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Q u e s t i o n 1
T h e s t o p p i n g p o t e n t i a l ( V
0
) v e r s u s f r e q u e n c y ( v ) o f a g r a p h f o r
p h o t o e l e c t r i c e f f e c t i n a m e t a l . F r o m t h e g r a p h , t h e p l a n c k ' s c o n s t a n t
( h ) i s .
O p t i o n s :
A . 6 . 6 0 × 1 0
- 3 4
J - s
B . 6 . 6 9 × 1 0
- 3 4
J - s
C . 6 . 6 2 × 1 0
- 3 4
J - s
D . 6 . 6 3 × 1 0
- 3 4
J - s
A n s w e r : A
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Q u e s t i o n 2
I n a r e s o n a n c e c o l u m n f i r s t a n d s e c o n d r e s o n a n c e a r e o b t a i n e d a t
d e p t h s 2 4 c m a n d 7 8 c m t h e t h i r d r e s o n a n c e w i l l b e o b t a i n e d a t d e p t h .
O p t i o n s :
e V
0
= h ( v - v
0
) = h v - h v
0
V
0
=
h
e
v -
h
v
v
0
. . . . . . . . . . . . . . . . ( i )
F r o m E q . ( i ) , i t f o l l o w s t h a t t h e s l o p e o f t h e g r a p h i s
h
e
.
T h e r e f o r e ,
h = e × s l o p e = 1 . 6 × 1 0
- 1 9
×
1 6 5 - 0
( 8 - 4 ) × 1 0
1 5
= 1 6 × 1 0
- 1 9
×
1 6 . 5
4
× 1 0
1 5
= 6 . 6 × 1 0
- 3 4
J - s .
( ) ( )
BITSAT - Paper 2022
Solved Paper
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Q u e s t i o n 1
T h e s t o p p i n g p o t e n t i a l ( V
0
) v e r s u s f r e q u e n c y ( v ) o f a g r a p h f o r
p h o t o e l e c t r i c e f f e c t i n a m e t a l . F r o m t h e g r a p h , t h e p l a n c k ' s c o n s t a n t
( h ) i s .
O p t i o n s :
A . 6 . 6 0 × 1 0
- 3 4
J - s
B . 6 . 6 9 × 1 0
- 3 4
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C . 6 . 6 2 × 1 0
- 3 4
J - s
D . 6 . 6 3 × 1 0
- 3 4
J - s
A n s w e r : A
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Q u e s t i o n 2
I n a r e s o n a n c e c o l u m n f i r s t a n d s e c o n d r e s o n a n c e a r e o b t a i n e d a t
d e p t h s 2 4 c m a n d 7 8 c m t h e t h i r d r e s o n a n c e w i l l b e o b t a i n e d a t d e p t h .
O p t i o n s :
e V
0
= h ( v - v
0
) = h v - h v
0
V
0
=
h
e
v -
h
v
v
0
. . . . . . . . . . . . . . . . ( i )
F r o m E q . ( i ) , i t f o l l o w s t h a t t h e s l o p e o f t h e g r a p h i s
h
e
.
T h e r e f o r e ,
h = e × s l o p e = 1 . 6 × 1 0
- 1 9
×
1 6 5 - 0
( 8 - 4 ) × 1 0
1 5
= 1 6 × 1 0
- 1 9
×
1 6 . 5
4
× 1 0
1 5
= 6 . 6 × 1 0
- 3 4
J - s .
( ) ( )
BITSAT - Paper 2022
Solved Paper
A . 1 6 0 c m
B . 1 3 2 c m
C . 1 3 1 c m
D . 1 5 2 c m
A n s w e r : B
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Q u e s t i o n 3
A s u b m a r i n e A t r a v e l l i n g a t 1 7
m
s
i s b e i n g c h a s e d a l o n g t h e l i n e o f i t s
v e l o c i t y b y a n o t h e r s u b m a r i n e B t r a v e l l i n g a t 3 4
m
s
. B s e n d s a s o n a r
s i g n a l o f 6 0 0 H z t o d e t e c t A a n d r e c e i v e s a r e f l e c t e d s o u n d o f f r e q u e n c y
v . T h e o f v i s
[ S p e e d o f s o u n d i n w a t e r = 1 5 0 0 m s
- 1
]
O p t i o n s :
A . 6 1 3 . 7 H z
B . 6 1 3 7 H z
C . 6 2 H z
D . 5 3 9 H z
A n s w e r : A
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
G i v e n , f i r s t r e s o n a n c e c o l u m n a t d e o t h , l
1
= 2 4 c m
S e c o n d r e s o n a n c e c o l u m n a t d e p t h , l
2
= 7 8 c m
T h i r d r e s o n a n c e c o l u m n a t d e p t h , l
3
= ?
A s l
1
+ x =
?
4
= 2 4 . . . . . . . . . . . . . . . ( i )
l
2
+ x =
3 ?
4
= 7 8 . . . . . . . . . . . . . . . . ( i i )
l
3
+ x =
5 ?
