जमीन के ऊपर h ऊँचाई से गिरने वाली एक बारिश की बूंद, एक निकटतम अंतिम वेग प्राप्त करती है, जब वह ऊँचाई (3/4) h से गिरती है। चित्र दिखाया गया कौन-सा आरेख बूँद के जमीन पर गिरने के दौरान उसकी गतिज और स्थितिज ऊर्जा में परिवर्तन को सही ढंग से दर्शाता है?

व्याख्या:

जमीन से h ऊँचाई पर जिस क्षण वह गिरती है, उसका वेग शून्य होगा।

∴ शुरुआत में बारिश की बूंद में अधिकतम विभव ऊर्जा होगी। तथा गतिज वेग शून्य 0 होगा

जैसे-जैसे वर्षा की बूंद गिरती है उसका PE कम होने लगती है और गतिज ऊर्जा बढ़ने लगती है।

→ यदि हम वायु प्रतिरोध की उपेक्षा करते हैं तो कुल यांत्रिक ऊर्जा संरक्षित/स्थिर रहेगी।

→ यदि कुछ वायु प्रतिरोध होता है, तो कुछ बल होता है जिसे उत्क्षेप (द्रव पदार्थ में) कहा जाता है जो इसकी गति का विरोध करता है।

यह वस्तु के वेग पर निर्भर करता है। जैसे-जैसे वेग बढ़ता है, उत्क्षेप भी बढ़ता है।

वर्षा की बूंद गिरने पर पहले उसका वेग बढ़ता है और फिर कुछ समय बाद स्थिर हो जाता है।

इस स्थिर वेग को अंतिम वेग कहा जाता है,

→ जैसे-जैसे अंतिम वेग प्राप्त होता है, वेग स्थिर हो जाता है इसलिए KE भी स्थिर हो जाती है।

P.E लगातार घटती जाती है क्योंकि बूंद लगातार गिर रही है।

→विकल्प (1) और (3) में P.E लगातार बढ़ती है जो नहीं हो सकता।

→विकल्प (4) में SHM के लिए वक्र। जहां P.E बढ़ती है और कुछ समय बाद घटती है।

लेकिन हमारी स्थिति में, P.E कभी नहीं बढ़ती है। अत: सही निरूपण विकल्प (2) है।

अतः सही विकल्प विकल्प (2) होगा।