In some appropriate units, time (t) and position (x) relation…

Question
In some appropriate units, time (t) and position (x) relation of a moving particle is given by $t=x^{2}+x$ The acceleration of the particle is
Select an answer

Question & Answer (English)

In some appropriate units, time (t) and position (x) relation of a moving particle is given by $t=x^{2}+x$ The acceleration of the particle is
  1. $-\frac{2}{(x+2)^{3}}$
  2. $-\frac{2}{(2x+1)^{3}}$ — Correct Answer
  3. $+\frac{2}{(x+1)^{3}}$
  4. $+\frac{2}{2x+1}$
Explanation:
Root Concept / Basics: Kinematics using calculus. Velocity is $v = \frac{dx}{dt}$ and acceleration is $a = \frac{dv}{dt}$. We can find these by differentiating the given equation $t(x)$ implicitly with respect to time $t$ or evaluating $\frac{dt}{dx}$ first.

Correct Answer: $-\frac{2}{(2x+1)^{3}}$

Step I: Start with the given equation: $t = x^2 + x$.
Step II: Differentiate both sides with respect to time $t$: $\frac{dt}{dt} = \frac{d}{dt}(x^2 + x) \implies 1 = 2x \frac{dx}{dt} + \frac{dx}{dt}$.
Step III: Factor out velocity $v = \frac{dx}{dt}$: $1 = v(2x + 1)$. So, velocity $v = (2x + 1)^{-1}$.
Step IV: Differentiate velocity $v$ with respect to time $t$ to find acceleration $a = \frac{dv}{dt}$. Apply chain rule: $a = \frac{d}{dt} [(2x + 1)^{-1}] = -1(2x + 1)^{-2} \cdot \frac{d}{dt}(2x + 1)$.
Step V: $a = -1(2x + 1)^{-2} \cdot 2 \frac{dx}{dt} = -2(2x + 1)^{-2} \cdot v$.
Step VI: Substitute $v = (2x + 1)^{-1}$ back into the equation: $a = -2(2x + 1)^{-2} \cdot (2x + 1)^{-1} = -\frac{2}{(2x + 1)^3}$.

प्रश्न एवं उत्तर (हिंदी)

कुछ उपयुक्त इकाइयों में, एक गतिमान कण के समय (t) और स्थिति (x) संबंध को $t=x^{2}+x$ द्वारा दिया गया है। कण का त्वरण है
  1. $-\frac{2}{(x+2)^{3}}$
  2. $-\frac{2}{(2x+1)^{3}}$ — सही उत्तर
  3. $+\frac{2}{(x+1)^{3}}$
  4. $+\frac{2}{2x+1}$
स्पष्टीकरण:
मूल अवधारणा (Root Concept): कैलकुलस का उपयोग करके किनेमैटिक्स। वेग $v = \frac{dx}{dt}$ है और त्वरण $a = \frac{dv}{dt}$ है। हम दिए गए समीकरण $t(x)$ को समय $t$ के सापेक्ष अंतर्निहित रूप से अवकलित करके या पहले $\frac{dt}{dx}$ का मूल्यांकन करके इन्हें प्राप्त कर सकते हैं।

सही उत्तर: $-\frac{2}{(2x+1)^{3}}$

Step I: दिए गए समीकरण से शुरू करें: $t = x^2 + x$।
Step II: दोनों पक्षों का समय $t$ के सापेक्ष अवकलन करें: $\frac{dt}{dt} = \frac{d}{dt}(x^2 + x) \implies 1 = 2x \frac{dx}{dt} + \frac{dx}{dt}$।
Step III: वेग $v = \frac{dx}{dt}$ को अलग करें: $1 = v(2x + 1)$। इसलिए, वेग $v = (2x + 1)^{-1}$।
Step IV: त्वरण $a = \frac{dv}{dt}$ ज्ञात करने के लिए समय $t$ के सापेक्ष वेग $v$ का अवकलन करें। श्रृंखला नियम (chain rule) लागू करें: $a = \frac{d}{dt} [(2x + 1)^{-1}] = -1(2x + 1)^{-2} \cdot \frac{d}{dt}(2x + 1)$।
Step V: $a = -1(2x + 1)^{-2} \cdot 2 \frac{dx}{dt} = -2(2x + 1)^{-2} \cdot v$।
Step VI: समीकरण में $v = (2x + 1)^{-1}$ को वापस प्रतिस्थापित करें: $a = -2(2x + 1)^{-2} \cdot (2x + 1)^{-1} = -\frac{2}{(2x + 1)^3}$।

Author Avatar
Anvi Classes

Anvi classes for Current Affairs, GK, and General Studies MCQs. Prepare for UPSC, SSC, and other competitive exams with our comprehensive quizzes.