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एक ठोस रबर के गोले का व्यास 6 cm होने पर उसका भार 6 kg है। उसी सामग्री का उपयोग करके, एक खोखला गोला बनाया जाता है जिसका बाहरी व्यास 18 cm और आंतरिक व्यास 12 cm है। इसका भार क्या है?
64.64 किग्रा
72.64 किग्रा
96 किग्रा
114 किग्रा
114 किग्रा
आयतन की गणना व्यासों के घन (D3) के समानुपाती करें। ठोस का भार = k⋅63=6। खोखले का भार = k⋅(183−123)=k⋅(5832−1728)=k⋅4104। अतः, भार = 6⋅2164104=6⋅19=114 किग्रा।
ठोस रबर का गोला: व्यास = 6 सेमी, भार = 6 किग्रा। खोखला गोला: बाहरी व्यास = 18 सेमी, आंतरिक व्यास = 12 सेमी।
Weight∝Volume=34πr3
आयतन की गणना व्यासों के घन (D3) के समानुपाती करें। ठोस का भार = k⋅63=6। खोखले का भार = k⋅(183−123)=k⋅(5832−1728)=k⋅4104। अतः, भार = 6⋅2164104=6⋅19=114 किग्रा।
त्रिज्या के स्थान पर व्यास का उपयोग करना ठीक है यदि इसे सुसंगत रूप से किया जाए, लेकिन आंतरिक आयतन (Douter3−Dinner3) को घटाना भूल जाना एक सामान्य त्रुटि है।
संबंध स्थापित करना
चूंकि सामग्री समान है, भार रबर के आयतन के सीधे समानुपाती होता है। एक गोले का आयतन V=34πr3 होता है।
W=k×V=k×34π(2D)3
समानुपाती स्थिरांक की गणना
ठोस गोले के लिए, D=6 सेमी और भार W=6 किग्रा है। अतः, 6=k×34π(33)=k×36π। इसलिए, k=36π6=6π1।
k=6π1
खोखले गोले का आयतन निर्धारित करना
खोखले गोले का आयतन बाहरी आयतन और आंतरिक आयतन का अंतर होता है: Vhollow=34π(Router3−Rinner3)। व्यासों का उपयोग करने पर: Vhollow=34π(93−63)=34π(729−216)=34π(513)=684π।
Vhollow=684π
अंतिम भार की गणना
आयतन को स्थिरांक k से गुणा करें: Weight=k×Vhollow=6π1×684π=114 किग्रा।
Weight=114 किग्रा
D सही है क्योंकि खोखले गोले और ठोस गोले के आयतन का अनुपात 19 है, और 6 किग्रा×19=114 किग्रा है।
आयतन-भार स्केलिंग का यह प्रकार भौतिकी में घनत्व समस्याओं के समान है जहाँ Mass=Density×Volume होता है।