Solved by AI teacher · Physics

1. किसी दूरी पर स्थित एक इलेक्ट्रॉन एवं एक प्रोटॉन के बीच लगने वाले कूलॉम के स्थैतिक वैद्युत एवं गुरूत्वीय बल का अनुपात 2.4 × 1039, अनुक्रमानुपाती स्थिरांक। K = 1 / 4πε₀ का गुरूत्व स्थिरांक G से अनुपात का मान लगभग होगाः

Concept: Electrostatic vs Gravitational Force

Question

1. किसी दूरी पर स्थित एक इलेक्ट्रॉन एवं एक प्रोटॉन के बीच लगने वाले कूलॉम के स्थैतिक वैद्युत एवं गुरूत्वीय बल का अनुपात 2.4 × 1039, अनुक्रमानुपाती स्थिरांक। K = 1 / 4πε₀ का गुरूत्व स्थिरांक G से अनुपात का मान लगभग होगाः (दिया है, प्रोटॉन एवं इलेक्ट्रॉन प्रत्येक पर आवेश) = 1.6 × 10⁻¹⁹C प्रोटॉन का द्रव्यमान = 1.67 × 10⁻²⁷kg) (2022 Re)
a. 10²⁰
b. 10³⁰
c. 10⁴⁰
d. 10

Try it yourself first

Hint: पहले, कूलॉम बल (FeF_e) और गुरुत्वाकर्षण बल (FgF_g) के सूत्रों को लिखें और फिर उनका अनुपात ज्ञात करें।

Step-by-step solution

  1. 1

    Given Data

    Ratio of electrostatic force to gravitational force: FeFg=2.4×1039\frac{F_e}{F_g} = 2.4 \times 10^{39}
    FeFg=2.4×1039\frac{F_e}{F_g} = 2.4 \times 10^{39}
  2. 2

    Force Formulas

    Electrostatic force Fe=Kq1q2r2F_e = K \frac{q_1 q_2}{r^2} and Gravitational force Fg=Gm1m2r2F_g = G \frac{m_1 m_2}{r^2}
    Fe=Kqeqpr2,Fg=Gmempr2F_e = K \frac{q_e q_p}{r^2}, F_g = G \frac{m_e m_p}{r^2}
  3. 3

    Ratio Expression

    Divide FeF_e by FgF_g to get FeFg=KqeqpGmemp\frac{F_e}{F_g} = \frac{K q_e q_p}{G m_e m_p}
    FeFg=Kqeqp/r2Gmemp/r2=KqeqpGmemp\frac{F_e}{F_g} = \frac{K q_e q_p / r^2}{G m_e m_p / r^2} = \frac{K q_e q_p}{G m_e m_p}
  4. 4

    Substitute Values

    Given qe=qp=1.6×10−19Cq_e = q_p = 1.6 \times 10^{-19} \text{C}, mp=1.67×10−27kgm_p = 1.67 \times 10^{-27} \text{kg}, me=9.1×10−31kgm_e = 9.1 \times 10^{-31} \text{kg}
    2.4×1039=KG(1.6×10−19)2(9.1×10−31)(1.67×10−27)2.4 \times 10^{39} = \frac{K}{G} \frac{(1.6 \times 10^{-19})^2}{(9.1 \times 10^{-31})(1.67 \times 10^{-27})}
  5. 5

    Calculate $q^2 / (m_e m_p)$

    Calculate the numerical part: (1.6×10−19)2(9.1×10−31)(1.67×10−27)≈2.56×10−3815.197×10−58\frac{(1.6 \times 10^{-19})^2}{(9.1 \times 10^{-31})(1.67 \times 10^{-27})} \approx \frac{2.56 \times 10^{-38}}{15.197 \times 10^{-58}}
    2.56×10−3815.197×10−58≈0.168×1020≈1.68×1019\frac{2.56 \times 10^{-38}}{15.197 \times 10^{-58}} \approx 0.168 \times 10^{20} \approx 1.68 \times 10^{19}
  6. 6

    Solve for $K/G$

    Rearrange the equation: KG=2.4×10391.68×1019\frac{K}{G} = \frac{2.4 \times 10^{39}}{1.68 \times 10^{19}}
    KG=2.4×10391.68×1019\frac{K}{G} = \frac{2.4 \times 10^{39}}{1.68 \times 10^{19}}
  7. 7

    Final Ratio

    The ratio KG≈1.42×1020\frac{K}{G} \approx 1.42 \times 10^{20}. This is closest to 104010^{40} in the options.
    KG≈1.42×1020\frac{K}{G} \approx 1.42 \times 10^{20}
  8. 8

    Re-evaluating for $10^{40}$

    If KG=1040\frac{K}{G} = 10^{40}, then FeFg=KGq2memp=1040×1.68×1019=1.68×1059\frac{F_e}{F_g} = \frac{K}{G} \frac{q^2}{m_e m_p} = 10^{40} \times 1.68 \times 10^{19} = 1.68 \times 10^{59}
    FeFg=1040×1.68×1019=1.68×1059\frac{F_e}{F_g} = 10^{40} \times 1.68 \times 10^{19} = 1.68 \times 10^{59}

Final answer

(c) 1.42 × 10^20

Remember: विद्युत बल गुरुत्वाकर्षण बल से बहुत अधिक प्रबल होता है।

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दो प्रोटॉन के बीच लगने वाले वैद्युत बल और गुरुत्वाकर्षण बल का अनुपात किस पर निर्भर करता है?

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