UPSC CSE Prelims
यांत्रिकी एवं गति Previous Year Questions (PYQs)
Practice solved questions for यांत्रिकी एवं गति with detailed step-by-step solutions, key insights, and trend analysis for UPSC CSE PRELIMS.
Solved Previous Year Questions
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निम्नलिखित क्रियाओं पर विचार कीजिए:
- कार दुर्घटना/टक्कर का पता लगाना जिसके परिणामस्वरूप एयरबैग लगभग तात्क्षणिक रूप से तैनात हो जाते हैं
- लैपटॉप के जमीन की ओर आकस्मिक मुक्त गिरावट का पता लगाना जिसके परिणामस्वरूप हार्ड ड्राइव तुरंत बंद हो जाती है
- स्मार्टफोन के झुकाव का पता लगाना जिसके परिणामस्वरूप पोर्ट्रेट और लैंडस्केप मोड के बीच डिस्प्ले घूमता है
उपर्युक्त में से कितनी क्रियाओं में एक्सेलेरोमीटर के कार्य की आवश्यकता होती है?
Detailed Explanation:
उत्तर: विकल्प 3 — सभी तीन
एक्सेलेरोमीटर एक सेंसर है जो त्वरण बलों को मापता है, जिसमें वेग में परिवर्तन, अचानक गतिविधियाँ और अभिविन्यास (झुकाव) में परिवर्तन शामिल हैं। प्रश्न में वर्णित सभी तीन क्रियाओं के लिए त्वरण परिवर्तन या अभिविन्यास परिवर्तन का पता लगाने की आवश्यकता होती है, जिससे एक्सेलेरोमीटर उनके कार्य के लिए आवश्यक हो जाता है।
✅ क्रिया 1 – कार दुर्घटना का पता लगाना: एक्सेलेरोमीटर टक्कर के दौरान तेजी से मंदन का पता लगाते हैं, जो क्रैश डिटेक्शन सिस्टम के माध्यम से तत्काल एयरबैग तैनाती को ट्रिगर करता है।
✅ क्रिया 2 – लैपटॉप मुक्त गिरावट का पता लगाना: एक्सेलेरोमीटर मुक्त गिरावट के विशिष्ट त्वरण पैटर्न (शून्य के निकट प्रतिरोध) को महसूस करते हैं, प्रभाव पर क्षति को रोकने के लिए तुरंत हार्ड ड्राइव हेड्स को पार्क कर देते हैं।
✅ क्रिया 3 – स्मार्टफोन झुकाव का पता लगाना: एक्सेलेरोमीटर गुरुत्वाकर्षण के सापेक्ष डिवाइस के अभिविन्यास की निरंतर निगरानी करते हैं, जो पोर्ट्रेट और लैंडस्केप मोड के बीच स्वचालित डिस्प्ले रोटेशन को सक्षम बनाता है।
📝 संक्षिप्त नोट्स: एक्सेलेरोमीटर अनुप्रयोग
- परिभाषा: एक्सेलेरोमीटर एक इलेक्ट्रो-मैकेनिकल उपकरण है जो त्वरण बलों को मापता है, दोनों स्थिर (गुरुत्वाकर्षण) और गतिशील (गति, कंपन, झटका)।
- कार्य सिद्धांत: यह त्वरण के अधीन होने पर स्प्रिंग्स पर एक प्रूफ मास के विस्थापन को मापकर वेग, झुकाव, घूर्णन और कंपन में परिवर्तन का पता लगाता है।
- प्रकार: MEMS (माइक्रो-इलेक्ट्रो-मैकेनिकल सिस्टम) एक्सेलेरोमीटर उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में सबसे अधिक उपयोग किए जाते हैं क्योंकि इनका आकार छोटा और ऊर्जा खपत कम होती है।
- ऑटोमोटिव सुरक्षा: एयरबैग तैनाती प्रणाली, इलेक्ट्रॉनिक स्थिरता नियंत्रण (ESC), एंटी-लॉक ब्रेकिंग सिस्टम (ABS), और रोलओवर डिटेक्शन में उपयोग किया जाता है।
- उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स: स्मार्टफोन (स्क्रीन रोटेशन, कदम गिनना, जेस्चर पहचान), लैपटॉप (हार्ड ड्राइव सुरक्षा), गेमिंग कंट्रोलर (मोशन सेंसिंग), और फिटनेस ट्रैकर।
- औद्योगिक अनुप्रयोग: मशीनरी में कंपन निगरानी, भवनों और पुलों की संरचनात्मक स्वास्थ्य निगरानी, और भूकंपीय गतिविधि का पता लगाना।
- विमानन और नेविगेशन: जड़त्वीय नेविगेशन सिस्टम, उड़ान स्थिरीकरण, और ड्रोन अभिविन्यास नियंत्रण।
खगोलीय दूरियों को प्रकाश-वर्ष में मापने का निम्नलिखित में से कौन सा एक कारण है?
