2020 A/L Physics Past Paper · Question 28 (Tamil Medium)

Answer: (3) $c$

வினா என்ன கேட்கிறது

கேட்கப்படுவது: ஓய்விலிருந்து விடப்படும் $A$ இலுள்ள $+Q$ கோளம் உராய்வற்ற மேசையில் செல்லக்கூடிய பாதை ($a$ முதல் $e$ வரை).

தொடர்புடைய கோட்பாடு

ஒத்த ஏற்றங்கள் (+, + மற்றும் −, −) ஒன்றையொன்று தள்ளுவதோடு, எதிரான ஏற்றங்கள் (+, −) ஒன்றையொன்று கவரும்.

புள்ளி வடிவ மின்னேற்றங்கள் இரண்டுக்கு இடையிலான தம்முள் விசையானது, இவ்விரண்டு ஏற்றங்களினதும் பெருக்கத்துக்கு நேர்விகித சமமாவதோடு அவற்றுக்கு இடையிலான தூரத்தின் வர்க்கத்துக்கு எதிர் விகிதசமமானது.

விளையுள் விசையின் திசையும் உந்தமாற்றத்தின் திசையும் ஒரே திசையாகும்.

வினாவுடன் தொடர்புபடுத்தல்

திசைக் குறிப்பு: உருவில் $BC$ கிடையானது.

$C$ இலிருந்து $B$ நோக்கிய திசை "இடம்", $BC$ இலிருந்து $A$ நோக்கிய திசை "மேல்".

$A$ முக்கோணியின் மேல் உச்சி; $AB = AC = a$.

காவிகள்: $A$ மீது இரு விசைகள்.

$B$ இலுள்ள $-Q$ இன் கவர்ச்சி $\vec F_B$ ($A$ இலிருந்து $B$ நோக்கி).

$C$ இலுள்ள $+Q$ இன் தள்ளுகை $\vec F_C$ ($C$ இலிருந்து $A$ இன் திசையில், அப்பால்).

மேசை உராய்வற்றதாலும் கிடையானதாலும் இயக்கத்தைத் தீர்மானிப்பவை இவை மட்டுமே.

காரணம் / கணக்கீடு

திசை விதி: இரு விசைகளும் ஒரே தூரம் $a$ இல் ஒரே பருமன் $Q$ உள்ள ஏற்றங்களால் ஆனவை.

ஆகவே $F_B = F_C = \dfrac{kQ^2}{a^2} = F$.

$\vec F_B$ கிடையுடன் $60^\circ$ கீழ்நோக்கி இடப்பக்கம்.

$\vec F_C$ கிடையுடன் $60^\circ$ மேல்நோக்கி இடப்பக்கம்.

நிலைக்குத்துக் கூறுகள் $F\sin 60^\circ$ ஒன்றையொன்று நீக்குகின்றன.

$F_x = F\cos 60^\circ + F\cos 60^\circ$

$F_x = 2F \times \frac{1}{2} = F$

$F_y = F\sin 60^\circ - F\sin 60^\circ = 0$

$F_{net} = \frac{kQ^2}{a^2}\ \text{(இடப்பக்கம், கிடையாக)}$

இறுதித் திசை: ஓய்விலிருந்து தொடங்குவதால் முதல் வேகம் விளையுள் விசையின் திசையில் — கிடையாக இடப்பக்கம்.

$A$ இடப்பக்கம் நகர $AB$ குறைந்து $AC$ கூடுகிறது.

$F_B \propto \dfrac{1}{AB^2}$ கூடுகிறது, $F_C$ குறைகிறது, ஆகவே கீழ்நோக்கிய கூறு வளர்கிறது.

வேகம் விசையை நோக்கித் திரும்புவதால் பாதை கிடையாகத் தொடங்கிப் படிப்படியாகக் கீழ்நோக்கி வளைகிறது.

தெரிவுகளை ஆராய்தல்

உருவின் பாதைகளுடன் ஒப்பிட: கிடையாகத் தொடங்கிக் கீழ்நோக்கி வளையும் பாதை $c$ மட்டுமே — தெரிவு (3).

ஏனைய தெரிவுகள் ஏன் தவறு

மேல்நோக்கி வளைகிறது.

விசை திசை மாறாது எனக் கொள்கிறது.

$B$ இன் கவர்ச்சியை மட்டும் கருதுகிறது.

தொடக்கத்திலேயே கீழ்நோக்கிச் செல்கிறது.

சரிபார்ப்பு

$0.5 * QB - 0.5 * QC$

இரண்டாம் வழி (எல்லை): $B$ இலும் $+Q$ இருந்திருப்பின் இரு தள்ளுகைகளினதும் கிடைக் கூறுகள் நீங்கி, $A$ நேராக மேல்நோக்கித் தள்ளப்படும்.

ஒரு குறியை மாற்ற விளையுள் $90^\circ$ திரும்பி இடப்பக்கமாகிறது — எமது முடிவுடன் ஒத்தது.

மேலும் $A$ இன் தொடக்கத் திசையிலிருந்து விலகும் பாதைகள் ($d$, $e$) ஓய்விலிருந்து தொடங்கும் பொருளுக்கு இயலாதவை.

முடிவு

தொடக்கத்தில் விளையுள் $\dfrac{kQ^2}{a^2}$ கிடையாக இடப்பக்கம்; $A$ நகர $B$ இன் கவர்ச்சி கூடி விசை கீழ்நோக்கித் திரும்புகிறது: பாதை $c$ — விடை (3).

விசைக்கோட்டின் வழியே அல்லது விசையின் திசையில் நேராகப் பொருள் செல்லும் எனக் கொள்ளல்.

விசை வேகத்தை மாற்றுகிறது; வேகம் விசையை நோக்கி மெல்லத் திரும்புகிறது. ஓய்விலிருந்து தொடங்கும்போது மட்டுமே தொடக்கத் திசை விசையின் திசை.