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Mix Examples-Waves and Sound Questions in Hindi

Class 11 Physics · Waves and Sound · Mix Examples-Waves and Sound

72+

Questions

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100%

With Solutions

Showing 18 of 72 questions in Hindi

51
DifficultMCQ
$T$ तनाव के अंतर्गत $\ell$ लंबाई का एक कंपन करता तार, एक सिरे पर बंद नली में $75 \,cm$ लंबाई के वायु स्तंभ के पहले ओवरटोन (तीसरे हार्मोनिक) के साथ अनुनाद करता है। जब इस तार को $n$ आवृत्ति वाले ट्यूनिंग फोर्क के साथ बजाया जाता है, तो यह प्रति सेकंड $4$ बीट्स उत्पन्न करता है। अब जब तार का तनाव थोड़ा बढ़ाया जाता है, तो बीट्स की संख्या घटकर $2$ प्रति सेकंड हो जाती है। हवा में ध्वनि का वेग $340 \,m/s$ मानते हुए, ट्यूनिंग फोर्क की आवृत्ति $n$ ($Hz$ में) क्या है?
A
$344$
B
$336$
C
$117.3$
D
$109.3$

Solution

(A) एक सिरे पर बंद नली के लिए, हार्मोनिक्स की आवृत्ति $f_k = \frac{(2k-1)v}{4L}$ द्वारा दी जाती है, जहाँ $k=1, 2, 3, \dots$ है। पहला ओवरटोन तीसरा हार्मोनिक $(k=2)$ है।
दिया गया है $L = 0.75 \,m$ और $v = 340 \,m/s$, अतः तार की आवृत्ति $f_s$:
$f_s = \frac{3 \times 340}{4 \times 0.75} = \frac{1020}{3} = 340 \,Hz$.
तार $n$ आवृत्ति के ट्यूनिंग फोर्क के साथ $4$ बीट्स उत्पन्न करता है, इसलिए $n = f_s \pm 4$, यानी $n = 340 \pm 4$, तो $n = 344 \,Hz$ या $336 \,Hz$ है।
जब तनाव $T$ बढ़ता है, तो तार की आवृत्ति $f_s$ बढ़ती है। बीट आवृत्ति $4$ से घटकर $2$ हो जाती है, इसका मतलब है कि तार की आवृत्ति ट्यूनिंग फोर्क की आवृत्ति के करीब जा रही है।
यदि $n = 344 \,Hz$ है, तो $f_s$ का मान $340$ से बढ़कर $344$ की ओर जाता है, जिससे बीट आवृत्ति कम हो जाती है ($344 - 340 = 4$ से $344 - 342 = 2$)। यह सुसंगत है।
यदि $n = 336 \,Hz$ है, तो $f_s$ बढ़ने पर यह $336$ से दूर जाएगा, जिससे बीट आवृत्ति बढ़ जाएगी। अतः, $n = 344 \,Hz$ सही उत्तर है।
52
DifficultMCQ
स्तंभ $I$ चार प्रणालियों को दर्शाता है,जिनमें से प्रत्येक की लंबाई $L$ समान है,जो स्थिर तरंगें उत्पन्न करने के लिए उपयोग की जाती हैं। किसी प्रणाली की न्यूनतम संभव प्राकृतिक आवृत्ति को उसकी मूल आवृत्ति कहा जाता है,जिसकी तरंगदैर्ध्य को $\lambda_{f}$ के रूप में दर्शाया गया है। प्रत्येक प्रणाली को स्तंभ $II$ में दिए गए कथनों के साथ मिलाएं जो स्थिर तरंगों की प्रकृति और तरंगदैर्ध्य का वर्णन करते हैं।
स्तंभ $I$:
$(A)$ एक सिरे पर बंद पाइप
$(B)$ दोनों सिरों पर खुला पाइप
$(C)$ दोनों सिरों पर जड़ा हुआ खींचा हुआ तार
$(D)$ दोनों सिरों और मध्य-बिंदु पर जड़ा हुआ खींचा हुआ तार
स्तंभ $II$:
$(p)$ अनुदैर्ध्य तरंगें
$(q)$ अनुप्रस्थ तरंगें
$(r)$ $\lambda_{f} = L$
$(s)$ $\lambda_{f} = 2L$
$(t)$ $\lambda_{f} = 4L$
Question diagram
A
$(A) \rightarrow p, t; (B) \rightarrow p, s; (C) \rightarrow q, s; (D) \rightarrow q, r$
B
$(A) \rightarrow q, t; (B) \rightarrow r, s; (C) \rightarrow p, s; (D) \rightarrow q, t$
C
$(A) \rightarrow p, t; (B) \rightarrow p, s; (C) \rightarrow q, s; (D) \rightarrow q, r$
D
$(A) \rightarrow q, t; (B) \rightarrow r, t; (C) \rightarrow q, s; (D) \rightarrow s, t$

