JEE Mains · Physics · STD 12 - वैद्युत आवेश तथा क्षेत्र
- JEE Mains 2025
- मध्यम
- संख्यात्मक
एक धनात्मक आयन \(A\) और एक ऋणात्मक आयन \(B\) पर क्रमशः \(6.67 \times 10^{-19} \mathrm{C}\) और \(9.6 \times 10^{-10} \mathrm{C}\) आवेश तथा उनके द्रव्यमान क्रमशः \(19.2 \times 10^{-27} \mathrm{~kg}\) और \(9 \times 10^{-27} \mathrm{~kg}\) हैं। किसी क्षण, आयन r दूरी से अलग हैं। उस क्षण स्थिरवैद्युत बल और गुरुत्वाकर्षण बल के परिमाणों का अनुपात \(P \times 10^{45}\) है, जहाँ 10\(P\) का मान _______ है।
( \(\frac{1}{4 \pi \varepsilon_0}=9 \times 10^9 \mathrm{Nm}^2 \mathrm{C}^{-1}\) तथा सार्वत्रिक गुरुत्वाकर्षण नियतांक \(6.67 \times 10^{-11} \mathrm{Nm}^2 \mathrm{~kg}^{-2}\) लीजिए )
मान लीजिए कि आवेश इलेक्ट्रॉनों का एक पूर्ण गुणज नहीं हो सकता है।
उत्तर जाँचने के लिए एक विकल्प चुनें।
उत्तर और हल
सही उत्तर
(A) 5
चरण-दर-चरण हल
विस्तृत व्याख्या
स्पष्टीकरण:
आइए कक्षा 12 भौतिकी के 'वैद्युत आवेश तथा क्षेत्र' अध्याय के नियमों के आधार पर, सीधी संख्यात्मक कटौती (smart cancellation) विधि का उपयोग करके बलों के अनुपात की चरण-दर-चरण गणना करें:
चरण 1: बलों के अनुपात के लिए सूत्र लिखिए
दूरी \(r\) द्वारा अलग किए गए दो आवेशों के बीच स्थिरवैद्युत बल (\(F_e\)) और गुरुत्वाकर्षण बल (\(F_g\)) का सूत्र है:
\(\frac{F_e}{F_g} = \frac{k \cdot |q_A| \cdot |q_B|}{G \cdot m_A \cdot m_B}\)
चरण 2: मान रखिए और आसान कटाव विधि (Cancellation Trick) अपनाएं
समीकरण में दिए गए मान रखने पर:
\(\frac{F_e}{F_g} = \frac{(9 \times 10^9) \times (6.67 \times 10^{-19}) \times (9.6 \times 10^{-10})}{(6.67 \times 10^{-11}) \times (19.2 \times 10^{-27}) \times (9 \times 10^{-27})}\)
संख्याओं को 10 की घातों से अलग करने पर:
\(\frac{F_e}{F_g} = \left[ \frac{9 \times 6.67 \times 9.6}{6.67 \times 19.2 \times 9} \right] \times \left[ \frac{10^9 \times 10^{-19} \times 10^{-10}}{10^{-11} \times 10^{-27} \times 10^{-27}} \right]\)
अब बिना गुणा किए संख्याओं को सीधे आपस में काटें:
- अंश (numerator) का \(9\), हर (denominator) के \(9\) से सीधे कट जाता है।
- अंश का \(6.67\), हर के \(6.67\) से सीधे कट जाता है।
- अब केवल \(\frac{9.6}{19.2}\) बचता है। चूंकि \(19.2 = 2 \times 9.6\), यह सरल होकर \(\frac{1}{2} = 0.5\) हो जाता है।
चरण 3: 10 की घातों को सरल करें
- अंश की कुल घात = \(9 - 19 - 10 = -20\)
- हर की कुल घात = \(-11 - 27 - 27 = -65\)
- शुद्ध घात = \(-20 - (-65) = 45\)
दोनों को मिलाने पर हमें प्राप्त होता है:
\(\frac{F_e}{F_g} = 0.5 \times 10^{45}\)
चरण 4: \(10P\) का अंतिम मान ज्ञात करें
प्रश्न में दिए गए व्यंजक (\(P \times 10^{45}\)) से तुलना करने पर:
\(P = 0.5\)
इसलिए:
\(10P = 10 \times 0.5 = 5\)
अतः विकल्प A सही उत्तर है।
आइए कक्षा 12 भौतिकी के 'वैद्युत आवेश तथा क्षेत्र' अध्याय के नियमों के आधार पर, सीधी संख्यात्मक कटौती (smart cancellation) विधि का उपयोग करके बलों के अनुपात की चरण-दर-चरण गणना करें:
चरण 1: बलों के अनुपात के लिए सूत्र लिखिए
दूरी \(r\) द्वारा अलग किए गए दो आवेशों के बीच स्थिरवैद्युत बल (\(F_e\)) और गुरुत्वाकर्षण बल (\(F_g\)) का सूत्र है:
\(\frac{F_e}{F_g} = \frac{k \cdot |q_A| \cdot |q_B|}{G \cdot m_A \cdot m_B}\)
चरण 2: मान रखिए और आसान कटाव विधि (Cancellation Trick) अपनाएं
समीकरण में दिए गए मान रखने पर:
\(\frac{F_e}{F_g} = \frac{(9 \times 10^9) \times (6.67 \times 10^{-19}) \times (9.6 \times 10^{-10})}{(6.67 \times 10^{-11}) \times (19.2 \times 10^{-27}) \times (9 \times 10^{-27})}\)
संख्याओं को 10 की घातों से अलग करने पर:
\(\frac{F_e}{F_g} = \left[ \frac{9 \times 6.67 \times 9.6}{6.67 \times 19.2 \times 9} \right] \times \left[ \frac{10^9 \times 10^{-19} \times 10^{-10}}{10^{-11} \times 10^{-27} \times 10^{-27}} \right]\)
अब बिना गुणा किए संख्याओं को सीधे आपस में काटें:
- अंश (numerator) का \(9\), हर (denominator) के \(9\) से सीधे कट जाता है।
- अंश का \(6.67\), हर के \(6.67\) से सीधे कट जाता है।
- अब केवल \(\frac{9.6}{19.2}\) बचता है। चूंकि \(19.2 = 2 \times 9.6\), यह सरल होकर \(\frac{1}{2} = 0.5\) हो जाता है।
चरण 3: 10 की घातों को सरल करें
- अंश की कुल घात = \(9 - 19 - 10 = -20\)
- हर की कुल घात = \(-11 - 27 - 27 = -65\)
- शुद्ध घात = \(-20 - (-65) = 45\)
दोनों को मिलाने पर हमें प्राप्त होता है:
\(\frac{F_e}{F_g} = 0.5 \times 10^{45}\)
चरण 4: \(10P\) का अंतिम मान ज्ञात करें
प्रश्न में दिए गए व्यंजक (\(P \times 10^{45}\)) से तुलना करने पर:
\(P = 0.5\)
इसलिए:
\(10P = 10 \times 0.5 = 5\)
अतः विकल्प A सही उत्तर है।
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