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Question
वाक्य के नीचे दिए गए योग्य विकल्प चुनकर निम्नलिखित वाक्य स्पष्टीकरण के साथ लिखिए।
कोई पिंड जमीन पर मुक्त रूप से गिरते समय उसकी कुल ऊर्जा ______।
Options
कम होती है।
स्थिर रहती है।
बढ़ती है।
प्रारंभ में बढ़ती है, फिर कम होती है।
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Solution
कोई पिंड जमीन पर मुक्त रूप से गिरते समय उसकी कुल ऊर्जा स्थिर रहती है।
स्पष्टीकरण:
आकृति में दिखाए अनुसार, माना बिंदु A जमीन से h ऊँचाई पर है। m द्रव्यमान वाला पिंड बिंदु A से बिंदु B तक आया तो वह x दूरी तक जाता है, बिंदु C जमीन पर है। पिंड की बिंदु A, B और C पर ऊर्जा देखेंगे।
1. पिंड बिंदु A के पास रहने पर (स्थिर रहने पर) उसका प्रारंभिक वेग u = 0
∴ K.E. = `1/2` द्रव्यमान × (वेग)2
= `1/2` mu2
K.E. = 0
P.E. = mgh
∴ कुल ऊर्जा = K.E. + P.E.
= 0 + mgh
कुल ऊर्जा (Total Energy) = mgh ........ (1)

मुक्त पतन
2. पिंड बिंदु B के पास रहने पर पिंड x दूरी तय करके बिंदु B के पास आता है तब माना उसका वेग vB है।
u = 0, s = x, a = g
v2 = u2 + 2as
`"v"_"B"^2 = 0 + 2"gx"`
`"v"_"B"^2` = 2gx
∴ K.E. = `1/2 "mv"_"B"^2 = 1/2` m(2gx)
K.E. = mgx
स्थान B पर पिंड की जमीन से
ऊँचाई = h - x
∴ P.E. = mg(h - x)
P.E. = mgh - mgx
∴ कुल ऊर्जा T.E. = K.E. + P.E.
= mgx + mgh - mgx
∴ T.E. = mgh ........(2)
3. पिंड बिंदु C के पास रहने पर अर्थात जमीन पर पहुँचने पर उसका वेग vC है तो
u = 0, s = h, a = g
v2 = u2 + 2as
`"v"_"c"^2` = 0 + 2gh
∴ K.E. = `1/2 "mv"_"c"^2 = 1/2`m(2gh)
K.E. = mgh
बिंदु C पर पिंड की जमीन से ऊँचाई
h = 0
∴ P.E. = mgh = 0
∴ T.E. = K.E. + P.E.
∴ T.E. = mgh ...............(3)
समीकरण (1), (2) और (3) से A, B और C बिंदु के पास कुल ऊर्जा स्थिर है।
अर्थात कोई भी पिंड ऊँचाई पर स्थित होने पर उसमें स्थितिज ऊर्जा होती है। पिंड के नीचे गिरते समय उसकी स्थितिज ऊर्जा का गतिज ऊर्जा में रूपांतरण हो जाता है। जमीन पर गिरते समय (स्थिति ‘C’) संपूर्णस्थितिज ऊर्जा का गतिज ऊर्जा में रूपांतरण होता है परंतु किसी भी स्थिति में कुल ऊर्जा ऊँचाई की स्थितिज ऊर्जा के जितनी ही होती है।
i.e. T.E. = P.E. + K.E.
बिंदु A पर T.E. = mgh + 0 = mgh
बिंदु B पर T.E. = mgx + mg(h - x) = mgh
बिंदु C पर T.E. = 0 + mgh = mgh
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