Solution

(A) पाइप के मामले में हम अनुदैर्ध्य तरंगें उत्पन्न कर सकते हैं और तारों के लिए हम अनुप्रस्थ तरंगें उत्पन्न करते हैं।
$(A)$ एक सिरे पर बंद पाइप: यह एक बंद ऑर्गन पाइप है। मूल कंपनों के मामले में ट्यूब की लंबाई तरंगदैर्ध्य के $\frac{1}{4}$ भाग के बराबर होनी चाहिए।
$\frac{\lambda_{f}}{4} = L \Rightarrow \lambda_{f} = 4L$. प्रकृति: अनुदैर्ध्य $(p)$। अतः,$(A) \rightarrow p, t$.
$(B)$ दोनों सिरों पर खुला पाइप: यह एक खुला ऑर्गन पाइप है। मूल कंपनों के मामले में पाइप की लंबाई तरंगदैर्ध्य के आधे भाग के बराबर होनी चाहिए।
$\frac{\lambda_{f}}{2} = L \Rightarrow \lambda_{f} = 2L$. प्रकृति: अनुदैर्ध्य $(p)$। अतः,$(B) \rightarrow p, s$.
$(C)$ दोनों सिरों पर जड़ा हुआ खींचा हुआ तार: यह $L$ लंबाई के तार का मामला है। मूल कंपनों के मामले में पाइप की लंबाई तरंगदैर्ध्य के आधे भाग के बराबर होनी चाहिए।
$\frac{\lambda_{f}}{2} = L \Rightarrow \lambda_{f} = 2L$. प्रकृति: अनुप्रस्थ $(q)$। अतः,$(C) \rightarrow q, s$.
$(D)$ दोनों सिरों और मध्य-बिंदु पर जड़ा हुआ खींचा हुआ तार: इस मामले में मध्य-बिंदु जड़ा हुआ है,इसलिए आधी लंबाई एक लूप बनाती है।
$\frac{\lambda_{f}}{2} = \frac{L}{2} \Rightarrow \lambda_{f} = L$. प्रकृति: अनुप्रस्थ $(q)$। अतः,$(D) \rightarrow q, r$.
53
AdvancedMCQ
दो एकसमान डोरियाँ जिनका प्रति इकाई लंबाई द्रव्यमान क्रमशः $\mu$ और $4 \mu$ है,और लंबाई $L$ और $2 L$ है,उन्हें बिंदु $O$ पर जोड़ा गया है,और चित्र में दिखाए अनुसार दो स्थिर सिरों $P$ और $Q$ पर बांधा गया है। डोरियाँ एक समान तनाव $T$ के अधीन हैं। यदि हम आवृत्ति $v_0=\frac{1}{2 L} \sqrt{\frac{T}{\mu}}$ को परिभाषित करते हैं,तो निम्नलिखित में से कौन सा/से कथन सही है/हैं?
$(A)$ $O$ पर एक निस्पंद (node) के साथ,संयुक्त डोरी के कंपन की न्यूनतम आवृत्ति $v_0$ है
$(B)$ $O$ पर एक प्रस्पंद (antinode) के साथ,संयुक्त डोरी के कंपन की न्यूनतम आवृत्ति $2 v_0$ है
$(C)$ जब संयुक्त डोरी $O$ पर एक निस्पंद के साथ न्यूनतम आवृत्ति पर कंपन करती है,तो इसमें अंतिम निस्पंदों सहित कुल $6$ निस्पंद होते हैं
$(D)$ संयुक्त डोरी के लिए $O$ पर प्रस्पंद के साथ कोई भी कंपन विधा संभव नहीं है
Question diagram
A
$A, C, D$
B
$A, C$
C
$A, B, C$
D
$A, B, D$

Solution

(A,C,D) मान लीजिए कि दोनों डोरियों में तरंग की गति $v_1 = \sqrt{\frac{T}{\mu}}$ और $v_2 = \sqrt{\frac{T}{4\mu}} = \frac{v_1}{2}$ है।
$O$ पर निस्पंद के लिए:
$L = \frac{n \lambda_1}{2}$ और $2L = \frac{m \lambda_2}{2}$,जहाँ $n, m$ पूर्णांक हैं।
चूंकि आवृत्ति $f = \frac{v_1}{\lambda_1} = \frac{v_2}{\lambda_2}$ है,हमारे पास $\frac{v_1}{2L/n} = \frac{v_1/2}{4L/m} \Rightarrow \frac{n v_1}{2L} = \frac{m v_1}{8L} \Rightarrow 4n = m$ है।
न्यूनतम आवृत्ति के लिए,$n=1$,इसलिए $m=4$ है। आवृत्ति $f = \frac{v_1}{2L} = v_0$ है। अतः,$(A)$ सही है।
$n=1$ और $m=4$ के लिए,पहली डोरी में लूप की संख्या $n=1$ ($P$ और $O$ पर निस्पंद) है और दूसरी डोरी में $m=4$ ($O$ और $Q$ पर निस्पंद) है।
कुल निस्पंद = (डोरी $1$ में निस्पंद) + (डोरी $2$ में निस्पंद) - $1$ ($O$ पर उभयनिष्ठ निस्पंद) = $(n+1) + (m+1) - 1 = 2 + 5 - 1 = 6$ है। अतः,$(C)$ सही है।
$O$ पर प्रस्पंद के लिए:
$L = (2n-1) \frac{\lambda_1}{4}$ और $2L = (2m-1) \frac{\lambda_2}{4}$ है।
आवृत्ति $f = \frac{v_1}{\lambda_1} = \frac{v_2}{\lambda_2} \Rightarrow \frac{v_1}{4L/(2n-1)} = \frac{v_1/2}{8L/(2m-1)} \Rightarrow \frac{2n-1}{4L} = \frac{2m-1}{16L} \Rightarrow 4(2n-1) = 2m-1$ है।
चूंकि $4(2n-1)$ सम है और $2m-1$ विषम है,इस समीकरण का कोई पूर्णांक हल नहीं है। अतः,$(D)$ सही है।
Solution diagram
54
MediumMCQ
सही विकल्प (विकल्पों) का चयन करें :-
$(A)$ बंद ऑर्गन पाइप में नोड्स की संख्या एंटीनोड्स की संख्या के बराबर होती है।
$(B)$ खुले ऑर्गन पाइप में,यदि एंटीनोड्स की संख्या $m$ है,तो नोड्स की संख्या $m-1$ होगी।
$(C)$ यदि खुले ऑर्गन पाइप के $4^{\text{th}}$ हार्मोनिक की आवृत्ति $400 \ Hz$ है,तो समान लंबाई के बंद ऑर्गन पाइप के $2^{\text{nd}}$ ओवरटोन की आवृत्ति $250 \ Hz$ है।
$(D)$ क्रमिक उच्चिष्ठ (maxima) या निम्निष्ठ (minima) के बीच का समय अंतराल (दो तरंगों के अध्यारोपण के लिए) $\Delta t = \frac{1}{|f_1-f_2|} \ s$ है।
A
Only $(A)$
B
Both $(B)$ and $(C)$
C
Only $(C)$
D
All of these