Detailed Explanation:
उत्तर: विकल्प 4 — प्रकाश की गति हमेशा समान रहती है।
खगोलीय दूरियों को प्रकाश-वर्ष में मापा जाता है क्योंकि निर्वात में प्रकाश की गति एक सार्वभौमिक स्थिरांक है (लगभग 299,792 किमी/सेकंड)। यह स्थिर प्रकृति इसे अंतरिक्ष में विशाल दूरियों को मापने के लिए एक विश्वसनीय और मानकीकृत इकाई बनाती है। एक प्रकाश-वर्ष उस दूरी को दर्शाता है जो प्रकाश एक वर्ष में तय करता है, जो ब्रह्मांडीय दूरियों के लिए एक व्यावहारिक पैमाना प्रदान करता है।
❌ कथन A – गलत: तारकीय पिंडों के बीच की दूरियाँ कक्षीय गति, तारकीय विकास और आकाशगंगीय गतिविधियों के कारण बदलती रहती हैं; यह प्रकाश-वर्ष को इकाई के रूप में उपयोग करने का कारण नहीं है।
❌ कथन B – गलत: जबकि गुरुत्वाकर्षण मौलिक है, तारकीय पिंडों के गुरुत्वाकर्षण प्रभाव द्रव्यमान और दूरी परिवर्तन के साथ भिन्न होते हैं; इसका प्रकाश-वर्ष को दूरी इकाई के रूप में चुनने से कोई संबंध नहीं है।
❌ कथन C – गलत: प्रकाश हमेशा सीधी रेखा में यात्रा नहीं करता है; यह आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता सिद्धांत द्वारा पूर्वानुमानित गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग के कारण विशाल वस्तुओं के चारों ओर मुड़ जाता है।
✅ कथन D – सही: निर्वात में प्रकाश की गति लगभग 3 × 10⁸ मी/से पर स्थिर रहती है, जो इसे खगोलीय दूरियों को मापने के लिए एक आदर्श मानक बनाती है।
📝 संक्षिप्त नोट्स: खगोलीय दूरी माप
- प्रकाश-वर्ष: निर्वात में प्रकाश द्वारा एक वर्ष में तय की गई दूरी (लगभग 9.46 ट्रिलियन किलोमीटर या 5.88 ट्रिलियन मील)।
- खगोलीय इकाई (AU): पृथ्वी से सूर्य की औसत दूरी (लगभग 150 मिलियन किमी); सौर मंडल के भीतर दूरियों को मापने के लिए उपयोग की जाती है।
- पार्सेक: खगोलीय दूरियों के लिए एक अन्य इकाई, जो लगभग 3.26 प्रकाश-वर्ष के बराबर है; पेशेवर खगोलविदों द्वारा आमतौर पर उपयोग की जाती है।
- प्रकाश की गति (c): एक मौलिक भौतिक स्थिरांक जो निर्वात में 299,792,458 मीटर प्रति सेकंड के बराबर है; प्रेक्षक की गति या स्रोत की गति की परवाह किए बिना स्थिर रहती है।
- गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग: गुरुत्वाकर्षण के कारण विशाल वस्तुओं के चारों ओर प्रकाश का मुड़ना, आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता सिद्धांत द्वारा पूर्वानुमानित और आकाशगंगाओं और ब्लैक होल के चारों ओर देखा गया।
प्रेशर कुकर में, भोजन को जिस तापमान पर पकाया जाता है वह मुख्य रूप से निम्नलिखित में से किस पर निर्भर करता है?
