી સમક્ષિતિજ સમતલમાં ફરે છે. $t = 0$ સમયે,એક નાનું જીવડું $O$ થી બીજા છેડા તરફ સળિયાની સાપેક્ષે અચળ ઝડપ $v$ થી ગતિ કરવાનું શરૂ કરે છે. તે $t = T$ સમયે બીજા છેડે પહોંચે છે અને અટકી જાય છે. તંત્રની કોણીય ઝડપ $\omega$ અચળ રહે છે. નીચેનામાંથી કયો આલેખ સમય $t$ ના વિધેય તરીકે $O$ પર ટોર્ક $|\tau|$ ના મૂલ્યને શ્રેષ્ઠ રીતે દર્શાવે છે?
A
Option A
B
Option B
C
Option C
D
Option D

Solution

(B) કોણીય ઝડપ $\omega$ ને અચળ રાખવા માટે જરૂરી ટોર્ક $\tau$ એ કોણીય વેગમાન $L$ ના ફેરફારના દર દ્વારા આપવામાં આવે છે.
$L = I\omega$. કારણ કે $\omega$ અચળ છે,$\tau = \frac{dL}{dt} = \omega \frac{dI}{dt}$.
સમય $t$ પર તંત્રની (સળીયો + જીવડું) જડત્વની ચાકમાત્રા $I = I_{\text{rod}} + I_{\text{insect}}$ છે.
$I_{\text{insect}} = m r^2$,જ્યાં $r = vt$ એ સમય $t$ પર $O$ થી જીવડાનું અંતર છે.
તેથી,$I(t) = I_{\text{rod}} + m(vt)^2 = I_{\text{rod}} + mv^2t^2$.
$t$ ની સાપેક્ષે વિકલન કરતા,આપણને $\frac{dI}{dt} = 2mv^2t$ મળે છે.
તેથી,ટોર્ક $\tau = \omega (2mv^2t) = (2m\omega v^2)t$ છે.
આ દર્શાવે છે કે $0 \le t \le T$ માટે $\tau$ એ $t$ ના સમપ્રમાણમાં છે.
$t = T$ સમયે,જીવડું અટકી જાય છે,તેથી $\frac{dI}{dt} = 0$,અને ટોર્ક શૂન્ય થઈ જાય છે.
આમ,આલેખ $0 \le t \le T$ માટે ઉગમબિંદુમાંથી પસાર થતી સીધી રેખા હોવી જોઈએ અને ત્યારબાદ તે શૂન્ય થઈ જવી જોઈએ. આ આલેખ $B$ માં દર્શાવેલ આકારને અનુરૂપ છે.
9
MediumMCQ
નિયમિત વર્તુળાકાર ગતિ કરતા વ્હીલ પર અચળ ટૉર્ક લગાડતાં તેનું કોણીય વેગમાન $4 \ s$ માં $A_0$ થી બદલાઈને $4A_0$ થાય છે. આ ટૉર્કનું મૂલ્ય .......
A
$\frac{3A_0}{4}$
B
$A_0$
C
$4A_0$
D
$12A_0$

Solution

(A) ટૉર્ક $\vec{\tau}$ અને કોણીય વેગમાન $\vec{L}$ વચ્ચેનો સંબંધ પરિભ્રમણ માટે ન્યૂટનના બીજા નિયમ દ્વારા આપવામાં આવે છે: $\vec{\tau} = \frac{d\vec{L}}{dt}$.
અચળ ટૉર્ક માટે,તેનું મૂલ્ય $|\vec{\tau}| = \frac{\Delta L}{\Delta t}$ દ્વારા મળે છે.
અહીં પ્રારંભિક કોણીય વેગમાન $L_1 = A_0$,અંતિમ કોણીય વેગમાન $L_2 = 4A_0$ અને સમયગાળો $\Delta t = 4 \ s$ આપેલ છે.
આ કિંમતો મૂકતાં: $|\vec{\tau}| = \frac{4A_0 - A_0}{4} = \frac{3A_0}{4}$.
10
MediumMCQ
એક પદાર્થની આપેલ અક્ષને અનુલક્ષીને જડત્વની ચાકમાત્રા $1.2 \; kg \cdot m^2$ છે. શરૂઆતમાં પદાર્થ સ્થિર છે. $1500 \; J$ જેટલી ચાકગતિ ઉર્જા ઉત્પન્ન કરવા માટે,તે અક્ષ પર $25 \; rad/s^2$ નો કોણીય પ્રવેગ કેટલા સમય માટે લગાડવો પડે ($; s$ માં)?
A
$4$
B
$2$
C
$8$
D
$10$

Solution

(B) આપેલ છે: જડત્વની ચાકમાત્રા $I = 1.2 \; kg \cdot m^2$,પ્રારંભિક કોણીય વેગ $\omega_0 = 0$,ચાકગતિ ઉર્જા $K_r = 1500 \; J$,અને કોણીય પ્રવેગ $\alpha = 25 \; rad/s^2$.
ચાકગતિ ઉર્જાનું સૂત્ર $K_r = \frac{1}{2} I \omega^2$ છે.
કિંમતો મૂકતા: $1500 = \frac{1}{2} \times 1.2 \times \omega^2$.
$1500 = 0.6 \times \omega^2 \Rightarrow \omega^2 = \frac{1500}{0.6} = 2500$.
તેથી,અંતિમ કોણીય વેગ $\omega = \sqrt{2500} = 50 \; rad/s$.
ચાકગતિના ગતિના સમીકરણનો ઉપયોગ કરતા: $\omega = \omega_0 + \alpha t$.
$50 = 0 + 25 \times t$.
$t = \frac{50}{25} = 2 \; s$.
11
DifficultMCQ
$l$ લંબાઈ અને $m$ દળ ધરાવતો એક સમાન સળિયો બિંદુ $A$ આગળ ધરી પર છે. સળિયાને સમક્ષિતિજ સ્થિતિમાંથી મુક્ત કરવામાં આવે છે. જો બિંદુ $A$ ને અનુલક્ષીને સળિયાની જડત્વની ચાકમાત્રા $ml^2/3$ હોય,તો તેનો પ્રારંભિક કોણીય પ્રવેગ કેટલો હશે?
Question diagram
A
$\frac{mg}{2l}$
B
$\frac{3}{2}gl$
C
$\frac{3g}{2l}$
D
$\frac{2g}{3l}$

Solution

(C) સળિયાનું વજન તેના દ્રવ્યમાન કેન્દ્ર પર લાગે છે,જે બિંદુ $A$ થી $l/2$ અંતરે છે. આ વજન બિંદુ $A$ ને અનુલક્ષીને ટોર્ક ઉત્પન્ન કરે છે.
ટોર્ક $\tau$ નીચે મુજબ છે:
$\tau = mg \times \frac{l}{2}$
ભ્રમણ ગતિ માટે ન્યૂટનના બીજા નિયમ મુજબ:
$\tau = I\alpha$
આપેલ જડત્વની ચાકમાત્રા $I = \frac{ml^2}{3}$ અને ટોર્કની કિંમત મૂકતા:
$mg \times \frac{l}{2} = \left(\frac{ml^2}{3}\right) \alpha$
કોણીય પ્રવેગ $\alpha$ માટે ઉકેલતા:
$\alpha = \frac{mg \times l/2}{ml^2/3} = \frac{mg \times l}{2} \times \frac{3}{ml^2} = \frac{3g}{2l}$
Solution diagram
12
MediumMCQ
આપેલ આકૃતિમાં $r_1$ અને $r_2$ અનુક્રમે $10 \ cm$ અને $20 \ cm$ છે. જો વ્હીલની જડત્વની ચાકમાત્રા $1500 \ kg \cdot m^2$ હોય,તો કોણીય પ્રવેગ શોધો.
Question diagram
A
$10^{-5} \ rad/s^2$
B
$10^5 \ rad/s^2$
C
$10 \ rad/s^2$
D
$10^{-3} \ rad/s^2$