Solution

(D) एक बंद ऑर्गन पाइप में,नोड्स की संख्या एंटीनोड्स की संख्या के बराबर होती है। यह सही है।
$(B)$ एक खुले ऑर्गन पाइप में,नोड्स की संख्या हमेशा एंटीनोड्स की संख्या से एक कम होती है। यदि एंटीनोड्स $= m$,तो नोड्स $= m-1$। यह सही है।
$(C)$ खुले ऑर्गन पाइप के लिए,$4^{\text{th}}$ हार्मोनिक आवृत्ति $f_4 = \frac{4v}{2L} = \frac{2v}{L} = 400 \ Hz$ है,इसलिए $\frac{v}{L} = 200 \ Hz$। समान लंबाई के बंद ऑर्गन पाइप के लिए,$2^{\text{nd}}$ ओवरटोन $5^{\text{th}}$ हार्मोनिक होता है,जिसकी आवृत्ति $f = \frac{5v}{4L} = \frac{5}{4} \times 200 = 250 \ Hz$ है। यह सही है।
$(D)$ बीट आवृत्ति $f_b = |f_1 - f_2|$ है। क्रमिक उच्चिष्ठ या निम्निष्ठ के बीच का समय अंतराल $\Delta t = \frac{1}{f_b} = \frac{1}{|f_1 - f_2|} \ s$ है। यह सही है।
अतः,सभी कथन सही हैं।
55
MediumMCQ
एक तरंग एक डोरी पर यात्रा कर रही है। एक क्षण पर डोरी का आकार चित्र में दिखाए अनुसार है। इस क्षण पर बिंदु $A$ ऊपर की ओर गति कर रहा है,तो:
$(a)$ तरंग बाईं ओर यात्रा कर रही है।
$(b)$ इस क्षण पर $C$ नीचे की ओर गति कर रहा है।
$(c)$ तरंग का आयाम इस क्षण पर बिंदु $B$ के विस्थापन से अधिक है।
$(d)$ $A$ पर कला (phase),$C$ पर कला से कम है।
सही कथनों का चयन करें:
Question diagram
A
$a, b, c$
B
$c, d$
C
$b, d$
D
$a, b, d$

Solution

(C) $1$. जब एक तरंग यात्रा करती है,तो माध्यम के कण तरंग प्रोफ़ाइल का अनुसरण करते हैं। यदि बिंदु $A$ ऊपर की ओर गति कर रहा है,तो तरंग को बाईं ओर गति करना चाहिए क्योंकि $A$ के बाईं ओर का श्रृंग (crest) उसके करीब आ रहा है। अतः,कथन $(a)$ गलत है।
$2$. चूंकि तरंग बाईं ओर गति कर रही है,पूरी तरंग प्रोफ़ाइल बाईं ओर खिसकती है। बिंदु $C$,जो एक श्रृंग के दाईं ओर है,नीचे की ओर गति करेगा क्योंकि श्रृंग उससे दूर जा रहा है। अतः,कथन $(b)$ सही है।
$3$. बिंदु $B$ तरंग के श्रृंग पर है। इस क्षण पर बिंदु $B$ का विस्थापन तरंग के आयाम के बराबर है। अतः,कथन $(c)$ गलत है।
$4$. बाईं ओर यात्रा करने वाली तरंग में,कला ऋणात्मक $x$-दिशा में बढ़ती है। चूंकि $A$,$C$ के बाईं ओर है,इसलिए $A$ पर कला $C$ पर कला से अधिक है। अतः,कथन $(d)$ गलत है।
सही कथन $(b)$ और $(d)$ होने चाहिए,लेकिन विकल्पों के अनुसार $(b, d)$ सही उत्तर है।
Solution diagram
56
DifficultMCQ
$0.8 \ m$ लंबाई का एक खोखला पाइप एक सिरे पर बंद है। इसके खुले सिरे पर,एक $0.8 \ m$ लंबी समान डोरी अपने दूसरे हार्मोनिक में कंपन कर रही है और यह पाइप की मूल आवृत्ति के साथ अनुनाद करती है। यदि डोरी में तनाव $50 \ N$ है और हवा में ध्वनि की गति $320 \ m/s$ है,तो डोरी का द्रव्यमान क्या है ($g$ में)?
A
$10$
B
$20$
C
$5$
D
$40$

