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Class 12
PHYSICS
द्रव्यमान M तथा त्रिज्या R के एक पहिए क...

द्रव्यमान M तथा त्रिज्या R के एक पहिए के किनारे पर विधुत आवेश एकसमान रूप से वितरित किया गया है जिसका रैखिक घनत्व (linear density) `lamda` है । पहिए के स्पोक (spoke) हलके है तथा कुचालक पदार्थ के बने है एवं चित्र 2.4-9 के अनुसार अपने घूर्णन अक्ष (पहिए के तल के लम्बवत केंद्र से गुजरनेवाले) के परितः घूर्णन (rotation) हेतु स्वतन्त्र है पहिए के रिम (किनारे) के भीतर इसके संकेन्द्रीय वृत्तीय भाग (concentric central region) में एकसमान चुम्बकीय क्षेत्र `vec(B)` स्थापित किया गया है चुम्बकीय क्षेत्र `vec(B)` का परास (range) निम्नांकित रूप से परिभाषित किया गया है :
`vec(B)=-B_(0)hat(k)` (जब `rlea,altR`)
`vec(B)=` शून्य (जब `rgta`)
चुम्बकीय क्षेत्र को अचानक विलुप्त (switched off) करने के बाद पहिए का कोणीय वेग ज्ञात करें । घूर्णन के क्रम में घर्षण को नगण्य माने ।

लिखित उत्तर

Verified by Experts

पहिए के केंद्रीय भाग से गुजरनेवाला चुम्बकीय फ्लक्स `phi_(B)=vec(B)*vec(A)=Bpia^(2)`.
यदि फ्लक्स विलुप्त होने में लगा समय `Deltat` हो, तो प्रेरित विधुत वाहक बल
`|E|=(|Deltaphi|)/(Deltat)=(phi_(B))/(Deltat)=(piBa^(2))/(Deltat)` . . .(1)
यदि पहिए के किनारे प्रेरित विधुत - क्षेत्र `vec(E)` हो, तो परिभाषा से इसमें प्रेरित विधुत वाहक बल (induced emf),
`E=ointvec(E)*vec(dl)=E*2piR` . . . .(2)
समीकरण (1) तथा (2) से,
`E*2piR=(piBa^(2))/(Deltat)` . . .(3)
अब पहिए के अल्पांश dl में निहित आवेश `lamdadl` पर स्पर्शरेखीय दिशा में बल `dF=E*lamdadl`. इस बल का केंद्र के परित: आघूर्ण अर्थात टॉर्क `d tau=R*dF=R*Elamdadl`
समाकलन करने पर कुल आरोपित टॉर्क (torque)
`tau=intdtau=lamdaREintdl=lamdaRE*2piR`
`=lamdaR(E*2piR)`
`:." "tau=(lamdaRpiBa^(2))/(Deltat)` . . . .(4) [समीकरण (3) से]
यदि चुम्बकीय क्षेत्र विलुप्त होने के क्षण पहिए का कोणीय वेग `omega` हो, तो इसका कोणीय संवेग (angular momentum) शून्य से बढ़कर `Iomega=MR^(2)*omega` हो जाएगा ।
`:.`टॉर्क की परिभाषा से ,
टॉर्क `tau=` कोणीय संवेग के परिवर्तन की दर
या `tau=(Iomega)/(deltat)=(MR^(2)omega)/(Deltat)` . . .(5)
`:.` समीकरण (4) एवं (5) से,
`(MR^(2)omega)/(Deltat)=(lamdapiBa^(2)R)/(Deltat)`
अतः पहिए के कोणीय वेग का अभीष्ट मान `omega=(pilamdaBa^(2))/(MR)`.
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