Solution

(D) વ્હીલ પર લાગતું પરિણામી ટોર્ક $\tau$ એ વ્યક્તિગત બળો દ્વારા ઉત્પન્ન થતા ટોર્કનો સરવાળો છે. ઘડિયાળના કાંટાની વિરુદ્ધ દિશાને ધન લેતા:
$\tau = (5 \ N \times r_2) + (10 \ N \times r_2) - (15 \ N \times r_1)$
અહીં $r_1 = 10 \ cm = 0.1 \ m$ અને $r_2 = 20 \ cm = 0.2 \ m$,અને $I = 1500 \ kg \cdot m^2$ આપેલ છે.
$\tau = (5 + 10) \times 0.2 - (15 \times 0.1)$
$\tau = (15 \times 0.2) - 1.5 = 3.0 - 1.5 = 1.5 \ N \cdot m$
સંબંધ $\tau = I\alpha$ નો ઉપયોગ કરતા:
$\alpha = \frac{\tau}{I} = \frac{1.5}{1500} = \frac{1.5}{1.5 \times 10^3} = 10^{-3} \ rad/s^2$.
13
MediumMCQ
એક ઘન તકતીનો વ્યાસ $0.5 \ m$ અને તેનું દળ $16 \ kg$ છે. $8 \ s$ માં તેની કોણીય ઝડપ $0$ થી $120 \ rpm$ સુધી વધારવા માટે કેટલું ટોર્ક આપવું પડે?
A
$\frac{\pi^2}{5} \ N \cdot m$
B
$\pi \ N \cdot m$
C
$\frac{\pi}{2} \ N \cdot m$
D
$\frac{\pi}{4} \ N \cdot m$

Solution

(D) ઘન તકતીની જડત્વની ચાકમાત્રા $I = \frac{1}{2}MR^2$ છે.
અહીં $M = 16 \ kg$ અને $R = \frac{0.5}{2} = 0.25 \ m = \frac{1}{4} \ m$ છે.
તેથી,$I = \frac{1}{2} \times 16 \times (\frac{1}{4})^2 = 8 \times \frac{1}{16} = 0.5 \ kg \cdot m^2$.
અંતિમ કોણીય ઝડપ $\omega = 120 \ rpm = \frac{120 \times 2\pi}{60} \ rad/s = 4\pi \ rad/s$ છે.
પ્રારંભિક કોણીય ઝડપ $\omega_0 = 0$ છે.
કોણીય પ્રવેગ $\alpha = \frac{\omega - \omega_0}{t} = \frac{4\pi - 0}{8} = \frac{\pi}{2} \ rad/s^2$ મળે.
જરૂરી ટોર્ક $\tau = I\alpha$ છે.
$\tau = 0.5 \times \frac{\pi}{2} = \frac{1}{2} \times \frac{\pi}{2} = \frac{\pi}{4} \ N \cdot m$.
14
EasyMCQ
$10 \ kg$ દળ અને $50 \ m$ ની ચક્રાવર્તનની ત્રિજ્યા ધરાવતી તકતી પર $10^5 \ N \cdot m$ નું ટોર્ક (બળ યુગ્મ) લગાડવામાં આવે છે. કોણીય પ્રવેગનું મૂલ્ય $rad/s^2$ માં કેટલું થશે?
A
$50$
B
$5$
C
$4$
D
$20$

Solution

(C) ટોર્ક $(\tau)$,જડત્વની ચાકમાત્રા $(I)$ અને કોણીય પ્રવેગ $(\alpha)$ વચ્ચેનો સંબંધ $\tau = I \alpha$ છે.
આપેલ છે:
ટોર્ક $\tau = 10^5 \ N \cdot m$
દળ $m = 10 \ kg$
ચક્રાવર્તનની ત્રિજ્યા $K = 50 \ m$
જડત્વની ચાકમાત્રા $I = mK^2 = 10 \times (50)^2 = 10 \times 2500 = 25000 \ kg \cdot m^2$.
હવે,આ કિંમતોને ટોર્કના સમીકરણમાં મૂકતા:
$10^5 = 25000 \times \alpha$
$\alpha = \frac{100000}{25000} = 4 \ rad/s^2$.
15
DifficultMCQ
ભ્રમણ કરતા પૈડાનું તત્કાલીન કોણીય સ્થાન $\theta (t) = 2t^3 - 6t^2$ સૂત્ર દ્વારા આપવામાં આવે છે. આ પૈડા પરનો ટોર્ક કયા સમયે શૂન્ય થશે? $t = \dots \text{s}$
A
$1$
B
$0.5$
C
$0.25$
D
$2$

Solution

(A) કોણીય સ્થાન $\theta (t) = 2t^3 - 6t^2$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
કોણીય વેગ $\omega$ એ કોણીય સ્થાનનું સમયની સાપેક્ષે પ્રથમ વિકલન છે:
$\omega = \frac{d\theta}{dt} = 6t^2 - 12t$.
કોણીય પ્રવેગ $\alpha$ એ કોણીય વેગનું સમયની સાપેક્ષે વિકલન છે:
$\alpha = \frac{d\omega}{dt} = 12t - 12$.
ભ્રમણ ગતિ માટે ન્યૂટનના બીજા નિયમ મુજબ,ટોર્ક $\tau = I\alpha$ થાય. ટોર્ક શૂન્ય થવા માટે,કોણીય પ્રવેગ $\alpha$ શૂન્ય હોવો જોઈએ (ધારી લઈએ કે જડત્વની ચાકમાત્રા $I \neq 0$ છે).
$\alpha = 0$ લેતા:
$12t - 12 = 0$
$12t = 12$
$t = 1 \text{ s}$.
16
MediumMCQ
$1.6 \ m$ પહોળા દરવાજાને ખોલવા માટે તેની ખુલ્લી ધાર પર $1 \ N$ બળ લગાડવું પડે છે. જો આ દરવાજાને મજાગરા (ભ્રમણાક્ષ) થી $0.4 \ m$ દૂર આવેલા બિંદુ પર બળ આપીને ખોલવો હોય,તો કેટલું બળ આપવું પડે?
A
$1.2$
B
$3.6$
C
$2.4$
D
$4$

Solution

(D) દરવાજો ખોલવા માટે જરૂરી ટોર્ક અચળ રહે છે.
ટોર્ક $\tau = r_1 F_1 = r_2 F_2$,જ્યાં $r$ એ ભ્રમણાક્ષથી અંતર છે અને $F$ એ લગાડેલું બળ છે.
આપેલ છે: $r_1 = 1.6 \ m$,$F_1 = 1 \ N$,$r_2 = 0.4 \ m$.
કિંમતો મૂકતા:
$1.6 \times 1 = 0.4 \times F_2$
$F_2 = \frac{1.6}{0.4} = 4 \ N$.
તેથી,જરૂરી બળ $4 \ N$ છે.
17
MediumMCQ
$5 \ kg$ દળ ધરાવતા સ્થિર પૈડા પર $30 \ Nm$ જેટલું ટૉર્ક $15 \ s$ માટે લગાડવામાં આવે છે. પૈડાની જડત્વની ચાકમાત્રા $2 \ kg \ m^2$ છે. આ $10 \ s$ માં પૈડાએ કરેલું કોણીય સ્થાનાંતર ....... $rad$ છે.
A
$750$
B
$1500$
C
$3000$
D
$6000$

Solution

(A) આપેલ છે: ટૉર્ક $\tau = 30 \ Nm$,જડત્વની ચાકમાત્રા $I = 2 \ kg \ m^2$,પ્રારંભિક કોણીય વેગ $\omega_0 = 0 \ rad/s$,સમય $t = 10 \ s$.
સંબંધ $\tau = I \alpha$ નો ઉપયોગ કરતા,આપણે કોણીય પ્રવેગ શોધી શકીએ:
$\alpha = \frac{\tau}{I} = \frac{30}{2} = 15 \ rad/s^2$.
હવે,ચાકગતિ માટેના ગતિના સમીકરણનો ઉપયોગ કરતા:
$\theta = \omega_0 t + \frac{1}{2} \alpha t^2$.
કિંમતો મૂકતા:
$\theta = 0 \times 10 + \frac{1}{2} \times 15 \times (10)^2$.
$\theta = \frac{1}{2} \times 15 \times 100 = 750 \ rad$.
18
DifficultMCQ
$M$ દળ અને $L$ લંબાઈનો એક સળિયો સમક્ષિતિજ સમતલમાં મૂકેલો છે. તેનો એક છેડો શિરોલંબ અક્ષ પર હિન્જ કરેલો છે. હીન્જ કરેલા છેડાથી $5L/6$ અંતરે $F = Mg/2$ જેટલું સમક્ષિતિજ બળ લગાડવામાં આવે છે. સળિયાનો કોણીય પ્રવેગ કેટલો થશે?
A
$\frac{4g}{5L}$
B
$\frac{5g}{4L}$
C
$\frac{3g}{4L}$
D
$\frac{4g}{3L}$