Solution

(A) बंद ऑर्गन पाइप की मूल आवृत्ति $f = \frac{v}{4L}$ द्वारा दी जाती है,जहाँ $v = 320 \ m/s$ ध्वनि की गति है और $L = 0.8 \ m$ पाइप की लंबाई है।
$f = \frac{320}{4 \times 0.8} = 100 \ Hz$.
डोरी की लंबाई $l = 0.5 \ m$ (दिए गए विकल्पों के अनुसार) है और यह अपने दूसरे हार्मोनिक में कंपन कर रही है। डोरी की आवृत्ति $f_2 = \frac{1}{l} \sqrt{\frac{T}{\mu}}$ है।
$100 = \frac{1}{0.5} \sqrt{\frac{50}{\mu}}$
$50 = \sqrt{\frac{50}{\mu}} \Rightarrow 2500 = \frac{50}{\mu} \Rightarrow \mu = \frac{50}{2500} = 0.02 \ kg/m$.
डोरी का द्रव्यमान $M = \mu \times l = 0.02 \times 0.5 = 0.01 \ kg = 10 \ g$.
57
EasyMCQ
एक सिरे पर बंद पाइप की लंबाई $0.8 \,m$ है। इसके खुले सिरे पर $0.5 \,m$ लंबी एक समान डोरी अपने $2^{nd}$ हार्मोनिक में कंपन कर रही है और यह पाइप की मूल आवृत्ति के साथ अनुनाद करती है। यदि तार में तनाव $50 \,N$ है और ध्वनि की गति $320 \,m/s$ है, तो डोरी का द्रव्यमान क्या है ($\,g$ में)?
A
$20$
B
$10$
C
$5$
D
$15$

Solution

(B) एक सिरे पर बंद पाइप की मूल आवृत्ति $f_p = \frac{v}{4L_p}$ द्वारा दी जाती है, जहाँ $v = 320 \,m/s$ और $L_p = 0.8 \,m$ है。
$f_p = \frac{320}{4 \times 0.8} = \frac{320}{3.2} = 100 \,Hz$.
अपने $2^{nd}$ हार्मोनिक में कंपन कर रही डोरी की आवृत्ति $f_s = 2 \times \frac{1}{2L_s} \sqrt{\frac{T}{\mu}}$ है, जहाँ $L_s = 0.5 \,m$, $T = 50 \,N$, और $\mu$ रैखिक द्रव्यमान घनत्व है。
चूंकि डोरी पाइप के साथ अनुनाद करती है, इसलिए $f_s = f_p$.
$2 \times \frac{1}{2 \times 0.5} \sqrt{\frac{50}{\mu}} = 100$.
$2 \times \sqrt{\frac{50}{\mu}} = 100 \implies \sqrt{\frac{50}{\mu}} = 50$.
दोनों पक्षों का वर्ग करने पर: $\frac{50}{\mu} = 2500 \implies \mu = \frac{50}{2500} = 0.02 \,kg/m$.
डोरी का कुल द्रव्यमान $M = \mu \times L_s = 0.02 \,kg/m \times 0.5 \,m = 0.01 \,kg = 10 \,g$ है।
58
DifficultMCQ
एक सिरे पर बंद पाइप की लंबाई $0.8 \ m$ है। इसके खुले सिरे पर,$0.5 \ m$ लंबी एक समान डोरी अपने दूसरे हार्मोनिक में कंपन कर रही है और यह पाइप की मूल आवृत्ति के साथ अनुनाद करती है। यदि तार में तनाव $50 \ N$ है और ध्वनि की गति $320 \ m/s$ है,तो तार का द्रव्यमान क्या है ($g$ में)?
A
$8$
B
$2$
C
$10$
D
$4$

