2023 A/L Physics Past Paper · Question 33 (Tamil Medium)

Answer: (3) $X$ உம் $Y$ உம் சம ஆர்முடுகல்களுடன் மேலே செல்லும்.

வினா என்ன கேட்கிறது

எது மாற்றப்படுகிறது: தகடுகள் அருகே கொண்டுவரப்படுகின்றன. அவற்றுக்குக் குறுக்கே உள்ள வோல்ற்றளவு மாறாது. எனவே அவற்றுக்கிடையே உள்ள தூரம் $d$ குறைகிறது.

நமக்கு வேண்டியது: அதன் பின் $X$ உம் $Y$ உம் என்ன செய்கின்றன.

ஒவ்வொரு எழுத்தும் எதைக் குறிக்கும்:

$V$ ($\text{V}$): தகடுகளுக்குக் குறுக்கே உள்ள வோல்ற்றளவு.

$d$ ($\text{m}$): தகடுகளுக்கிடையே உள்ள தூரம்.

$E$ ($\text{V m}^{-1}$): தகடுகளுக்கிடையே உள்ள மின் புலச் செறிவு.

$q$ ($\text{C}$): ஒரு சிறுதுளியின் ஏற்றம்.

$m$ ($\text{kg}$): ஒரு சிறுதுளியின் திணிவு.

$g$ ($\text{m s}^{-2}$): ஈர்ப்பு ஆர்முடுகல்.

$a$ ($\text{m s}^{-2}$): ஒரு சிறுதுளியின் ஆர்முடுகல்.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

மின் புலமொன்றின் யாதேனும் புள்ளியின் புலச் செறிவு என்பது அப்புள்ளியில் வைக்கப்பட்ட அலகு நேரேற்றமொன்றின் (+1 C) மீது தொழிற்படும் விசை ஆகும். மேலும் அச்செறிவானது ஒரு காவிக்கணியமாவதோடு அந்நேர் ஏற்றத்தின் மீது தொழிற்படும் விசையானது திசையினால் செறிவின் திசை காட்டப்படும்.

மேலும் $E$ செறிவுள்ள புள்ளி மீது வைக்கப்பட்ட "$q$" ஏற்றத்தின் மீது விசை $F = Eq$ ஆகும்.

மேற்படி $\frac{\Delta V}{\Delta x}$ எனும் கணியமானது மின்புலத்தில் அழுத்தப் படித்திறன் எனப்படும். அக்கோவையின்படி மின்புலமொன்றின் யாதேனும் புள்ளியில் புலச்செறிவானது அதன் அழுத்தப்படித்திறனுக்குச் சமமாகும்.

எனினும் $E$ = அழுத்தப் படித்திறன் $= \frac{V}{d}$

முதல் மேற்கோள் கூறுவது: ஒரு புள்ளியில் மின் புலச் செறிவு என்பது அங்குள்ள அலகு நேரேற்றத்தின் மீதான விசை. இரண்டாவது மேற்கோள் ஏற்றம் $q$ மீதான விசையை $F = Eq$ எனத் தருகிறது. மூன்றாவது மேற்கோள் கூறுவது: புலச் செறிவு அழுத்தப் படித்திறனுக்குச் சமம்.

இரு சமாந்தரத் தகடுகளுக்கிடையே அழுத்தம் ஒரு தகட்டிலிருந்து மற்றதற்குச் சீராக மாறுகிறது. எனவே படித்திறன் வோல்ற்றளவை தூரத்தால் வகுத்தது: $E = \dfrac{V}{d}$.

உதாரணமாக ஒரே மாடியில் அசையாமல் தொங்கும் இரண்டு உயர்த்திகளை நினைத்துப் பாருங்கள். ஒன்று பெரியது, ஒன்று சிறியது. ஒவ்வோர் உயர்த்தியின் கம்பியும் அதன் நிறைக்குச் சமமாக மேலே இழுக்கும். எனவே பெரிய உயர்த்தியின் இழுவை கடினமானது.

இப்போது ஒவ்வொரு கம்பியும் முன்பிலும் பத்தில் ஒரு பங்கு கூடுதலாக இழுக்கும்படி செய்யுங்கள். ஒவ்வோர் உயர்த்திக்கும் மேலதிக இழுவை அதன் நிறையின் பத்தில் ஒரு பங்கு. எனவே எவ்வளவு கனமானாலும் இரண்டும் மேலே ஒரே அளவில் வேகமெடுக்கும்.

வினாவுடன் தொடர்புபடுத்தல்

$qE = mg$

$E = \dfrac{V}{d}$

$\dfrac{q}{m} = \dfrac{g}{E}$

காரணம் / கணக்கீடு

எது மாறாது: வோல்ற்றளவு $V$ (மின்கலம் இன்னும் இணைந்துள்ளது), ஒவ்வொரு சிறுதுளியின் ஏற்றம் $q$, திணிவு $m$, மற்றும் $g$.

