2024 A/L Physics Past Paper · Question 23 (Tamil Medium)

Answer: (2) (B) மாத்திரம் உண்மையானது.

வினா என்ன கேட்கிறது

இந்த வினா சவர்க்காரக் குமிழியினுள் மேலும் வளியை ஊதி அதன் ஆரையை $r$ இலிருந்து $2r$ ஆக்குவது பற்றியது.

வளி மெதுவாக ஊதப்படுகிறது. எனவே வெப்பநிலை மாறுவதில்லை.

குமிழியின் அமுக்கம், மேற்பரப்புச் சக்தி, கனவளவு பற்றி வினா மூன்று கூற்றுகளைத் தருகிறது: (A), (B), (C).

நாம் காண வேண்டியது: எந்தக் கூற்றுகள் உண்மை.

எப்படிக் காண்போம்: ஒவ்வொரு முறையும் $r$ ஐ இரட்டித்து, அமுக்கம், மேற்பரப்புச் சக்தி, கனவளவு ஆகியவற்றை ஒவ்வொன்றாகச் சோதிப்போம்.

நமக்குத் தெரிந்தவை:

குமிழியின் ஆரை $r$ இலிருந்து தொடங்கி $2r$ இல் முடிகிறது.

சவர்க்காரப் படலத்தின் பரப்பிழுவை $T$ எப்போதும் ஒன்றே.

ஒவ்வொரு எழுத்தும் எதைக் குறிக்கும்:

$r$ ($\text{m}$): குமிழியின் ஆரை.

$T$ ($\text{N m}^{-1}$): சவர்க்காரக் கரைசலின் பரப்பிழுவை.

$p_1$, $p_2$ ($\text{Pa}$): குமிழியின் உள்ளேயும் வெளியேயும் அமுக்கம்.

$A$ ($\text{m}^2$): குமிழியின் ஒரு மேற்பரப்பின் பரப்பளவு.

$V$ ($\text{m}^3$): குமிழியின் கனவளவு.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

சவர்க்காரக் குமிழியொன்றினுள்ளே மேலதிக அமுக்கத்தைக் கண்டறிவோம். பாதிக் குமிழியின் சமனிலையைக் கருதுவோம். குமிழியின் ஆரை r உம் சவர்க்காரக் கரைசலின் பரப்பு இழுவை T உம் குமிழியினுள் அமுக்கம் $p_1$ உம் குமிழிக்கு வெளியே உள்ள வளியின் அமுக்கம் $p_2$ உம் ஆகும் எனக் கருதுவோம்.

$p_1 - p_2 = \frac{4T}{r}$

படலத்தின் பரப்பளவை ஓர் அலகினால் அதிகரிக்கும்போது பரப்பு இழுவை விசைகளுக்கு எதிராகச் செயற்படும் வேலையானது சுயாதீன மேற்பரப்பு சக்தி எனப்படும்.

தெரிவுகளை ஆராய்தல்

என்ன நடக்கிறது: சவர்க்காரப் படலத்துக்கு உள், வெளி என இரு மேற்பரப்புகள். இரண்டும் உள்நோக்கி இழுக்கின்றன. எனவே உள்ளே உள்ள வளி வெளியே உள்ளதிலும் $4T/r$ ஆல் கூடுதலாக அமுக்கப்படுகிறது.

சிறிய குமிழி கூர்மையாக வளைந்துள்ளது. எனவே அது பலமாக அமுக்குகிறது. பெரிய குமிழி தட்டையானது. குறைவாக அமுக்குகிறது.

படலம் தனது இரு மேற்பரப்புகளின் ஒவ்வொரு சதுர மீற்றரிலும் $T$ அளவு சக்தியைச் சேமிக்கிறது.

உதாரணமாக ஒரு பலூனை ஊதுங்கள். முதல் ஊதல்கள் மிகக் கடினமானவை. அது பெரிதானதும் இலகுவாகிறது.

சவர்க்காரக் குமிழியும் அப்படியே: பெரிதாகப் பெரிதாக அது குறைவாகத் திருப்பித் தள்ளுகிறது.

காரணம் / கணக்கீடு

குமிழியினுள்ளே இருக்கும் அமுக்கம் அதிகரிக்கச் செய்யப்பட்டது.

உள்ளே மேலதிக அமுக்கம் $p_1-p_2=4T/r$. $2r$ இல் அது $4T/(2r)$, அரைவாசி. உள்ளே அமுக்கம் குறைகிறது. எனவே (A) தவறு.

A

குமிழியின் மேற்பரப்பு அழுத்தச் சக்தி நான்கு மடங்காக அதிகரிக்கச் செய்யப்பட்டது.

மேற்பரப்புச் சக்தி $T$ பெருக்கல் இரு மேற்பரப்புகளின் பரப்பளவு: $E=T\times2\times4\pi r^2$. $2r$ இல் பரப்பளவு $4\pi(2r)^2=4\times4\pi r^2$. சக்தி நான்கு மடங்காகிறது. எனவே (B) உண்மை.

B

குமிழியின் கனவளவு நான்கு மடங்காக அதிகரிக்கச் செய்யப்பட்டது.

கனவளவு $\frac{4}{3}\pi r^3$. $2r$ இல் அது $\frac{4}{3}\pi(2r)^3=8\times\frac{4}{3}\pi r^3$. கனவளவு எட்டு மடங்காகிறது, நான்கு அல்ல. எனவே (C) தவறு.

C

கூற்று (A) தவறு: பெரிய குமிழியின் மேலதிக அமுக்கம் சிறியது.

கூற்று (B) உண்மை: பரப்பளவும் அதனால் மேற்பரப்புச் சக்தியும் நான்கு மடங்காகின்றன.

கூற்று (C) தவறு: கனவளவு எட்டு மடங்காகிறது.

எனவே (B) மாத்திரமே உண்மை.

ஏனைய தெரிவுகள் ஏன் தவறு

(A) தவறு: $r$ இரட்டிக்கும்போது மேலதிக அமுக்கம் அரைவாசியாகிறது. (B) உண்மை.

(A) தவறு: பெரிய குமிழி தனது வளியைக் குறைவாக, $4T/(2r)$ ஆல் அமுக்குகிறது.

(C) தவறு: கனவளவு $r^3$ ஆக, எட்டு மடங்காகிறது.

(A), (C) தவறு. மேற்பரப்புச் சக்தி மட்டுமே நான்கு மடங்காகிறது.

முடிவு

உள்ளே அமுக்கம் குறைகிறது. மேற்பரப்புச் சக்தி நான்கு மடங்காகிறது. கனவளவு எட்டு மடங்காகிறது. (B) மாத்திரமே உண்மை.

விடை (2).

$r$ ஐ இரட்டித்தால்: அமுக்க வித்தியாசம் ×½, பரப்பளவும் மேற்பரப்புச் சக்தியும் ×4, கனவளவு ×8.

பரீட்சைக் குறிப்பு