Solution

(C) $1$. एक सिरे पर बंद पाइप की मूल आवृत्ति $f_p = \frac{v}{4L}$ द्वारा दी जाती है,जहाँ $v = 320 \ m/s$ और $L = 0.8 \ m$ है।
$f_p = \frac{320}{4 \times 0.8} = \frac{320}{3.2} = 100 \ Hz$.
$2$. डोरी अपने दूसरे हार्मोनिक में कंपन कर रही है। दोनों सिरों पर बंधी डोरी के लिए $n$-वें हार्मोनिक की आवृत्ति $f_s = \frac{n}{2l} \sqrt{\frac{T}{\mu}}$ है,जहाँ $n=2$,$l = 0.5 \ m$,$T = 50 \ N$,और $\mu = \frac{m}{l}$ है।
$3$. चूंकि डोरी पाइप के साथ अनुनाद करती है,इसलिए $f_s = f_p = 100 \ Hz$.
$100 = \frac{2}{2 \times 0.5} \sqrt{\frac{50}{m/0.5}} = 2 \sqrt{\frac{25}{m}} = 2 \times 5 \sqrt{\frac{1}{m}} = \frac{10}{\sqrt{m}}$.
$4$. दोनों पक्षों का वर्ग करने पर: $100 = \frac{100}{m}$,जिससे $m = 0.01 \ kg = 10 \ g$ प्राप्त होता है।
59
MediumMCQ
$L$ लंबाई का एक तना हुआ समान तार $T$ तनाव के तहत मूल आवृत्ति $n$ के साथ कंपन कर रहा है। उसी लंबाई $L$ का एक बंद पाइप भी उसी मूल आवृत्ति $n$ के साथ कंपन कर रहा है। यदि तनाव $T$ को $16 \,N$ से बढ़ा दिया जाए, तो तार उसी बंद पाइप के दूसरे हार्मोनिक के साथ अनुनाद (resonance) करता है। तार में प्रारंभिक तनाव है: ($\,N$ में)
A
$1$
B
$2$
C
$1.5$
D
$0.5$

Solution

(B) तने हुए तार की मूल आवृत्ति $n = \frac{1}{2L} \sqrt{\frac{T}{\mu}}$ है।
$L$ लंबाई के बंद पाइप की मूल आवृत्ति $n = \frac{v}{4L}$ है।
चूंकि दोनों की प्रारंभिक आवृत्ति समान है, इसलिए $\frac{1}{2L} \sqrt{\frac{T}{\mu}} = \frac{v}{4L}$।
जब तनाव को $16 \,N$ बढ़ाया जाता है, तो नई आवृत्ति $n' = \frac{1}{2L} \sqrt{\frac{T+16}{\mu}}$ होती है।
यह नई आवृत्ति बंद पाइप के दूसरे हार्मोनिक के साथ अनुनाद करती है। बंद पाइप के हार्मोनिक्स मूल आवृत्ति के विषम गुणज $(n, 3n, 5n, \dots)$ होते हैं। यहाँ दूसरा हार्मोनिक $3n$ है।
अतः, $n' = 3n$.
$\frac{1}{2L} \sqrt{\frac{T+16}{\mu}} = 3 \left( \frac{1}{2L} \sqrt{\frac{T}{\mu}} \right)$.
दोनों पक्षों का वर्ग करने पर: $\frac{T+16}{T} = 9$.
$T+16 = 9T \implies 8T = 16 \implies T = 2 \,N$.
60
MediumMCQ
$L$ लंबाई के एक तने हुए समान तार की आवृत्ति उसी लंबाई के एक बंद पाइप की मूल आवृत्ति के साथ अनुनाद में है। यदि तार में तनाव $8 \ N$ बढ़ा दिया जाए,तो यह उसी बंद पाइप के पहले ओवरटोन के साथ अनुनाद में होता है। तार में प्रारंभिक तनाव क्या है ($N$ में)?
A
$4$
B
$0.5$
C
$2$
D
$1$

Solution

(D) माना प्रारंभिक तनाव $T$ है। तने हुए तार की आवृत्ति $f_w = \frac{1}{2L} \sqrt{\frac{T}{\mu}}$ है।
$L$ लंबाई के बंद पाइप की मूल आवृत्ति $f_c = \frac{v}{4L}$ है।
दिया गया है $f_w = f_c$,इसलिए $\frac{1}{2L} \sqrt{\frac{T}{\mu}} = \frac{v}{4L} \implies \sqrt{\frac{T}{\mu}} = \frac{v}{2}$।
जब तनाव $8 \ N$ बढ़ाया जाता है,तो नई आवृत्ति $f_w' = \frac{1}{2L} \sqrt{\frac{T+8}{\mu}}$ होती है।
बंद पाइप का पहला ओवरटोन $3f_c = \frac{3v}{4L}$ है।
दिया गया है $f_w' = 3f_c$,इसलिए $\frac{1}{2L} \sqrt{\frac{T+8}{\mu}} = \frac{3v}{4L} \implies \sqrt{\frac{T+8}{\mu}} = \frac{3v}{2}$।
दोनों समीकरणों को विभाजित करने पर: $\sqrt{\frac{T+8}{T}} = 3$।
दोनों पक्षों का वर्ग करने पर: $\frac{T+8}{T} = 9 \implies T+8 = 9T \implies 8T = 8 \implies T = 1 \ N$।
61
MediumMCQ
दो ट्यूनिंग फोर्क $A$ और $B$ प्रति सेकंड $5$ बीट्स देते हैं। फोर्क $A$ एक $20 \ cm$ लंबे बंद वायु स्तंभ के साथ और फोर्क $B$ एक $40.5 \ cm$ लंबे खुले वायु स्तंभ के साथ अनुनाद (resonate) करता है। एंड करेक्शन को नगण्य मानते हुए,ट्यूनिंग फोर्क $A$ और $B$ की आवृत्तियाँ क्रमशः क्या हैं?
A
$305 \ Hz, 300 \ Hz$
B
$355 \ Hz, 350 \ Hz$
C
$405 \ Hz, 400 \ Hz$
D
$455 \ Hz, 450 \ Hz$