Solution

(B) હિન્જની સાપેક્ષમાં સળિયા પર લાગતું ટોર્ક $\tau = F \times r$ દ્વારા આપવામાં આવે છે,જ્યાં $r = 5L/6$ એ હિન્જથી અંતર છે.
આપેલ છે કે $F = Mg/2$,તેથી ટોર્ક $\tau = (Mg/2) \times (5L/6) = 5MgL/12$ થશે.
$M$ દળ અને $L$ લંબાઈના સળિયાની તેના એક છેડામાંથી પસાર થતી અક્ષને અનુલક્ષીને જડત્વની ચાકમાત્રા $I = ML^2/3$ છે.
ન્યૂટનના ગતિના બીજા નિયમના પરિભ્રમણના સમકક્ષ નિયમ $\tau = I\alpha$ નો ઉપયોગ કરતા,જ્યાં $\alpha$ એ કોણીય પ્રવેગ છે:
$5MgL/12 = (ML^2/3) \times \alpha$
$\alpha = (5MgL/12) \times (3/ML^2)$
$\alpha = 5g/4L$.
Solution diagram
19
DifficultMCQ
એક પૈડા પર $1000 \ N-m$ નું ટોર્ક લગાડવામાં આવે છે અને તે તેના કેન્દ્રમાંથી પસાર થતી અક્ષની આસપાસ $200 \ kg-m^2$ ની જડત્વની ચાકમાત્રા સાથે ફરે છે. $3 \ s$ પછી પૈડાનો કોણીય વેગ કેટલો હશે?
A
$15$
B
$10$
C
$5$
D
$1$

Solution

(A) આપેલ છે:
ટોર્ક $(\tau)$ = $1000 \ N-m$
જડત્વની ચાકમાત્રા $(I)$ = $200 \ kg-m^2$
સમય $(t)$ = $3 \ s$
પ્રારંભિક કોણીય વેગ $(\omega_0)$ = $0 \ rad/s$
પગલું $1$: કોણીય પ્રવેગ $(\alpha)$ ની ગણતરી:
$\alpha = \frac{\tau}{I} = \frac{1000}{200} = 5 \ rad/s^2$
પગલું $2$: અંતિમ કોણીય વેગ $(\omega)$ ની ગણતરી:
ચાકગતિના સમીકરણનો ઉપયોગ કરતા: $\omega = \omega_0 + \alpha t$
$\omega = 0 + (5 \times 3) = 15 \ rad/s$
20
DifficultMCQ
સળિયાનો એક છેડો $O$ પર કિલકીત કરેલો છે. સળિયાનો બીજો છેડો આકૃતિમાં દર્શાવ્યા પ્રમાણે છત સાથે બાંધેલ દોરીથી લટકાવેલો છે. જો દોરી અચાનક તૂટી જાય,તો સળિયાનો કોણીય પ્રવેગ શોધો.
Question diagram
A
$\frac{3g}{2L}$
B
$\frac{g}{2L}$
C
$\frac{2g}{3L}$
D
$\frac{g}{L}$

Solution

(A) જ્યારે દોરી કાપવામાં આવે છે,ત્યારે સળિયાના દ્રવ્યમાન કેન્દ્ર પર લાગતા વજનબળને કારણે $O$ બિંદુને અનુલક્ષીને ટોર્ક ઉત્પન્ન થાય છે,જે સળિયામાં કોણીય પ્રવેગ ઉત્પન્ન કરે છે.
ટોર્ક $\tau = I\alpha$,જ્યાં $I$ એ $O$ બિંદુને અનુલક્ષીને જડત્વની ચાકમાત્રા છે અને $\alpha$ એ કોણીય પ્રવેગ છે.
સળિયાનું વજનબળ $mg$ તેના દ્રવ્યમાન કેન્દ્ર પર લાગે છે,જે $O$ થી $\frac{L}{2}$ અંતરે છે.
તેથી,ટોર્ક $\tau = mg \times \frac{L}{2}$
$O$ બિંદુને અનુલક્ષીને સળિયાની જડત્વની ચાકમાત્રા $I = \frac{mL^2}{3}$ થાય.
ટોર્કને સરખાવતા: $mg \left( \frac{L}{2} \right) = \left( \frac{mL^2}{3} \right) \alpha$
$\frac{g}{2} = \frac{L\alpha}{3}$
$\alpha = \frac{3g}{2L}$
Solution diagram
21
DifficultMCQ
એક પૈડાની તેની ઊર્ધ્વઅક્ષને અનુલક્ષીને જડત્વની ચાકમાત્રા $2 \ kg \ m^2$ છે. તે આ અક્ષને અનુલક્ષીને $60 \ rpm$ જેટલી ઝડપથી ભ્રમણ કરે છે. આ પૈડાને $1 \ minute$ માં સ્થિર કરવા માટે કેટલું ટૉર્ક લગાવવું પડે?
A
$\frac{2\pi}{15} \ Nm$
B
$\frac{\pi}{12} \ Nm$
C
$\frac{\pi}{15} \ Nm$
D
$\frac{\pi}{18} \ Nm$

Solution

(C) આપેલ છે: જડત્વની ચાકમાત્રા $I = 2 \ kg \ m^2$,પ્રારંભિક કોણીય વેગ $\omega_0 = 60 \ rpm = \frac{60 \times 2\pi}{60} \ rad/s = 2\pi \ rad/s$,અંતિમ કોણીય વેગ $\omega = 0 \ rad/s$,સમય $t = 1 \ minute = 60 \ s$.
ભ્રમણગતિના સમીકરણ મુજબ: $\omega = \omega_0 + \alpha t$.
પૈડું સ્થિર થતું હોવાથી,$0 = 2\pi + \alpha(60)$,તેથી કોણીય પ્રવેગ $\alpha = -\frac{2\pi}{60} = -\frac{\pi}{30} \ rad/s^2$.
જરૂરી ટોર્કનું મૂલ્ય $\tau = |I\alpha| = 2 \times \frac{\pi}{30} = \frac{\pi}{15} \ Nm$ થાય.
22
MediumMCQ
$400 \ Nm$ નું અચળ બળયુગ્મ $100 \ kg \ m^2$ જડત્વની ચાકમાત્રા ધરાવતા વ્હીલને તેની કેન્દ્રમાંથી પસાર થતી અક્ષ પર ચાકગતિ કરાવે છે. $4 \ s$ માં મેળવેલો કોણીય વેગ ....... $rad \ s^{-1}$ થશે.
A
$12$
B
$16$
C
$20$
D
$24$

Solution

(B) આપેલ છે:
બળયુગ્મ $\tau = 400 \ Nm$
જડત્વની ચાકમાત્રા $I = 100 \ kg \ m^2$
સમય $t = 4 \ s$
પ્રારંભિક કોણીય વેગ $\omega_0 = 0 \ rad \ s^{-1}$
બળયુગ્મ અને કોણીય પ્રવેગ વચ્ચેના સંબંધનો ઉપયોગ કરતા:
$\tau = I \alpha$
$400 = 100 \times \alpha$
$\alpha = 4 \ rad \ s^{-2}$
ચાકગતિના પ્રથમ સમીકરણનો ઉપયોગ કરતા:
$\omega = \omega_0 + \alpha t$
$\omega = 0 + (4 \times 4)$
$\omega = 16 \ rad \ s^{-1}$
23
MediumMCQ
એક ઓટોમોબાઈલ એન્જિન $6000 \ rpm$ પર $200 \ hp$ પાવર ઉત્પન્ન કરે છે. તેને અનુરૂપ ટોર્ક ......... $N \cdot m$ થશે.
A
$200$
B
$150.20$
C
$237.5$
D
$300$

Solution

(C) આપેલ છે: પાવર $P = 200 \ hp$ અને કોણીય ઝડપ $\omega = 6000 \ rpm$.
પ્રથમ,પાવરને વોટમાં ફેરવો: $P = 200 \times 746 \ W = 1.492 \times 10^5 \ W$.
ત્યારબાદ,કોણીય ઝડપને રેડિયન પ્રતિ સેકન્ડમાં ફેરવો: $\omega = 6000 \times \frac{2\pi}{60} \ rad/s = 200\pi \ rad/s \approx 628.32 \ rad/s$.
પાવર,ટોર્ક $(\tau)$ અને કોણીય વેગ વચ્ચેનો સંબંધ $P = \tau \omega$ છે.
તેથી,$\tau = \frac{P}{\omega} = \frac{1.492 \times 10^5}{628.32} \approx 237.5 \ N \cdot m$.
24
DifficultMCQ
વ્હીલના કેન્દ્રમાંથી પસાર થતી અક્ષ પર $200 \ kg \cdot m^2$ જડત્વની ચાકમાત્રા ધરાવતા વ્હીલને $1000 \ N \cdot m$ ના અચળ ટોર્કથી ફેરવવામાં આવે છે. $3 \ s$ બાદ તેનો કોણીય વેગ $(rad/s)$ માં કેટલો થશે?
A
$1$
B
$5$
C
$15$
D
$10$