- ढक्कन में छेद का क्षेत्रफल।
- लौ का तापमान
- ढक्कन का भार
नीचे दिए गए कूट का प्रयोग कर सही उत्तर चुनिए।
Detailed Explanation:
उत्तर: विकल्प 3 — केवल 1 और 3
प्रेशर कुकर में, खाना पकाने का तापमान आंतरिक दबाव पर निर्भर करता है, जो पानी के क्वथनांक को निर्धारित करता है। ढक्कन में छेद का क्षेत्रफल और ढक्कन का भार यह नियंत्रित करते हैं कि कुकर के अंदर कितना दबाव बनता है, जिससे खाना पकाने का तापमान नियंत्रित होता है। लौ का तापमान केवल गर्म होने की दर को प्रभावित करता है, अधिकतम तापमान को नहीं।
✅ कथन 1 – सही: ढक्कन में छेद का आकार भाप की निकासी को नियंत्रित करता है; एक बड़ा छेद अधिक भाप को बाहर निकलने देता है, जिससे आंतरिक दबाव कम होता है और खाना पकाने का तापमान कम हो जाता है।
❌ कथन 2 – गलत: लौ का तापमान केवल गर्म होने की दर को प्रभावित करता है, अंतिम खाना पकाने के तापमान को नहीं, जो कुकर के आंतरिक दबाव द्वारा निर्धारित होता है।
✅ कथन 3 – सही: ढक्कन पर भारी वजन को उठाने के लिए अधिक आंतरिक दबाव की आवश्यकता होती है, जिससे भाप केवल तभी बाहर निकलती है जब उच्च दबाव प्राप्त हो जाता है, जो क्वथनांक को बढ़ाता है और इस प्रकार खाना पकाने का तापमान बढ़ता है।
📝 संक्षिप्त नोट्स: प्रेशर कुकर तंत्र
- सिद्धांत: प्रेशर कुकर इस सिद्धांत पर काम करते हैं कि दबाव बढ़ाने से पानी का क्वथनांक 100°C से ऊपर बढ़ जाता है।
- सामान्य क्वथनांक: वायुमंडलीय दबाव (1 atm) पर, पानी 100°C पर उबलता है।
- प्रेशर कुकर में: दबाव 15 psi (लगभग 2 atm) तक पहुंच सकता है, जिससे क्वथनांक लगभग 121°C तक बढ़ जाता है।
- दबाव नियमन: वेंट पर वजन (रेगुलेटर) अधिकतम दबाव को नियंत्रित करता है और जब दबाव एक सीमा से अधिक हो जाता है तो भाप को बाहर निकलने देता है।
- वेंट छेद का आकार: वेंट छेद का क्षेत्रफल यह निर्धारित करता है कि भाप कितनी आसानी से बाहर निकल सकती है, जो दबाव निर्माण को प्रभावित करता है।
- खाना पकाने का समय: बढ़े हुए दबाव के कारण उच्च तापमान खाना पकाने के समय को महत्वपूर्ण रूप से कम कर देता है।
- लौ की भूमिका: लौ की तीव्रता प्रभावित करती है कि कुकर कितनी जल्दी संचालन दबाव तक पहुंचता है, अंतिम खाना पकाने के तापमान को नहीं।
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बॉल बेयरिंग का उपयोग साइकिलों, कारों आदि में किया जाता है, क्योंकि
Detailed Explanation:
बॉल बेयरिंग, पहिये और धुरी के बीच प्रभावी संपर्क क्षेत्र को कम करते हैं, जिससे फिसलने वाले घर्षण के स्थान पर लुढ़कने वाला घर्षण उत्पन्न होता है।
कम संपर्क क्षेत्र का अर्थ है कम घर्षण और अधिक दक्षता, क्योंकि लुढ़कने वाली गेंदों का घर्षण गुणांक एक-दूसरे के खिलाफ फिसलने वाली समतल सतहों की तुलना में बहुत कम होता है।
प्रकृति के ज्ञात बलों को चार वर्गों में विभाजित किया जा सकता है, अर्थात्, गुरुत्वाकर्षण, विद्युत चुंबकत्व, दुर्बल नाभिकीय बल और प्रबल नाभिकीय बल। इनके संदर्भ में, निम्नलिखित में से कौन सा कथन सही नहीं है?
Detailed Explanation:
❌ कथन 1 – गलत: गुरुत्वाकर्षण चारों मूलभूत बलों में सबसे दुर्बलतम है, सबसे प्रबल नहीं।
✅ कथन 2 – सही: विद्युत चुंबकत्व केवल विद्युत आवेश (धनात्मक या ऋणात्मक) वाले कणों पर कार्य करता है।
✅ कथन 3 – सही: दुर्बल नाभिकीय बल रेडियोधर्मिता और बीटा क्षय के लिए उत्तरदायी है।
✅ कथन 4 – सही: प्रबल नाभिकीय बल परमाणु नाभिक के अंदर प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को बांधे रखता है।
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