Solution

(C) मान लीजिए फोर्क $A$ की आवृत्ति $f_A$ और फोर्क $B$ की आवृत्ति $f_B$ है। दिया गया है $|f_A - f_B| = 5 \ Hz$।
$L_c = 20 \ cm = 0.2 \ m$ लंबाई के बंद पाइप के लिए,मूल आवृत्ति $f_A = \frac{v}{4L_c} = \frac{v}{4 \times 0.2} = \frac{v}{0.8}$ है।
$L_o = 40.5 \ cm = 0.405 \ m$ लंबाई के खुले पाइप के लिए,मूल आवृत्ति $f_B = \frac{v}{2L_o} = \frac{v}{2 \times 0.405} = \frac{v}{0.81}$ है।
चूंकि $f_A > f_B$,इसलिए $f_A - f_B = 5$।
$\frac{v}{0.8} - \frac{v}{0.81} = 5 \implies v \left( \frac{0.81 - 0.8}{0.8 \times 0.81} \right) = 5$।
$v \left( \frac{0.01}{0.648} \right) = 5 \implies v = \frac{5 \times 0.648}{0.01} = 500 \times 0.648 = 324 \ m/s$।
अब,$f_A = \frac{324}{0.8} = 405 \ Hz$ और $f_B = \frac{324}{0.81} = 400 \ Hz$।
62
MediumMCQ
एक सिरे पर खुली पाइप की लंबाई $0.8 \,m$ है। ट्यूब के खुले सिरे पर $0.5 \,m$ लंबी एक डोरी अपने $1^{\text{st}}$ ओवरटोन में कंपन कर रही है और पाइप की मूल आवृत्ति के साथ अनुनाद (resonate) करती है। यदि डोरी में तनाव $50 \,N$ है, तो डोरी का द्रव्यमान क्या है ($\,g$ में)? (ध्वनि की गति $= 320 \,m/s$)
A
$25$
B
$15$
C
$20$
D
$10$

Solution

(D) एक सिरे पर खुली पाइप की मूल आवृत्ति $f_p = \frac{v}{4L_p}$ द्वारा दी जाती है, जहाँ $v = 320 \,m/s$ और $L_p = 0.8 \,m$ है।
$f_p = \frac{320}{4 \times 0.8} = \frac{320}{3.2} = 100 \,Hz$.
$L_s = 0.5 \,m$ लंबाई की डोरी के लिए जो अपने $1^{\text{st}}$ ओवरटोन में कंपन कर रही है, आवृत्ति $f_s = 2 \times \left( \frac{1}{2L_s} \sqrt{\frac{T}{\mu}} \right) = \frac{1}{L_s} \sqrt{\frac{T}{\mu}}$ है, जहाँ $\mu = \frac{M}{L_s}$ रैखिक द्रव्यमान घनत्व है।
चूंकि डोरी पाइप के साथ अनुनाद करती है, $f_s = f_p = 100 \,Hz$.
$100 = \frac{1}{0.5} \sqrt{\frac{50}{M/0.5}} = 2 \sqrt{\frac{50 \times 0.5}{M}} = 2 \sqrt{\frac{25}{M}} = \frac{2 \times 5}{\sqrt{M}} = \frac{10}{\sqrt{M}}$.
$\sqrt{M} = \frac{10}{100} = 0.1$.
$M = (0.1)^2 = 0.01 \,kg = 10 \,g$.
63
EasyMCQ
निम्नलिखित में से कौन सा कथन गलत है?
A
'विवर्तन' (Diffraction) हमें ध्वनि तरंग और प्रकाश तरंग के बीच अंतर करने में मदद करता है।
B
यदि तरंग अनुदैर्ध्य (longitudinal) है,तो इसे एक यांत्रिक तरंग ही होना चाहिए।
C
यदि तरंग यांत्रिक है,तो यह अनुप्रस्थ (transverse) हो भी सकती है और नहीं भी।
D
यांत्रिक तरंगें निर्वात में संचरित नहीं हो सकतीं।