Solution

(C) આપેલ છે: જડત્વની ચાકમાત્રા $I = 200 \ kg \cdot m^2$,ટોર્ક $\tau = 1000 \ N \cdot m$,સમય $t = 3 \ s$,પ્રારંભિક કોણીય વેગ $\omega_0 = 0 \ rad/s$.
સંબંધ $\tau = I \alpha$ નો ઉપયોગ કરીને,આપણે કોણીય પ્રવેગ $\alpha$ શોધી શકીએ છીએ:
$\alpha = \frac{\tau}{I} = \frac{1000}{200} = 5 \ rad/s^2$.
હવે,ચાકગતિના પ્રથમ સમીકરણ $\omega = \omega_0 + \alpha t$ નો ઉપયોગ કરતા:
$\omega = 0 + (5 \times 3) = 15 \ rad/s$.
આમ,$3 \ s$ પછી કોણીય વેગ $15 \ rad/s$ થશે.
25
DifficultMCQ
$20 \ kg$ દળની લંબચોરસ પ્લેટને આકૃતિમાં દર્શાવ્યા પ્રમાણે બિંદુ $A$ અને $B$ પરથી લટકાવેલી છે. જો $B$ પિનને અચાનક દૂર કરવામાં આવે તો,પ્લેટનો કોણીય પ્રવેગ $(rad/s^2)$ માં શોધો.
Question diagram
A
$4.8$
B
$48$
C
$24$
D
$40$

Solution

(B) પિન $B$ ને દૂર કર્યા પછીની સ્થિતિ આકૃતિમાં દર્શાવેલ છે. ધારો કે લંબાઈ $l = 0.2 \ m$ અને પહોળાઈ $b = 0.15 \ m$ છે.
જ્યારે પિન $B$ દૂર કરવામાં આવે છે,ત્યારે પ્લેટ બિંદુ $A$ ની આસપાસ ફરવાનું શરૂ કરે છે.
દ્રવ્યમાન કેન્દ્ર પર લાગતા ગુરુત્વાકર્ષણને કારણે ટોર્ક $\tau$ નીચે મુજબ છે:
$\tau = mg \left( \frac{l}{2} \right)$
સંબંધ $\tau = I_A \alpha$ નો ઉપયોગ કરતા,જ્યાં $I_A$ એ બિંદુ $A$ ની સાપેક્ષ જડત્વની ચાકમાત્રા છે:
$I_A \alpha = mg \left( \frac{l}{2} \right) \quad \dots(i)$
લંબચોરસ પ્લેટની તેના દ્રવ્યમાન કેન્દ્રની સાપેક્ષ જડત્વની ચાકમાત્રા $I_{CM} = \frac{M}{12}(l^2 + b^2)$ છે.
સમાંતર અક્ષ પ્રમેયનો ઉપયોગ કરતા,$I_A = I_{CM} + Md^2$,જ્યાં $d$ એ દ્રવ્યમાન કેન્દ્રથી બિંદુ $A$ સુધીનું અંતર છે:
$d^2 = \left( \frac{l}{2} \right)^2 + \left( \frac{b}{2} \right)^2 = \frac{0.2^2}{4} + \frac{0.15^2}{4} = \frac{0.04 + 0.0225}{4} = \frac{0.0625}{4} = 0.015625 \ m^2$
$I_A = \frac{20}{12}(0.2^2 + 0.15^2) + 20(0.015625) = \frac{20}{12}(0.0625) + 0.3125 = 0.104167 + 0.3125 = 0.416667 \ kg \cdot m^2$
હવે,સમીકરણ $(i)$ માં કિંમત મૂકતા:
$0.416667 \alpha = 20 \times 10 \times \left( \frac{0.2}{2} \right)$
$0.416667 \alpha = 20 \times 1 = 20$
$\alpha = \frac{20}{0.416667} = 48 \ rad/s^2$.
Solution diagram
26
MediumMCQ
એક ધરી પર પરિભ્રમણ કરતા પૈડાની જડત્વની ચાકમાત્રા $3 \times 10^2 \ kg \ m^2$ છે અને તેની કોણીય ઝડપ $4.6 \ rad \ s^{-1}$ છે. જો પૈડા પર $6.9 \times 10^2 \ N \ m$ જેટલું પ્રતિટોર્ક લગાડવામાં આવે,તો કેટલા સેકન્ડમાં પૈડું સ્થિર થઈ જશે?
A
$1.5$
B
$2$
C
$0.5$
D
$1$

Solution

(B) આપેલ છે: જડત્વની ચાકમાત્રા $I = 3 \times 10^2 \ kg \ m^2$,પ્રતિટોર્ક $\tau = 6.9 \times 10^2 \ N \ m$,પ્રારંભિક કોણીય ઝડપ $\omega_0 = 4.6 \ rad \ s^{-1}$,અંતિમ કોણીય ઝડપ $\omega = 0 \ rad \ s^{-1}$.
સંબંધ $\tau = I \alpha$ નો ઉપયોગ કરતા,કોણીય પ્રવેગ $\alpha$ મળે:
$\alpha = \frac{\tau}{I} = \frac{6.9 \times 10^2}{3 \times 10^2} = 2.3 \ rad \ s^{-2}$.
અહીં પ્રતિટોર્ક હોવાથી,$\alpha = -2.3 \ rad \ s^{-2}$ લેતા.
ગતિના સમીકરણ $\omega = \omega_0 + \alpha t$ નો ઉપયોગ કરતા:
$0 = 4.6 + (-2.3)t$
$2.3t = 4.6$
$t = \frac{4.6}{2.3} = 2 \ s$.
આમ,પૈડું $2 \ s$ માં સ્થિર થઈ જશે.
27
MediumMCQ
$0.4 \ m$ ત્રિજ્યાનું પૈડું આકૃતિમાં દર્શાવ્યા મુજબ તેની અક્ષની આસપાસ મુક્ત રીતે ફરી શકે છે. તેના પરિઘની આસપાસ દોરી વીંટાળેલ છે તથા $4 \ kg$ નું વજન લટકાવેલ છે. ટોર્કને લીધે તેમાં $8 \ rad \ s^{-2}$ નો કોણીય પ્રવેગ ઉત્પન્ન થાય છે. તો પૈડાની જડત્વની ચાકમાત્રા = $...... \ kg \ m^2$ $(g = 10 \ ms^{-2})$
Question diagram
A
$2$
B
$1$
C
$4$
D
$8$

Solution

(A) આપેલ છે: ત્રિજ્યા $r = 0.4 \ m$,કોણીય પ્રવેગ $\alpha = 8 \ rad \ s^{-2}$,દળ $m = 4 \ kg$,ગુરુત્વપ્રવેગ $g = 10 \ ms^{-2}$.
વજન દ્વારા ઉત્પન્ન થતું ટોર્ક $\tau = mgr$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
વળી,ટોર્ક એ જડત્વની ચાકમાત્રા $I$ અને કોણીય પ્રવેગ $\alpha$ સાથે $\tau = I\alpha$ સંબંધ ધરાવે છે.
ટોર્કના બંને સમીકરણોને સરખાવતા:
$I\alpha = mgr$
$I \times 8 = 4 \times 10 \times 0.4$
$I \times 8 = 16$
$I = \frac{16}{8} = 2 \ kg \ m^2$.
28
DifficultMCQ
એક વ્હીલ તેના કેન્દ્રમાંથી પસાર થતી અક્ષ પર $720 \ rpm$ થી ચાકગતિ કરે છે. તેના પર $8 \ s$ માટે અચળ ટોર્ક લગાડીને તેને સ્થિર કરવામાં આવે છે. ટોર્કની કિંમત $Nm$ માં કેટલી થશે? (આપેલ છે: $I = \frac{24}{\pi} \ kg \cdot m^2$)
A
$48$
B
$72$
C
$96$
D
$120$

