$(a)$ તે જાણીતું છે કે હવા ની ઘનતા $\rho$ ઊંચાઈ $y$ સાથે $\rho = \rho_{0} e^{-y / y_{0}}$ મુજબ ઘટે છે,જ્યાં $\rho_{0} = 1.25 \; kg \, m^{-3}$ એ સમુદ્ર સપાટી પરની ઘનતા છે અને $y_{0}$ એ અચળાંક છે. આ ઘનતાના ફેરફારને વાતાવરણનો નિયમ કહેવામાં આવે છે. વાતાવરણનું તાપમાન અચળ રહે છે (સમતાપી સ્થિતિ) તેમ ધારીને આ નિયમ મેળવો. એમ પણ ધારો કે $g$ નું મૂલ્ય અચળ રહે છે.
$(b)$ $1425 \; m^{3}$ કદનો એક મોટો $He$ ફુગ્ગો $400 \; kg$ નો ભાર ઊંચકવા માટે વપરાય છે. ધારો કે ફુગ્ગો ઉપર જાય ત્યારે તેની ત્રિજ્યા અચળ રહે છે. તે કેટલી ઊંચાઈ સુધી ઉપર જશે?
[$y_{0} = 8000 \; m$ અને $\rho_{He} = 0.18 \; kg \, m^{-3}$ લો]

Vedclass pdf generator app on play store
Vedclass iOS app on app store
(N/A) ધારો કે $y$ ઊંચાઈએ દબાણ $P$ છે. ઊંચાઈમાં નાના ફેરફાર $dy$ માટે દબાણમાં ફેરફાર $dP = -\rho g dy$ છે.
વાતાવરણ સમતાપી હોવાથી,$PV = nRT$,જે સૂચવે છે કે $P = \frac{\rho RT}{M}$,જ્યાં $M$ એ હવાનું મોલર દળ છે.
આમ,$\rho = \frac{PM}{RT}$. આને દબાણના સમીકરણમાં મૂકતા: $dP = -\frac{PM}{RT} g dy$,અથવા $\frac{dP}{P} = -\frac{Mg}{RT} dy$.
$y=0$ (જ્યાં $P=P_{0}$) થી $y$ (જ્યાં $P=P$) સુધી સંકલન કરતા: $\ln(\frac{P}{P_{0}}) = -\frac{Mg}{RT} y$.
તેથી,$P = P_{0} e^{-y/y_{0}}$,જ્યાં $y_{0} = \frac{RT}{Mg}$. અચળ તાપમાને $\rho \propto P$ હોવાથી,$\rho = \rho_{0} e^{-y/y_{0}}$.
$(b)$ ફુગ્ગો ત્યાં સુધી ઉપર જાય છે જ્યાં સુધી તેની ઘનતા $\rho$ આસપાસની હવાની ઘનતા જેટલી ન થાય.
ફુગ્ગાની સિસ્ટમનું કુલ દળ $M_{total} = m_{payload} + m_{He} = 400 + (1425 \times 0.18) = 400 + 256.5 = 656.5 \; kg$.
ફુગ્ગાની ઘનતા $\rho = \frac{M_{total}}{V} = \frac{656.5}{1425} \approx 0.4607 \; kg \, m^{-3}$.
વાતાવરણના નિયમનો ઉપયોગ કરતા: $\rho = \rho_{0} e^{-y/y_{0}} \implies 0.4607 = 1.25 e^{-y/8000}$.
$\ln(\frac{0.4607}{1.25}) = -\frac{y}{8000} \implies \ln(0.36856) = -\frac{y}{8000}$.
$-0.998 \approx -\frac{y}{8000} \implies y \approx 8000 \; m = 8 \; km$.

Explore More

Similar Questions

$Q$ ઘનતા ધરાવતું પ્રવાહીનું ટીપું $d$ ઘનતા ધરાવતા પ્રવાહીમાં અડધું ડૂબેલું તરે છે। પ્રવાહીના ટીપાનો વ્યાસ કેટલો હશે? ($Q$ > $d$, $g = $ ગુરુત્વાકર્ષણને કારણે પ્રવેગ, $T = $ પૃષ્ઠતાણ)

એક આડી નળીમાંથી $v$ ઝડપે બહાર આવતું પાણી નળીના મુખની નજીક એક ઉભી દીવાલ સાથે લંબરૂપે અથડાય છે અને અથડામણ પછી નીચેની તરફ પડે છે. જ્યારે પાણીની ઝડપ વધારીને $2v$ કરવામાં આવે ત્યારે:

$STATEMENT-1$: બગીચાની હોઝ પાઇપમાંથી ઉચ્ચ ઝડપે વહેતો પાણીનો પ્રવાહ જ્યારે ઊભી રીતે ઉપર રાખવામાં આવે ત્યારે ફુવારાની જેમ ફેલાય છે,પરંતુ જ્યારે ઊભી રીતે નીચે રાખવામાં આવે ત્યારે તે સાંકડો થાય છે.
$STATEMENT-2$: અદબનીય પ્રવાહીના કોઈપણ સ્થાયી પ્રવાહમાં,પ્રવાહીનો કદ પ્રવાહ દર અચળ રહે છે.

સમાન આડછેદનું ક્ષેત્રફળ $A$ ધરાવતા બે પાત્રોમાં $d$ ઘનતા ધરાવતું પ્રવાહી ભરવામાં આવે છે. એક પાત્રમાં પ્રવાહીની ઊંચાઈ $h_1$ અને બીજા પાત્રમાં પ્રવાહીની ઊંચાઈ $h_2$ છે. જ્યારે બંને પાત્રોને જોડવામાં આવે,ત્યારે ગુરુત્વાકર્ષણ દ્વારા થતું કાર્ય શોધો.

Difficult
View Solution

કૉલમ $I$ અને $II$ ને જોડો:
કૉલમ $I$ કૉલમ $II$
$A$. સ્ટોક્સનો નિયમ $I$. દબાણ અને ઉર્જા
$B$. અશાંત પ્રવાહ (Turbulence) $II$. હાઇડ્રોલિક લિફ્ટ
$C$. બર્નુલીનો સિદ્ધાંત $III$. સ્નિગ્ધ ખેંચાણ (Viscous drag)
$D$. પાસ્કલનો નિયમ $IV$. રેનોલ્ડ્સ નંબર

સાચી જોડ કઈ છે?

Vedclass Products

For Students

Vedclass Test Series

Mock tests in real JEE/NEET style with performance analysis. 5-day free trial.

Start Free Trial
For Teachers

Exam Paper Generator

Generate Set A/B/C/D exam papers from 7.5L+ questions in 2 minutes. 3 chapters free.

Try Free
For Institutes

Online Exam Module

Live online exams with unlimited students, 360° analytics & white-label branding.

See Demo