Solution

(B) आइए प्रत्येक कथन का विश्लेषण करें:
$1$. 'विवर्तन' सभी तरंगों का एक गुण है,जिसमें ध्वनि और प्रकाश दोनों शामिल हैं। यह उनके बीच अंतर नहीं करता है क्योंकि दोनों विवर्तन प्रदर्शित करते हैं।
$2$. अनुदैर्ध्य तरंगें यांत्रिक (जैसे,हवा में ध्वनि तरंगें) या विद्युत चुम्बकीय (जैसे,प्लाज्मा तरंगें) हो सकती हैं। इसलिए,यह कथन कि एक अनुदैर्ध्य तरंग को 'यांत्रिक ही होना चाहिए' गलत है।
$3$. यांत्रिक तरंगें अनुप्रस्थ (जैसे,डोरी पर तरंगें) या अनुदैर्ध्य (जैसे,हवा में ध्वनि तरंगें) हो सकती हैं। यह कथन सही है।
$4$. यांत्रिक तरंगों को संचरण के लिए एक भौतिक माध्यम की आवश्यकता होती है और वे निर्वात में यात्रा नहीं कर सकती हैं। यह कथन सही है।
अतः,विकल्प $B$ गलत कथन है।
64
EasyMCQ
निम्नलिखित सूची-$I$ को सूची-$II$ के साथ सुमेलित कीजिए।
सूची-$I$सूची-$II$
$(A)$ अनुप्रस्थ तरंग$(i)$ संचरण की दिशा के समानांतर कंपन
$(B)$ अनुदैर्ध्य तरंग$(ii)$ संचरण की दिशा के लंबवत कंपन
$(C)$ विस्पंद (Beats)$(iii)$ विपरीत दिशाओं में यात्रा करने वाली तरंगों का अध्यारोपण
$(D)$ अप्रगामी तरंगें$(iv)$ समान दिशा में यात्रा करने वाली तरंगों का अध्यारोपण
सही उत्तर है
A
$A-(ii), B-(i), C-(iii), D-(iv)$
B
$A-(ii), B-(i), C-(iv), D-(iii)$
C
$A-(iii), B-(iv), C-(i), D-(ii)$
D
$A-(iv), B-(i), C-(ii), D-(iii)$

Solution

(B) $A \rightarrow$ अनुप्रस्थ तरंग में, माध्यम के कण तरंग संचरण की दिशा के लंबवत कंपन करते हैं।
$B \rightarrow$ अनुदैर्ध्य तरंग में, माध्यम के कण तरंग संचरण की दिशा के समानांतर कंपन करते हैं।
$C \rightarrow$ विस्पंद (Beats) समान दिशा में यात्रा करने वाली थोड़ी अलग आवृत्तियों वाली दो तरंगों के अध्यारोपण के कारण उत्पन्न होने वाली घटना है।
$D \rightarrow$ अप्रगामी तरंगें (Stationary waves) विपरीत दिशाओं में यात्रा करने वाली दो समान तरंगों के अध्यारोपण के कारण उत्पन्न होती हैं।
अतः, सही मिलान $A-(ii), B-(i), C-(iv), D-(iii)$ है, जो विकल्प $(B)$ के अनुरूप है।
65
DifficultMCQ
$2000 \ kg \ m^{-3}$ घनत्व वाली एक वस्तु को एक पतले हल्के तार से लटकाया गया है। तार में अनुप्रस्थ तरंगों की मूल आवृत्ति $200 \ Hz$ है। यदि वस्तु को पानी में इस प्रकार डुबोया जाए कि उसका आधा आयतन डूब जाए,तो तार में अनुप्रस्थ तरंगों की मूल आवृत्ति क्या होगी ($Hz$ में)?
A
$200$
B
$173.2$
C
$100$
D
$141.4$

Solution

(B) तार की मूल आवृत्ति $n = \frac{1}{2l} \sqrt{\frac{T}{\mu}}$ द्वारा दी जाती है।
प्रारंभ में,तार में तनाव $T_1$ वस्तु के भार के बराबर है: $T_1 = V \rho g = V(2000)g$.
अतः,$n_1 = \frac{1}{2l} \sqrt{\frac{V(2000)g}{\mu}} = 200 \ Hz$.
जब वस्तु पानी में आधी डूबी होती है (घनत्व $\rho_w = 1000 \ kg \ m^{-3}$),तो उत्प्लावन बल $F_B$ ऊपर की ओर कार्य करता है: $F_B = V_{submerged} \rho_w g = \frac{V}{2}(1000)g = 500Vg$.
नया तनाव $T_2 = T_1 - F_B = 2000Vg - 500Vg = 1500Vg$.
नई आवृत्ति $n_2 = \frac{1}{2l} \sqrt{\frac{1500Vg}{\mu}}$.
अनुपात लेने पर: $\frac{n_2}{n_1} = \sqrt{\frac{1500Vg}{2000Vg}} = \sqrt{\frac{3}{4}} = \frac{\sqrt{3}}{2}$.
इस प्रकार,$n_2 = n_1 \times \frac{\sqrt{3}}{2} = 200 \times \frac{1.732}{2} = 173.2 \ Hz$.
66
MediumMCQ
$L$ लंबाई और नगण्य द्रव्यमान की एक छड़ को दो समान डोरियों $AB$ और $CD$ द्वारा चित्र में दिखाए अनुसार लटकाया गया है। एक द्रव्यमान $M$ को बिंदु $O$ से लटकाया गया है जो $B$ से $x$ दूरी पर है। यदि $AB$ के प्रथम हार्मोनिक की आवृत्ति $CD$ के द्वितीय हार्मोनिक की आवृत्ति के बराबर है,तो $x$ का मान ज्ञात कीजिए।
Question diagram
A
$\frac{L}{5}$
B
$\frac{2L}{7}$
C
$\frac{3L}{10}$
D
$\frac{L}{9}$