Solution

(B) પ્રારંભિક કોણીય વેગ $\omega_0 = 720 \ rpm = \frac{720}{60} \ rps = 12 \ rps$.
રેડિયન પ્રતિ સેકન્ડમાં ફેરવતા: $\omega_0 = 2\pi \times 12 = 24\pi \ rad/s$.
વ્હીલ સ્થિર થાય છે,તેથી અંતિમ કોણીય વેગ $\omega = 0$.
સમીકરણ $\omega = \omega_0 - \alpha t$ નો ઉપયોગ કરતા,જ્યાં $t = 8 \ s$:
$0 = 24\pi - \alpha(8) \implies \alpha = \frac{24\pi}{8} = 3\pi \ rad/s^2$.
ટોર્ક $\tau = I\alpha$ દ્વારા મળે છે.
આપેલ કિંમતો મૂકતા: $\tau = \left(\frac{24}{\pi}\right) \times (3\pi) = 72 \ Nm$.
29
MediumMCQ
એક ઇલેક્ટ્રિક મોટરને ટોર્ક ઉત્પન્ન કરવા માટે સ્થિર સ્થિતિમાંથી શરૂ કરવામાં આવે છે. તે $\alpha = 3t - t^2$ જેટલો કોણીય પ્રવેગ પ્રાપ્ત કરે છે. $2 \ s$ પછી કોણીય પ્રવેગ શૂન્ય થઈ જાય છે. $6 \ s$ પછી કોણીય વેગની ગણતરી કરો.
A
$\frac{13}{2} \ rad/s$
B
$10 \ rad/s$
C
$\frac{5}{3} \ rad/s$
D
$\frac{10}{3} \ rad/s$

Solution

(D) આપેલ કોણીય પ્રવેગ: $\alpha = 3t - t^2$.
કારણ કે $\alpha = \frac{d\omega}{dt}$,તેથી $d\omega = (3t - t^2) dt$.
$t = 0$ થી $t = 2 \ s$ (જ્યારે પ્રવેગ શૂન્ય થાય છે) સુધી સંકલન કરતા:
$\omega = \int_{0}^{2} (3t - t^2) dt = [\frac{3t^2}{2} - \frac{t^3}{3}]_{0}^{2}$.
$\omega = (\frac{3(4)}{2} - \frac{8}{3}) = 6 - \frac{8}{3} = \frac{18 - 8}{3} = \frac{10}{3} \ rad/s$.
$t > 2 \ s$ માટે કોણીય પ્રવેગ શૂન્ય હોવાથી,$t \ge 2 \ s$ માટે કોણીય વેગ $\frac{10}{3} \ rad/s$ જેટલો અચળ રહે છે.
તેથી,$6 \ s$ પછી કોણીય વેગ $\frac{10}{3} \ rad/s$ થશે.
30
MediumMCQ
$2 \ m$ ત્રિજ્યાની એક વર્તુળાકાર તકતી $240 \ rpm$ ની ઝડપે ભ્રમણ કરે છે. જો તકતી પર ટોર્ક લગાડવામાં આવે, તો તે $\pi \ rad/s^2$ ના દરે ધીમી પડે છે. તેને અટકતા કેટલો સમય લાગશે? સ્થિર થતા પહેલા તકતી કેટલા ભ્રમણ પૂર્ણ કરશે?
A
$8 \ s, 16 \ \text{ભ્રમણ}$
B
$12 \ s, 24 \ \text{ભ્રમણ}$
C
$10 \ s, 8 \ \text{ભ્રમણ}$
D
$6 \ s, 12 \ \text{ભ્રમણ}$

Solution

(A) આપેલ છે: પ્રારંભિક કોણીય વેગ $\omega_1 = 240 \ rpm = \frac{240 \times 2\pi}{60} \ rad/s = 8\pi \ rad/s$.
કોણીય પ્રતિપ્રવેગ $\alpha = \pi \ rad/s^2$.
અંતિમ કોણીય વેગ $\omega_2 = 0 \ rad/s$.
સમીકરણ $\omega_2 = \omega_1 - \alpha t$ નો ઉપયોગ કરતા:
$0 = 8\pi - \pi t \implies t = 8 \ s$.
સમીકરણ $\omega_2^2 = \omega_1^2 - 2\alpha \theta$ નો ઉપયોગ કરતા:
$0 = (8\pi)^2 - 2(\pi)\theta \implies 64\pi^2 = 2\pi\theta \implies \theta = 32\pi \ rad$.
ભ્રમણની સંખ્યા $N = \frac{\theta}{2\pi} = \frac{32\pi}{2\pi} = 16 \ \text{ભ્રમણ}$.
31
DifficultMCQ
વ્હીલની લંબ અક્ષ પર જડત્વની ચાકમાત્રા $2 \ kg \cdot m^2$ છે અને તે તે અક્ષ પર $60 \ rpm$ ની ઝડપે ફરે છે. એક મિનિટમાં વ્હીલને અટકાવવા માટે જરૂરી ટોર્ક કેટલું છે?
A
$\frac{\pi}{12} \ N \cdot m$
B
$\frac{\pi}{15} \ N \cdot m$
C
$\frac{\pi}{18} \ N \cdot m$
D
$\frac{2\pi}{15} \ N \cdot m$

Solution

(B) આપેલ છે: જડત્વની ચાકમાત્રા $I = 2 \ kg \cdot m^2$,પ્રારંભિક કોણીય વેગ $\omega_0 = 60 \ rpm = \frac{60 \times 2\pi}{60} \ rad/s = 2\pi \ rad/s$,અંતિમ કોણીય વેગ $\omega = 0$,સમય $t = 1 \ minute = 60 \ s$.
ચાકગતિના સમીકરણનો ઉપયોગ કરતા: $\omega = \omega_0 - \alpha t$.
$0 = 2\pi - \alpha(60) \implies \alpha = \frac{2\pi}{60} = \frac{\pi}{30} \ rad/s^2$.
જરૂરી ટોર્ક $\tau = I\alpha$ દ્વારા મળે છે.
$\tau = 2 \times \frac{\pi}{30} = \frac{\pi}{15} \ N \cdot m$.
32
MediumMCQ
એક પૈડું તેની ભૌમિતિક અક્ષને અનુલક્ષીને $60 \ rpm$ ની ઝડપથી ભ્રમણ કરે છે. જો આ અક્ષને અનુલક્ષીને પૈડાની જડત્વની ચાકમાત્રા $2 \ kg \ m^2$ હોય,તો તેના ભ્રમણને એક મિનિટમાં રોકવા માટે કેટલું ટોર્ક જોઈએ?
A
$\frac{2\pi}{15} \ Nm$
B
$\frac{\pi}{12} \ Nm$
C
$\frac{\pi}{15} \ Nm$
D
$\frac{\pi}{28} \ Nm$

Solution

(C) પ્રારંભિક કોણીય વેગ $\omega_i = 60 \ rpm = \frac{60 \times 2\pi}{60} = 2\pi \ rad \ s^{-1}$.
અંતિમ કોણીય વેગ $\omega_f = 0 \ rad \ s^{-1}$.
લીધેલ સમય $t = 1 \ minute = 60 \ s$.
જડત્વની ચાકમાત્રા $I = 2 \ kg \ m^2$.
કોણીય પ્રવેગ $\alpha = \frac{\omega_f - \omega_i}{t} = \frac{0 - 2\pi}{60} = -\frac{\pi}{30} \ rad \ s^{-2}$.
જરૂરી ટોર્ક $\tau = I\alpha = 2 \times \left( -\frac{\pi}{30} \right) = -\frac{\pi}{15} \ Nm$.
આમ,જરૂરી ટોર્કનું મૂલ્ય $\frac{\pi}{15} \ Nm$ છે.
33
MediumMCQ
એક નિયમિત ઘનતાવાળી તકતી $10$ પરિભ્રમણ પ્રતિ સેકન્ડ કરે છે. તેની ઉપર ટૉર્ક લગાડતાં તેમાં $5 \text{ rad s}^{-2}$ નો કોણીય પ્રવેગ ઉત્પન્ન થાય છે. $2 \text{ s}$ બાદ તેનો કોણીય વેગ ...... $\text{rad s}^{-1}$ અને $2 \text{ s}$ માં તકતીએ કરેલાં પરિભ્રમણ ...... થાય.
A
$72.8, 21.59$
B
$52.6, 18.5$
C
$12.6, 4.8$
D
$82.6, 34.6$

Solution

(A) પ્રારંભિક કોણીય વેગ $\omega_0 = 10 \text{ rev/s} = 10 \times 2\pi \text{ rad/s} = 20\pi \text{ rad/s} \approx 62.8 \text{ rad/s}$.
કોણીય પ્રવેગ $\alpha = 5 \text{ rad/s}^2$.
સમય $t = 2 \text{ s}$.
અંતિમ કોણીય વેગ $\omega = \omega_0 + \alpha t = 20\pi + (5)(2) = 62.8 + 10 = 72.8 \text{ rad/s}$.
કોણીય સ્થાનાંતર $\theta = \omega_0 t + \frac{1}{2} \alpha t^2 = (20\pi)(2) + \frac{1}{2}(5)(2)^2 = 40\pi + 10 = 125.6 + 10 = 135.6 \text{ rad}$.
પરિભ્રમણોની સંખ્યા $n = \frac{\theta}{2\pi} = \frac{135.6}{2 \times 3.14} = \frac{135.6}{6.28} \approx 21.59 \text{ પરિભ્રમણ}$.
34
DifficultMCQ
$2 \ kg$ ના ચાર દળોને $1/4 \ m$ લાંબા સ્પોક્સ વડે ધરી સાથે આકૃતિમાં દર્શાવ્યા પ્રમાણે જોડેલા છે. $24 \ N$ નું બળ $F$ એ $1/2 \ m$ લાંબા સ્પોકના છેડે $30^{\circ}$ ના ખૂણે લગાવતા કોણીય પ્રવેગ $\alpha$ પેદા થાય છે. $\alpha$ નું મૂલ્ય ........ $rad/s^2$ છે.
Question diagram
A
$4$
B
$10$
C
$20$
D
$12$

