Question:
When a ball is thrown upwards, at which point is its potential energy maximum?
जब एक गेंद को ऊपर की ओर फेंका जाता है, तब किस स्थान पर उसकी स्थितिज ऊर्जा अधिकतम होती है?
Options:
- At the time of throwing
- On the ground
- Just before hitting the ground
- At the highest point
- फेंकने के समय
- ज़मीन पर
- ज़मीन पर टकराने से ठीक पहले
- सबसे ऊंचे स्थान पर
Correct Answer: d)
Explanation:
Detailed Explanation:
The correct answer is d) सबसे ऊंचे स्थान पर (At the highest point).
Principle of Conservation of Mechanical Energy:
When a ball of mass $m$ is projected vertically upward with an initial velocity $u$:
- Gravitational Potential Energy (PE): Given by the formula:
$$PE = mgh$$
where $g$ is the acceleration due to gravity and $h$ is the vertical height above the reference ground level. - Kinetic Energy (KE): Given by $KE = \frac{1}{2}mv^2$.
- At the moment of throw ($h = 0$): The potential energy is minimum (zero), and kinetic energy is at its maximum ($KE = \frac{1}{2}mu^2$).
- During the ascent: As the ball rises, its velocity decreases due to gravitational deceleration. Kinetic energy is progressively converted into potential energy.
- At the highest point ($h = h_{\max}$): The instantaneous velocity of the ball becomes zero ($v = 0$). Therefore, the kinetic energy becomes zero ($KE = 0$), and all mechanical energy is transformed into gravitational potential energy. Thus, potential energy is maximum at the highest point ($PE_{\max} = mgh_{\max}$).
विस्तृत व्याख्या:
सही उत्तर d) सबसे ऊंचे स्थान पर है।
यांत्रिक ऊर्जा संरक्षण का सिद्धांत:
जब किसी $m$ द्रव्यमान की गेंद को ऊर्ध्वाधर ऊपर की ओर फेंका जाता है:
- गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा (Potential Energy – PE):
$$PE = mgh$$
यहाँ $m$ द्रव्यमान, $g$ गुरुत्वीय त्वरण, और $h$ पृथ्वी तल से ऊँचाई है। स्थितिज ऊर्जा सीधे ऊंचाई ($h$) के समानुपाती होती है। - गतिज ऊर्जा (Kinetic Energy – KE): $KE = \frac{1}{2}mv^2$ होती है।
- फेंकते समय ($h = 0$): वेग अधिकतम ($u$) होने से गतिज ऊर्जा अधिकतम और स्थितिज ऊर्जा न्यूनतम (शून्य) होती है।
- ऊपर जाते समय: गुरुत्वाकर्षण के कारण गेंद का वेग घटता जाता है, जिससे गतिज ऊर्जा स्थितिज ऊर्जा में बदलने लगती है।
- उच्चतम बिंदु पर ($h = h_{\max}$): गेंद का तात्कालिक वेग शून्य ($v = 0$) हो जाता है, जिससे गतिज ऊर्जा शून्य हो जाती है और संपूर्ण ऊर्जा स्थितिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। अतः सबसे ऊँचे स्थान पर गेंद की स्थितिज ऊर्जा अधिकतम होती है।