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JEE Mains · Physics · STD 11 - 6.कणो के निकाय तथा घूर्णी गति
  • JEE Mains 2020
  • कठिन
  • MCQ

एक बेलन (cylinder) केन्द्र से होकर जाने वाले और बेलन के अक्ष के लम्बवत् एक अक्ष के लिये बेलन का जड़त्वाघूर्ण \(I = M \left(\frac{ R ^{2}}{4}+\frac{ L ^{2}}{12}\right)\) है, जहाँ \(M\) बेलन का द्रव्यमान, \(R\) इसकी त्रिज्या और \(L\) इसकी लम्बाई है। यदि एक दिये हुए द्रव्यमान के किसी पदार्थ से एक बेलन बनाया जाये तो इसके जड़त्वाघूर्ण के न्यूनतम मान के लिये \(L / R\) का अनुपात होगा?

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उत्तर और हल

सही उत्तर

(C) \(\sqrt{\frac{3}{2}}\)

चरण-दर-चरण हल

विस्तृत व्याख्या

\(I=M\left(\frac{R^{2}}{4}+\frac{L^{2}}{12}\right)\)\(...(1)\)

as mass is constant \(\Rightarrow m =\rho V =\) constant

\(V = constant\)

\(\pi^{2} R l=\) constant \(\Rightarrow R ^{2} L =\) constant

\(2 RL + R ^{2} \frac{ dL }{ dR }=0\)\(...(2)\)

From equation \((1)\)

\(\frac{ dI }{ clR }= M \left(\frac{2 R }{4}+\frac{2 L }{12} \times \frac{ dI }{ dr }\right)=0\)

\(\frac{ R }{2}+\frac{ L }{6} \frac{ dI }{ dR }=0\)

Substituting value of \(\frac{ dI }{ d R }\) from eqution \((2)\)

\(\frac{ R }{2}+\frac{ L }{6}\left(\frac{-2 L }{ R }\right)=0\)

\(\frac{ R }{2}=\frac{ L^{2}}{3 R } \Rightarrow \frac{ L }{ R }=\sqrt{\frac{3}{2}}\)

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