Solution

(D) ટોર્ક $\tau$ નું સૂત્ર $\tau = F r \sin \theta = I \alpha$ છે.
અહીં,ચાર દળોની જડત્વની ચાકમાત્રા $I = 4 \times (m r^2) = 4 \times (2 \times (1/4)^2) = 4 \times (2 \times 1/16) = 0.5 \ kg \cdot m^2$ થાય.
$F = 24 \ N$ બળ દ્વારા $r = 1/2 \ m$ અંતરે અને $\theta = 30^{\circ}$ ખૂણે લાગતું ટોર્ક $\tau = F r \sin 30^{\circ} = 24 \times (1/2) \times (1/2) = 6 \ N \cdot m$ મળે.
$\tau = I \alpha$ સૂત્રનો ઉપયોગ કરતા,$6 = 0.5 \times \alpha$ મળે.
તેથી,$\alpha = 6 / 0.5 = 12 \ rad/s^2$ થાય.
35
MediumMCQ
આપેલ આકૃતિમાં,જો ત્રિકોણાકાર ફ્રેમના મધ્યબિંદુ પર બળ લગાડવામાં આવે,તો કઈ અક્ષ પર કોણીય પ્રવેગ વધુ હશે?
Question diagram
A
$I_{11'} > I_{22'}$
B
$I_{22'} > I_{11'}$
C
$I_{11'} = I_{22'}$
D
એકપણ નહિ

Solution

(B) મધ્યબિંદુ પર લાગતું ટોર્ક $\tau$ બંને અક્ષો માટે સમાન છે. ટોર્ક અને કોણીય પ્રવેગ $\alpha$ વચ્ચેનો સંબંધ $\tau = I\alpha$ છે,જ્યાં $I$ એ જડત્વની આઘૂર્ણ (moment of inertia) છે.
$\tau$ અચળ હોવાથી,$\alpha = \frac{\tau}{I}$ થાય. તેથી,જે અક્ષ માટે જડત્વની આઘૂર્ણ ઓછી હશે,તેનો કોણીય પ્રવેગ વધુ હશે.
જડત્વની આઘૂર્ણ $I = \sum mr^2$ દ્વારા આપવામાં આવે છે. અક્ષ $11'$ અને $22'$ ની સાપેક્ષે દળના વિતરણની સરખામણી કરતા,દળ અક્ષ $22'$ કરતા અક્ષ $11'$ થી વધુ દૂર વિતરિત થયેલું છે.
તેથી,$I_{11'} > I_{22'}$.
$\alpha$ એ $I$ ના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોવાથી,અક્ષ $22'$ પર કોણીય પ્રવેગ વધુ હશે કારણ કે $I_{22'} < I_{11'}$.
36
DifficultMCQ
$0.20 \ kg \cdot m^2$ જેટલી જડત્વની ચાકમાત્રા અને $20 \ cm$ ત્રિજ્યા ધરાવતા વ્હીલની રીમ પર દોરી વીંટાળેલી છે. વ્હીલ તેની અક્ષ પર મુક્તપણે ભ્રમણ કરી શકે છે અને શરૂઆતમાં સ્થિર છે. હવે દોરીને $20 \ N$ ના બળથી ખેંચવામાં આવે છે. $5 \ s$ પછી વ્હીલનો કોણીય વેગ $rad/s$ માં કેટલો હશે?
Question diagram
A
$90$
B
$70$
C
$95$
D
$100$

Solution

(D) આપેલ છે: જડત્વની ચાકમાત્રા $I = 0.20 \ kg \cdot m^2$,ત્રિજ્યા $r = 20 \ cm = 0.2 \ m$,બળ $F = 20 \ N$,સમય $t = 5 \ s$,પ્રારંભિક કોણીય વેગ $\omega_0 = 0$.
વ્હીલ પર લાગતું ટોર્ક $\tau = F \times r$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
કિંમતો મૂકતા: $\tau = 20 \ N \times 0.2 \ m = 4 \ N \cdot m$.
આપણે જાણીએ છીએ કે ટોર્ક અને કોણીય પ્રવેગ $\alpha$ વચ્ચેનો સંબંધ $\tau = I \alpha$ છે.
તેથી,$\alpha = \frac{\tau}{I} = \frac{4 \ N \cdot m}{0.20 \ kg \cdot m^2} = 20 \ rad/s^2$.
ભ્રમણ માટે ગતિનું સમીકરણ વાપરતા: $\omega = \omega_0 + \alpha t$.
કિંમતો મૂકતા: $\omega = 0 + (20 \ rad/s^2) \times (5 \ s) = 100 \ rad/s$.
37
MediumMCQ
$10 \ cm$ ત્રિજ્યા ધરાવતી એક ગરગડીની તેની ભૌમિતિક અક્ષને અનુલક્ષીને જડત્વની ચાકમાત્રા $10^{-3} \ kg \ m^2$ છે. તેની કિનારી પર સ્પર્શરૂપે સમય સાથે બદલાતું જતું બળ $F = (0.5t + 0.3t^2) \ N$ લગાડવામાં આવે છે. ગરગડી પ્રારંભમાં સ્થિર છે. જો $t$ સેકન્ડમાં હોય,તો $t = 3 \ s$ વખતે ગરગડીનો કોણીય પ્રવેગ $rad \ s^{-2}$ માં કેટલો હશે?
A
$840$
B
$420$
C
$42$
D
$4.2$

Solution

(B) ટોર્ક $\tau = I\alpha$ અને $\tau = RF$ છે.
તેથી,$I\alpha = RF \Rightarrow \alpha = \frac{RF}{I}$.
અહીં $R = 0.1 \ m$,$I = 10^{-3} \ kg \ m^2$ અને $F = (0.5t + 0.3t^2) \ N$ છે.
$\alpha = \frac{0.1 \times (0.5t + 0.3t^2)}{10^{-3}}$.
$t = 3 \ s$ મૂકતા:
$\alpha = \frac{0.1 \times (0.5(3) + 0.3(3)^2)}{10^{-3}}$
$\alpha = \frac{0.1 \times (1.5 + 2.7)}{10^{-3}}$
$\alpha = \frac{0.1 \times 4.2}{10^{-3}} = \frac{0.42}{10^{-3}} = 420 \ rad \ s^{-2}$.
38
MediumMCQ
$l$ લંબાઈ અને $m$ દળ ધરાવતો એક સમાન સળિયો $AB$ બિંદુ $A$ ની આસપાસ મુક્તપણે ફરી શકે છે. સળિયાને આડી સ્થિતિમાં સ્થિર સ્થિતિમાંથી મુક્ત કરવામાં આવે છે. જો બિંદુ $A$ ની આસપાસ સળિયાની જડત્વની આઘૂર્ણ $ml^2/3$ હોય,તો સળિયાનો પ્રારંભિક કોણીય પ્રવેગ કેટલો હશે?
Question diagram
A
$\frac{mgl}{2}$
B
$\frac{3}{2}gl$
C
$\frac{3g}{2l}$
D
$\frac{2g}{3l}$

Solution

(C) બિંદુ $A$ ની આસપાસ ટોર્ક $\tau$ એ સળિયાના દ્રવ્યમાન કેન્દ્ર પર લાગતા ગુરુત્વાકર્ષણ બળને કારણે છે,જે $A$ થી $l/2$ અંતરે છે.
$\tau = mg \times \frac{l}{2} = \frac{mgl}{2}$
ટોર્ક અને કોણીય પ્રવેગ વચ્ચેના સંબંધનો ઉપયોગ કરતા,$\tau = I\alpha$,જ્યાં $I$ એ $A$ ની આસપાસ જડત્વની આઘૂર્ણ છે અને $\alpha$ એ કોણીય પ્રવેગ છે.
આપેલ છે કે $I = \frac{ml^2}{3}$,તેથી:
$\alpha = \frac{\tau}{I} = \frac{mgl/2}{ml^2/3} = \frac{mgl}{2} \times \frac{3}{ml^2} = \frac{3g}{2l}$
Solution diagram
39
MediumMCQ
ઘૂમતા પૈડા પરના એક બિંદુનું તત્કાલીન કોણીય સ્થાન સમીકરણ $\theta(t) = 2t^3 - 6t^2$ દ્વારા આપવામાં આવે છે. પૈડા પરનું ટોર્ક $t = $ ...... $s$ સમયે શૂન્ય થાય છે.
A
$1$
B
$0.5$
C
$0.25$
D
$2$