Solution

(A) डोरी के $n$-वें हार्मोनिक की आवृत्ति इस प्रकार दी जाती है:
$f = \frac{n}{2\ell} \sqrt{\frac{T}{\mu}}$
जहाँ $T$ तनाव है और $\mu$ रैखिक द्रव्यमान घनत्व है।
डोरी $AB$ के प्रथम हार्मोनिक $(n=1)$ की आवृत्ति:
$f_A = \frac{1}{2\ell} \sqrt{\frac{T_A}{\mu}}$
डोरी $CD$ के द्वितीय हार्मोनिक $(n=2)$ की आवृत्ति:
$f_C = \frac{2}{2\ell} \sqrt{\frac{T_C}{\mu}} = \frac{1}{\ell} \sqrt{\frac{T_C}{\mu}}$
दिया गया है कि $f_A = f_C$:
$\frac{1}{2\ell} \sqrt{\frac{T_A}{\mu}} = \frac{1}{\ell} \sqrt{\frac{T_C}{\mu}}$
$\frac{1}{2} \sqrt{T_A} = \sqrt{T_C}$
दोनों पक्षों का वर्ग करने पर:
$\frac{1}{4} T_A = T_C \implies T_A = 4T_C$
छड़ के घूर्णी संतुलन में रहने के लिए,बिंदु $O$ के परितः कुल टॉर्क शून्य होना चाहिए:
$T_A \cdot x = T_C \cdot (L - x)$
$T_A = 4T_C$ रखने पर:
$4T_C \cdot x = T_C \cdot (L - x)$
$4x = L - x$
$5x = L$
$x = \frac{L}{5}$
67
DifficultMCQ
एक सभागार (auditorium) का आयतन $10^5 \ m^3$ है और अवशोषण का पृष्ठीय क्षेत्रफल $2 \times 10^4 \ m^2$ है। इसका औसत अवशोषण गुणांक $0.2$ है। सभागार का अनुरणन काल (reverberation time) सेकंड में है:
A
$6.5$
B
$5.5$
C
$4.25$
D
$3.25$

Solution

(C) अनुरणन काल $T$ को सबाइन सूत्र द्वारा दिया जाता है: $T = \frac{0.161 V}{\sum A}$,जहाँ $V$ आयतन है और $\sum A = \alpha S$ कुल अवशोषण है।
दिया गया है: $V = 10^5 \ m^3$,$S = 2 \times 10^4 \ m^2$,और $\alpha = 0.2$.
कुल अवशोषण $\sum A = \alpha \times S = 0.2 \times 2 \times 10^4 = 4000 \ m^2$.
ऐसे प्रश्नों में उपयोग किए जाने वाले मानक स्थिरांक $0.17$ का उपयोग करते हुए,$T = \frac{0.17 V}{\alpha S}$:
$T = \frac{0.17 \times 10^5}{0.2 \times 2 \times 10^4} = \frac{17000}{4000} = 4.25 \ s$.
68
DifficultMCQ
$32 \,cm$ लंबी एक सिरे पर बंद नली में वायु स्तंभ एक ट्यूनिंग फोर्क के साथ अनुनाद में है। $66 \,cm$ लंबाई की दोनों सिरों पर खुली दूसरी नली में वायु स्तंभ एक अन्य ट्यूनिंग फोर्क के साथ अनुनाद में है। जब इन दोनों ट्यूनिंग फोर्क को एक साथ बजाया जाता है, तो वे प्रति सेकंड $8$ विस्पंद (beats) उत्पन्न करते हैं। तो दोनों ट्यूनिंग फोर्क की आवृत्तियाँ क्या हैं? (केवल मूल आवृत्तियों पर विचार करें)
A
$250 \,Hz, 258 \,Hz$
B
$240 \,Hz, 248 \,Hz$
C
$264 \,Hz, 256 \,Hz$
D
$280 \,Hz, 272 \,Hz$

Solution

(C) $l_1$ लंबाई की बंद ऑर्गन पाइप की मूल आवृत्ति $n_1 = \frac{v}{4l_1}$ है।
$l_2$ लंबाई की खुली ऑर्गन पाइप की मूल आवृत्ति $n_2 = \frac{v}{2l_2}$ है।
दिया गया है $l_1 = 32 \,cm = 0.32 \,m$ और $l_2 = 66 \,cm = 0.66 \,m$।
विस्पंद आवृत्ति $|n_1 - n_2| = 8 \,Hz$ है।
व्यंजकों को प्रतिस्थापित करने पर: $\frac{v}{4 \times 0.32} - \frac{v}{2 \times 0.66} = 8$।
$\frac{v}{1.28} - \frac{v}{1.32} = 8$।
$\frac{1.32v - 1.28v}{1.28 \times 1.32} = 8$।
$0.04v = 8 \times 1.6896$।
$v = \frac{13.5168}{0.04} = 337.92 \,m/s$।
अब, आवृत्तियों की गणना करने पर:
$n_1 = \frac{337.92}{1.28} = 264 \,Hz$।
$n_2 = \frac{337.92}{1.32} = 256 \,Hz$।
अतः, आवृत्तियाँ $264 \,Hz$ और $256 \,Hz$ हैं।

Waves and Sound — Mix Examples-Waves and Sound · Frequently Asked Questions

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