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किसी द्रव में नियत वेग से गिरते हुए गोलीय पिण्ड पर लगने वाला श्यान बल (F), पिण्ड की त्रिज्या (r), सीमान्त वेग (v) तथा द्रव के श्यानता गुणांक (η) पर निर्भर करता है। विमीय विधि से F के लिए सूत्र स्थापित कीजिए।

Physics

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F=6πηrvF = 6 \pi \eta r v

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  1. दी गई भौतिक राशियों के विमीय सूत्र लिखिए।

    • श्यान बल (FF): [MLT−2][M L T^{-2}]
    • पिण्ड की त्रिज्या (rr): [L][L]
    • सीमान्त वेग (vv): [LT−1][L T^{-1}]
    • श्यानता गुणांक (η\eta): श्यान बल F=ηAdvdxF = \eta A \frac{dv}{dx} से, η=FdxAdv\eta = \frac{F dx}{A dv} [η]=[MLT−2][L][L2][LT−1]=[ML−1T−1][\eta] = \frac{[M L T^{-2}] [L]}{[L^2] [L T^{-1}]} = [M L^{-1} T^{-1}]
  2. बल (FF) की निर्भरता को घातांकों के रूप में व्यक्त कीजिए।

    माना श्यान बल FF, η\eta, rr और vv पर इस प्रकार निर्भर करता है:

    F=KηarbvcF = K \eta^a r^b v^c

    जहाँ KK एक विमाहीन नियतांक है।
    विमीय रूप में:

    [MLT−2]=[ML−1T−1]a[L]b[LT−1]c[M L T^{-2}] = [M L^{-1} T^{-1}]^a [L]^b [L T^{-1}]^c [MLT−2]=[MaL−a+b+cT−a−c][M L T^{-2}] = [M^a L^{-a+b+c} T^{-a-c}]
  3. दोनों पक्षों में M, L, T की घातों की तुलना कीजिए।

    M की घातों की तुलना करने पर:

    1=a(1)1 = a \quad (1)

    L की घातों की तुलना करने पर:

    1=−a+b+c(2)1 = -a + b + c \quad (2)

    T की घातों की तुलना करने पर:

    −2=−a−c(3)-2 = -a - c \quad (3)
  4. $a, b, c$ के मान ज्ञात करने के लिए समीकरणों को हल कीजिए।

    समीकरण (1) से, हमें मिलता है:

    a=1a = 1

    a=1a=1 को समीकरण (3) में रखने पर:

    −2=−1−c-2 = -1 - c −1=−c-1 = -c c=1c = 1

    a=1a=1 और c=1c=1 को समीकरण (2) में रखने पर:

    1=−1+b+11 = -1 + b + 1 1=b1 = b

    अतः, हमें a=1a=1, b=1b=1, और c=1c=1 प्राप्त होता है।

  5. FF के लिए सूत्र स्थापित कीजिए।

    a,b,ca, b, c के मानों को F=KηarbvcF = K \eta^a r^b v^c में रखने पर:

    F=Kη1r1v1F = K \eta^1 r^1 v^1 F=KηrvF = K \eta r v

    विमीय विश्लेषण द्वारा नियतांक KK का मान ज्ञात नहीं किया जा सकता है। प्रायोगिक रूप से (स्टोक्स के नियम से), K=6πK = 6\pi होता है।
    इसलिए, श्यान बल का सूत्र है:

    F=6πηrvF = 6 \pi \eta r v
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