Solution

(A) આપેલ છે: $\theta(t) = 2t^3 - 6t^2$.
પ્રથમ,$\theta$ નું સમય $t$ ની સાપેક્ષમાં વિકલન કરીને કોણીય વેગ $\omega$ શોધો: $\omega = \frac{d\theta}{dt} = 6t^2 - 12t$.
ત્યારબાદ,$\omega$ નું સમય $t$ ની સાપેક્ષમાં વિકલન કરીને કોણીય પ્રવેગ $\alpha$ શોધો: $\alpha = \frac{d\omega}{dt} = 12t - 12$.
ટોર્ક $\tau$ એ સંબંધ $\tau = I\alpha$ દ્વારા આપવામાં આવે છે,જ્યાં $I$ એ જડત્વની આઘૂર્ણ છે.
ટોર્ક શૂન્ય થવા માટે,કોણીય પ્રવેગ $\alpha$ શૂન્ય હોવો જોઈએ (ધારી લઈએ કે $I \neq 0$).
$\alpha = 0$ લેતા,આપણને મળે છે: $12t - 12 = 0$.
$t$ માટે ઉકેલતા,આપણને $t = 1 \ s$ મળે છે.
40
DifficultMCQ
$M$ દળ અને $L$ લંબાઈનો એક સળિયો $PQ$ છે,જે $P$ છેડેથી મિજાગરા (hinged) વડે જોડાયેલ છે. આકૃતિમાં દર્શાવ્યા મુજબ સળિયાને $Q$ બિંદુએ બાંધેલી દળરહિત દોરી વડે સમક્ષિતિજ રાખવામાં આવે છે. જ્યારે દોરી કાપવામાં આવે,ત્યારે સળિયાનો પ્રારંભિક કોણીય પ્રવેગ કેટલો હશે?
Question diagram
A
$\frac{g}{L}$
B
$\frac{2g}{L}$
C
$\frac{2g}{3L}$
D
$\frac{3g}{2L}$

Solution

(D) જ્યારે દોરી કાપવામાં આવે છે,ત્યારે સળિયો તેના વજન દ્વારા ઉત્પન્ન થતા ટોર્કને કારણે $P$ બિંદુની આસપાસ ફરશે.
ધારો કે $\alpha$ એ સળિયાનો પ્રારંભિક કોણીય પ્રવેગ છે.
$P$ બિંદુની સાપેક્ષે ટોર્ક $\tau = I\alpha$ દ્વારા આપવામાં આવે છે,જ્યાં $I$ એ સળિયાની એક છેડાની સાપેક્ષે જડત્વની ચાકમાત્રા છે.
$I = \frac{ML^2}{3} \quad ...(i)$
વળી,દ્રવ્યમાન કેન્દ્ર પર લાગતા ગુરુત્વાકર્ષણ બળને કારણે ટોર્ક ($P$ થી $L/2$ અંતરે):
$\tau = Mg \times \frac{L}{2} \quad ...(ii)$
$(i)$ અને $(ii)$ ને સરખાવતા:
$\frac{ML^2}{3} \alpha = Mg \frac{L}{2}$
$\alpha = \frac{MgL}{2} \times \frac{3}{ML^2}$
$\alpha = \frac{3g}{2L}$
Solution diagram
41
MediumMCQ
$50\, kg$ દળ અને $0.5\, m$ ત્રિજ્યા ધરાવતો એક નક્કર નળાકાર સમક્ષિતિજ અક્ષ પર મુક્તપણે ફરી શકે છે. એક દળરહિત દોરી નળાકારની આસપાસ વીંટાળેલી છે, જેનો એક છેડો નળાકાર સાથે જોડાયેલ છે અને બીજો છેડો મુક્ત રીતે લટકે છે. $2\, \text{revolutions } s^{-2}$ નો કોણીય પ્રવેગ ઉત્પન્ન કરવા માટે દોરીમાં જરૂરી તણાવ ...... $N$ છે।
A
$25$
B
$50$
C
$78.5$
D
$157$

Solution

(D) આપેલ છે: નળાકારનું દળ, $M = 50\, kg$. નળાકારની ત્રિજ્યા, $R = 0.5\, m$. કોણીય પ્રવેગ, $\alpha = 2\, \text{rev } s^{-2}$.
કોણીય પ્રવેગને $SI$ એકમોમાં ફેરવતા: $\alpha = 2 \times 2\pi\, \text{rad } s^{-2} = 4\pi\, \text{rad } s^{-2}$.
દોરીમાં રહેલા તણાવ $T$ દ્વારા ઉત્પન્ન થતું ટોર્ક $\tau = T \times R$ છે.
નળાકારની તેની મધ્ય અક્ષને અનુલક્ષીને જડત્વની ચાકમાત્રા $I = \frac{1}{2}MR^2$ છે.
સંબંધ $\tau = I\alpha$ નો ઉપયોગ કરતા, આપણને મળે છે $TR = (\frac{1}{2}MR^2)\alpha$.
તણાવ $T$ માટે ઉકેલતા: $T = \frac{1}{2}MR\alpha$.
કિંમતો મૂકતા: $T = \frac{1}{2} \times 50 \times 0.5 \times 4\pi = 50\pi$.
$\pi \approx 3.14$ લેતા, $T = 50 \times 3.14 = 157\, N$.
Solution diagram
42
MediumMCQ
એક વાહન $54 \,km h^{-1}$ ની ઝડપે રસ્તા પર ગતિ કરે છે. તેના પૈડાંની ત્રિજ્યા $0.45\, m$ છે અને તેની ભ્રમણાક્ષને અનુલક્ષીને જડત્વની ચાકમાત્રા $3\, kg m^2$ છે. જો વાહનને $15\, s$ માં સ્થિર કરવામાં આવે,તો તેના બ્રેક દ્વારા પૈડાં પર લાગતા સરેરાશ ટોર્કનું મૂલ્ય .......... $kg \,m^2\, s^{-2}$ છે.
A
$2.86$
B
$6.66$
C
$8.58$
D
$10.86$

Solution

(B) આપેલ છે:
વાહનની ઝડપ,$v = 54 \,km h^{-1} = 54 \times \frac{5}{18} \,m s^{-1} = 15 \,m s^{-1}$.
પૈડાંની ત્રિજ્યા,$R = 0.45 \,m$.
પૈડાંની જડત્વની ચાકમાત્રા,$I = 3 \,kg m^2$.
વાહનને સ્થિર થવા માટે લાગતો સમય,$t = 15 \,s$.
પૈડાંની પ્રારંભિક કોણીય ઝડપ $\omega_i = \frac{v}{R} = \frac{15 \,m s^{-1}}{0.45 \,m} = \frac{1500}{45} \,rad s^{-1} = \frac{100}{3} \,rad s^{-1}$ છે.
અંતિમ કોણીય ઝડપ $\omega_f = 0$ છે (કારણ કે વાહન સ્થિર થાય છે).
પૈડાંનો કોણીય પ્રતિપ્રવેગ $\alpha = \frac{\omega_f - \omega_i}{t} = \frac{0 - \frac{100}{3}}{15} = -\frac{100}{45} \,rad s^{-2}$ છે.
સરેરાશ ટોર્કનું મૂલ્ય $\tau = I |\alpha| = 3 \,kg m^2 \times \frac{100}{45} \,rad s^{-2} = \frac{300}{45} \,N m = \frac{20}{3} \,N m \approx 6.66 \,kg m^2 s^{-2}$ થાય.
43
MediumMCQ
$3\, kg$ દળ અને $40\, cm$ ત્રિજ્યા ધરાવતા પોલા નળાકારની આસપાસ દોરડું વીંટાળેલું છે. જો દોરડાને $30\, N$ ના બળથી ખેંચવામાં આવે,તો નળાકારનો કોણીય પ્રવેગ ($rad/s^2$ માં) કેટલો હશે?
A
$25$
B
$30$
C
$35$
D
$40$