எது மாறும்: தூரம் $d$ குறைகிறது. எனவே புலம் $E = \dfrac{V}{d}$ பெரிதாகிறது.

தேறிய விசை எத்திசையில்?

முன்: மேல்நோக்கிய விசை $qE$ நிறை $mg$ க்குச் சமம்.

பின்: $E$ பெரிது. எனவே மேல்நோக்கிய விசை $qE'$ நிறை $mg$ ஐ விடப் பெரிது. தேறிய விசை மேல்நோக்கியது. எனவே இரு சிறுதுளிகளும் மேலே எழும்.

ஒவ்வொன்றும் எவ்வளவு வேகமாகச் செல்லும்?

தேறிய மேல்நோக்கிய விசை $qE' - mg$. அதைத் திணிவு $m$ ஆல் வகுக்க.

$$a = \dfrac{qE'}{m} - g$$

$\dfrac{q}{m} = \dfrac{g}{E}$ ஐப் பிரதியிட:

$$a = g\left(\dfrac{E'}{E} - 1\right)$$

இதில் திணிவு இல்லை. அது $X$ க்கும் $Y$ க்கும் ஒன்றே. அது மேல்நோக்கியது. எனவே $a$ நேரானது.

தெரிவுகளை ஆராய்தல்

இனி ஐந்து தெரிவுகளுடன் ஒப்பிடுக.

(1) அவை ஓய்வில் இருக்கும். தேறிய விசை பூச்சியமல்ல. பொருந்தாது.

(2) அவை விழும். தேறிய விசை மேல்நோக்கியது. பொருந்தாது.

(3) அவை சம ஆர்முடுகல்களுடன் மேலே எழும். இது பொருந்தும்.

(4) $X$ ஆனது $Y$ ஐ விட வேகமாக எழும். ஆர்முடுகல்கள் சமம். பொருந்தாது.

(5) $X$ ஆனது $Y$ ஐ விட வேகமாக விழும். பொருந்தாது.

ஏனைய தெரிவுகள் ஏன் தவறு

$E$ பெரிதாகும்போது மேல்நோக்கிய விசை அதிகரிக்கிறது. எனவே சிறுதுளிகள் சமநிலையில் இல்லை.

தேறிய விசை மேல்நோக்கியது. ஏனெனில் $qE'$ ஆனது $mg$ ஐ விடப் பெரிது.

திணிவு நீங்குகிறது. எனவே $X$ க்கும் $Y$ க்கும் ஒரே ஆர்முடுகல்.

சிறுதுளிகள் மேலே எழும். ஆர்முடுகலில் திணிவு நீங்குகிறது.

சரிபார்ப்பு

இது பொருத்தமாக உள்ளதா?

தகடுகள் நகர்த்தப்படாவிட்டால் $E' = E$. சூத்திரம் $a = 0$ தருகிறது. ஓய்வில் உள்ள சிறுதுளிகளுக்கு அது சரி.

தகடுகள் மிக அருகே இருந்தால் $E'$ மிகப் பெரிது. $a$ பெரிதும் மேல்நோக்கியதும் ஆகும். வலிய புலம் தருவது அதுவே.

முடிவு

$a = g\left(\dfrac{E'}{E} - 1\right)$

இரு சிறுதுளிகளும் சம ஆர்முடுகல் $g\left(\dfrac{E'}{E} - 1\right)$ உடன் மேலே எழும். அது தெரிவு (3).

விடை (3).

மேற்கோள்கள் புலச் செறிவையும் விசை $F = Eq$ ஐயும் அழுத்தப் படித்திறனாகப் புலத்தையும் தருகின்றன. இரு சமாந்தரத் தகடுகளுக்கிடையே புலம் $V$ ஐ $d$ ஆல் வகுத்தது என்பதும், சிறுதுளிகள் சமநிலையில் இருப்பதால் இரண்டுக்கும் $\dfrac{q}{m}$ ஒன்றே என்பதும் அவற்றிலிருந்து நாம் செய்யும் நியாயம். வினா கூறுவது போல காற்றின் மிதப்பையும் சிறுதுளிகளுக்கிடையே உள்ள இழுவையையும் புறக்கணிக்கிறோம்.

ஆசிரியர் குறிப்பு

ஒரு புலத்தில் ஓய்வில் உள்ள சிறுதுளிக்கு $qE = mg$. எனவே அதன் $\dfrac{q}{m}$ ஆனது $\dfrac{g}{E}$. புலம் மாறும்போது ஆர்முடுகல் $g\left(\dfrac{E'}{E} - 1\right)$.

இதில் திணிவு இல்லை. எனவே வெவ்வேறு திணிவுள்ள சிறுதுளிகள் ஒன்றாக அசையும்.

பரீட்சைக் குறிப்பு