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Oscillations physics ncert solutions class 11th Physics Class 11th Physics NCERT Exemplar Solutions Class 11th Chapter Fourteen

A simple pendulum of time period 1s and length l is hung from a fixed support at O, such that the bob is at a distance H vertically above A on the ground (Fig) The amplitude is θ o . The string snaps at θ = θ₀ /2. Find the time taken by the bob to hit the ground. Also find distance from A where bob hits the ground. Assume θ₀ to be small so that sin _o ₀ and cos ₀

3 Views | Posted 4 months ago

Asked by Shiksha User

1 Answer

Answered by

Payal Gupta | Contributor-Level 10

4 months ago

This is a long answer type question as classified in NCERT Exemplar

Let us assume t=0 when $θ = θ$ _o then $θ$ = $θ$ ₀coswt

Given a seconds pendulum w=2 $π$

$θ$ = $θ_{o} c o s 2 π t$

At time t, let $θ = θ_{o} / 2$

Cos2 $π t_{1} = \frac{1}{2}$ , t₁=1/6

$\frac{d θ}{d t}$ =-( $θ_{o} 2 π$ )sin2 $π t$

t=t₁=1/6

d $\frac{θ}{d t}$ =- $θ_{o} 2 π$ sin $\frac{2 π}{6} = - \sqrt[]{3} π θ_{o}$

the linear velocity is u=- $\sqrt[]{3} π θ_{o} l$

the vertical component is U_y= $- \sqrt[]{3} π l s i n (\frac{θ_{o}}{2})$

the horizontal component U_x=- $- \sqrt[]{3} π l c o s (\frac{θ_{o}}{2})$

at the time it snaps the vertical height is

H’=H+l(1-cos $(\frac{θ_{o}}{2})$ )

Let the time require for fall be t , then

H’= H+l (1 $- c o s (\frac{θ_{o}}{2})$ )

Let the time required for fall be at t then

H’=u_yt+1/2 gt²

1/2gt²+ $\sqrt[]{3} π θ_{o} l s i n \frac{θ_{o}}{2} t - H^{'} = 0$

t= $\frac{- \sqrt[]{3} π θ_{0} s i n \frac{θ_{o}}{2} \pm \sqrt[]{3 π^{2} θ_{o}^{2} {s i n}^{2} \frac{θ_{o}}{2} + 2 g H'}}{g}$

given that $θ_{o}$ is small , hence neglecting terms of order $θ_{o}^{2}$ and higher

t= $\sqrt[]{\frac{2 H^{'}}{g}}$

H’ $\approx H + l (1 - 1)$

t= $\sqrt[]{\frac{2 H}{g}}$

the distance travelled in the x direction is

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This is a long answer type question as classified in NCERT Exemplar

Let us assume t=0 when $θ = θ$ _o then $θ$ = $θ$ ₀coswt

Given a seconds pendulum w=2 $π$

$θ$ = $θ_{o} c o s 2 π t$

At time t, let $θ = θ_{o} / 2$

Cos2 $π t_{1} = \frac{1}{2}$ , t₁=1/6

$\frac{d θ}{d t}$ =-( $θ_{o} 2 π$ )sin2 $π t$

t=t₁=1/6

d $\frac{θ}{d t}$ =- $θ_{o} 2 π$ sin $\frac{2 π}{6} = - \sqrt[]{3} π θ_{o}$

the linear velocity is u=- $\sqrt[]{3} π θ_{o} l$

the vertical component is U_y= $- \sqrt[]{3} π l s i n (\frac{θ_{o}}{2})$

the horizontal component U_x=- $- \sqrt[]{3} π l c o s (\frac{θ_{o}}{2})$

at the time it snaps the vertical height is

H’=H+l(1-cos $(\frac{θ_{o}}{2})$ )

Let the time require for fall be t , then

H’= H+l (1 $- c o s (\frac{θ_{o}}{2})$ )

Let the time required for fall be at t then

H’=u_yt+1/2 gt²

1/2gt²+ $\sqrt[]{3} π θ_{o} l s i n \frac{θ_{o}}{2} t - H^{'} = 0$

t= $\frac{- \sqrt[]{3} π θ_{0} s i n \frac{θ_{o}}{2} \pm \sqrt[]{3 π^{2} θ_{o}^{2} {s i n}^{2} \frac{θ_{o}}{2} + 2 g H'}}{g}$

given that $θ_{o}$ is small , hence neglecting terms of order $θ_{o}^{2}$ and higher

t= $\sqrt[]{\frac{2 H^{'}}{g}}$

H’ $\approx H + l (1 - 1)$

t= $\sqrt[]{\frac{2 H}{g}}$

the distance travelled in the x direction is u_xt to the left of where the bob is snapped

X= Uxt= $\sqrt[]{3} π θ_{o} l c o s (\frac{θ_{o}}{2}) \sqrt[]{\frac{2 H}{g}} s$

cos $\frac{θ_{o}}{2} \approx 1$

X= $\sqrt[]{3} π θ_{o} l \sqrt[]{\frac{2 h}{g}} = \sqrt[]{\frac{6 H}{g}} θ_{o} l π$

At the time of snapping , the bob was at a horizontal distance of $l s i n \frac{θ_{o}}{2} \approx l \frac{θ_{0}}{2}$ from A

Thus, the distance of bob from A where it meets the ground is

= $\frac{l θ_{o}}{2} - X = \frac{l θ_{o}}{2} - \sqrt[]{\frac{6 H}{g}} θ_{o} l π$

= $θ_{o} l (\frac{1}{2} - π \sqrt[]{\frac{6 H}{g}} θ_{o} l π)$

= $θ_{o} l (\frac{1}{2} - π \sqrt[]{\frac{6 H}{g}})$

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