Solution

(A) આપેલ છે: દળ $m = 3\, kg$,ત્રિજ્યા $r = 40\, cm = 0.4\, m$,બળ $F = 30\, N$.
પોલા નળાકારની તેની અક્ષને અનુલક્ષીને જડત્વની ચાકમાત્રા $(I)$ $I = mr^2$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
$I = 3\, kg \times (0.4\, m)^2 = 3 \times 0.16 = 0.48\, kg\cdot m^2$.
બળ દ્વારા ઉત્પન્ન થતું ટોર્ક $(\tau)$ $\tau = rF$ છે.
$\tau = 0.4\, m \times 30\, N = 12\, N\cdot m$.
સંબંધ $\tau = I\alpha$ નો ઉપયોગ કરતા,જ્યાં $\alpha$ એ કોણીય પ્રવેગ છે:
$\alpha = \frac{\tau}{I} = \frac{12\, N\cdot m}{0.48\, kg\cdot m^2}$.
$\alpha = \frac{1200}{48} = 25\, rad/s^2$.
44
DifficultMCQ
એક પદાર્થની આપેલ અક્ષને અનુલક્ષીને જડત્વની ચાકમાત્રા $2.4 \, kg \cdot m^2$ છે. આ અક્ષને અનુલક્ષીને $750 \, J$ ની ચાકગતિ ઉર્જા ઉત્પન્ન કરવા માટે $5 \, rad/s^2$ નો કોણીય પ્રવેગ કેટલા સમય માટે આપવો પડશે? (સેકન્ડમાં)
A
$6$
B
$5$
C
$4$
D
$3$

Solution

(B) ચાકગતિ ઉર્જા $K$ નું સૂત્ર $K = \frac{1}{2} I \omega^2$ છે.
અહીં $K = 750 \, J$ અને $I = 2.4 \, kg \cdot m^2$ આપેલ છે,તેથી:
$750 = \frac{1}{2} \times 2.4 \times \omega^2$
$750 = 1.2 \times \omega^2$
$\omega^2 = \frac{750}{1.2} = 625$
$\omega = \sqrt{625} = 25 \, rad/s$.
કોણીય ગતિના સમીકરણ $\omega = \omega_0 + \alpha t$ નો ઉપયોગ કરતા,જ્યાં $\omega_0 = 0$ (સ્થિર સ્થિતિમાંથી શરૂઆત):
$25 = 0 + 5 \times t$
$t = \frac{25}{5} = 5 \, s$.
45
EasyMCQ
$1000 \; Nm$ નો અચળ ટોર્ક $200 \; kg \cdot m^2$ જડત્વની ચાકમાત્રા ધરાવતા પૈડાને તેના કેન્દ્રમાંથી પસાર થતી ધરી પર ફેરવે છે. શરૂઆતમાં પૈડું સ્થિર છે. $3 \; s$ પછી તેની કોણીય ઝડપ કેટલી હશે?
A
$1 \; rad/s$
B
$5 \; rad/s$
C
$10 \; rad/s$
D
$15 \; rad/s$

Solution

(D) આપેલ છે: ટોર્ક $\tau = 1000 \; Nm$,જડત્વની ચાકમાત્રા $I = 200 \; kg \cdot m^2$,પ્રારંભિક કોણીય વેગ $\omega_0 = 0$,સમય $t = 3 \; s$.
સંબંધ $\tau = I \alpha$ નો ઉપયોગ કરીને,આપણે કોણીય પ્રવેગ $\alpha$ શોધીએ છીએ:
$\alpha = \frac{\tau}{I} = \frac{1000}{200} = 5 \; rad/s^2$.
હવે,ચાકગતિના પ્રથમ સમીકરણ $\omega = \omega_0 + \alpha t$ નો ઉપયોગ કરતા:
$\omega = 0 + (5 \; rad/s^2) \times (3 \; s) = 15 \; rad/s$.
આમ,$3 \; s$ પછી કોણીય વેગ $15 \; rad/s$ થશે.
46
MediumMCQ
એક ફ્લાયવ્હીલ $6 \, s$ માં $540 \, r.p.m.$ ની ઝડપ પ્રાપ્ત કરે છે. તેનો કોણીય પ્રવેગ કેટલો હશે?
A
$3\pi \, rad/s^2$
B
$9\pi \, rad/s^2$
C
$18\pi \, rad/s^2$
D
$54\pi \, rad/s^2$

Solution

(A) આપેલ છે: અંતિમ કોણીય વેગ $\omega = 540 \, r.p.m. = \frac{540 \times 2\pi}{60} \, rad/s = 18\pi \, rad/s$.
લીધેલ સમય $t = 6 \, s$.
પ્રારંભિક કોણીય વેગ $\omega_0 = 0 \, rad/s$.
કોણીય પ્રવેગ $\alpha = \frac{\omega - \omega_0}{t}$.
$\alpha = \frac{18\pi - 0}{6} = 3\pi \, rad/s^2$.
47
EasyMCQ
$50 \ N \cdot m$ નું ટોર્ક એક પૈડાંને $5 \ s$ માં સ્થિર અવસ્થામાંથી $200 \ rad$ જેટલું ભ્રમણ કરાવે છે. ઉત્પન્ન થયેલ કોણીય પ્રવેગનું મૂલ્ય ...... $rad/s^2$ છે.
A
$8$
B
$4$
C
$16$
D
$12$

Solution

(C) આપેલ છે: ટોર્ક $\tau = 50 \ N \cdot m$,પ્રારંભિક કોણીય વેગ $\omega_0 = 0 \ rad/s$,કોણીય સ્થાનાંતર $\theta = 200 \ rad$,અને સમય $t = 5 \ s$.
ચાકગતિ માટેના ગતિના સમીકરણનો ઉપયોગ કરતા: $\theta = \omega_0 t + \frac{1}{2} \alpha t^2$.
પૈડું સ્થિર અવસ્થામાંથી શરૂ થાય છે,તેથી $\omega_0 = 0$.
કિંમતો મૂકતા: $200 = 0 \cdot (5) + \frac{1}{2} \cdot \alpha \cdot (5)^2$.
$200 = \frac{25}{2} \alpha$.
$\alpha = \frac{200 \cdot 2}{25} = 8 \cdot 2 = 16 \ rad/s^2$.
48
EasyMCQ
એક પૈડું તેની ધરી પર $900$ પરિભ્રમણ પ્રતિ મિનિટના દરે ફરી રહ્યું છે. જ્યારે પાવર સ્ત્રોત બંધ કરવામાં આવે છે,ત્યારે તે $1$ મિનિટમાં સ્થિર થઈ જાય છે. પૈડાનો કોણીય પ્રતિપ્રવેગ (angular retardation) $rad/s^2$ માં કેટલો હશે?
A
$\pi /2$
B
$\pi /4$
C
$\pi /6$
D
$\pi /8$

Solution

(A) આપેલ છે:
પ્રારંભિક કોણીય વેગ,$\omega_i = 900 \text{ rpm} = \frac{900 \times 2\pi}{60} \text{ rad/s} = 30\pi \text{ rad/s}$.
અંતિમ કોણીય વેગ,$\omega_f = 0 \text{ rad/s}$ (કારણ કે તે સ્થિર થાય છે).
લીધેલ સમય,$t = 1 \text{ મિનિટ} = 60 \text{ s}$.
કોણીય ગતિના પ્રથમ સમીકરણનો ઉપયોગ કરતા: $\omega_f = \omega_i + \alpha t$.
કિંમતો મૂકતા: $0 = 30\pi + \alpha(60)$.
$\alpha = -\frac{30\pi}{60} = -\frac{\pi}{2} \text{ rad/s}^2$.
કોણીય પ્રતિપ્રવેગ એ કોણીય પ્રવેગનું મૂલ્ય છે,જે $\frac{\pi}{2} \text{ rad/s}^2$ થાય છે.

System of Particles and Rotational Motion — Relation between Torque and Angular acceleration and it's Application · Frequently Asked Questions

1Are these System of Particles and Rotational Motion 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?

Use the Vedclass Exam Paper Generator — select the chapter and subtopic, set difficulty, and generate Sets A, B, C, D automatically. First 3 chapters of every subject are free.

Vedclass Products

For Students

Vedclass Test Series

Mock tests in real JEE/NEET style with performance analysis. 5-day free trial.

Start Free Trial
For Teachers

Exam Paper Generator

Generate Set A/B/C/D papers from this chapter in 2 minutes. 3 chapters free.

Try Free
For Institutes

Online Exam Module

Live online exams with unlimited students, 360° analytics & white-label branding.

See Demo
For Teachers & Institutes

Generate a System of Particles and Rotational Motion Exam Paper in 2 Minutes

Select subtopic & difficulty — Sets A, B, C, D auto-generated with No Repeat logic.

First 3 chapters of every subject are free — no payment required.