4
. . . . . . . . . . . . . . . . ( i i i )
F r o m E q s . ( i ) a n d ( i i ) ,
x =
l
2
- 3 l
1
2
=
7 8 - 3 ( 2 4 )
2
= 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( i v )
s u b s t i t u t i n g l
1
a n d x v a l u e , w e g e t
l
3
= 5 ( 2 4 ) + 4 ( 3 )
? l
3
= 1 3 2 c m .
G i v e n , v e l o c i t y o f s u b m a r i n e A , v
A
1 7 m / s
V e l o c i t y o f S u b m a r i n e B , v
B
= 3 4 m / s
S i g n a l s e n t b y s u b m a r i n e B i s d e t e c t e d b y s u b m a r i n e A c a n b e s h o w n a s
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Q u e s t i o n 1
T h e s t o p p i n g p o t e n t i a l ( V
0
) v e r s u s f r e q u e n c y ( v ) o f a g r a p h f o r
p h o t o e l e c t r i c e f f e c t i n a m e t a l . F r o m t h e g r a p h , t h e p l a n c k ' s c o n s t a n t
( h ) i s .
O p t i o n s :
A . 6 . 6 0 × 1 0
- 3 4
J - s
B . 6 . 6 9 × 1 0
- 3 4
J - s
C . 6 . 6 2 × 1 0
- 3 4
J - s
D . 6 . 6 3 × 1 0
- 3 4
J - s
A n s w e r : A
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Q u e s t i o n 2
I n a r e s o n a n c e c o l u m n f i r s t a n d s e c o n d r e s o n a n c e a r e o b t a i n e d a t
d e p t h s 2 4 c m a n d 7 8 c m t h e t h i r d r e s o n a n c e w i l l b e o b t a i n e d a t d e p t h .
O p t i o n s :
e V
0
= h ( v - v
0
) = h v - h v
0
V
0
=
h
e
v -
h
v
v
0
. . . . . . . . . . . . . . . . ( i )
F r o m E q . ( i ) , i t f o l l o w s t h a t t h e s l o p e o f t h e g r a p h i s
h
e
.
T h e r e f o r e ,
h = e × s l o p e = 1 . 6 × 1 0
- 1 9
×
1 6 5 - 0
( 8 - 4 ) × 1 0
1 5
= 1 6 × 1 0
- 1 9
×
1 6 . 5
4
× 1 0
1 5
= 6 . 6 × 1 0
- 3 4
J - s .
( ) ( )
BITSAT - Paper 2022
Solved Paper
A . 1 6 0 c m
B . 1 3 2 c m
C . 1 3 1 c m
D . 1 5 2 c m
A n s w e r : B
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Q u e s t i o n 3
A s u b m a r i n e A t r a v e l l i n g a t 1 7
m
s
i s b e i n g c h a s e d a l o n g t h e l i n e o f i t s
v e l o c i t y b y a n o t h e r s u b m a r i n e B t r a v e l l i n g a t 3 4
m
s
. B s e n d s a s o n a r
s i g n a l o f 6 0 0 H z t o d e t e c t A a n d r e c e i v e s a r e f l e c t e d s o u n d o f f r e q u e n c y
v . T h e o f v i s
[ S p e e d o f s o u n d i n w a t e r = 1 5 0 0 m s
- 1
]
O p t i o n s :
A . 6 1 3 . 7 H z
B . 6 1 3 7 H z
C . 6 2 H z
D . 5 3 9 H z
A n s w e r : A
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
G i v e n , f i r s t r e s o n a n c e c o l u m n a t d e o t h , l
1
= 2 4 c m
S e c o n d r e s o n a n c e c o l u m n a t d e p t h , l
2
= 7 8 c m
T h i r d r e s o n a n c e c o l u m n a t d e p t h , l
3
= ?
A s l
1
+ x =
?
4
= 2 4 . . . . . . . . . . . . . . . ( i )
l
2
+ x =
3 ?
4
= 7 8 . . . . . . . . . . . . . . . . ( i i )
l
3
+ x =
5 ?
4
. . . . . . . . . . . . . . . . ( i i i )
F r o m E q s . ( i ) a n d ( i i ) ,
x =
l
2
- 3 l
1
2
=
7 8 - 3 ( 2 4 )
2
= 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( i v )
s u b s t i t u t i n g l
1
a n d x v a l u e , w e g e t
l
3
= 5 ( 2 4 ) + 4 ( 3 )
? l
3
= 1 3 2 c m .
G i v e n , v e l o c i t y o f s u b m a r i n e A , v
A
1 7 m / s
V e l o c i t y o f S u b m a r i n e B , v
B
= 3 4 m / s
S i g n a l s e n t b y s u b m a r i n e B i s d e t e c t e d b y s u b m a r i n e A c a n b e s h o w n a s
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Q u e s t i o n 4
T r a n s v e r s e w a v e s o f t h e s a m e f r e q u e n c y a r e g e n e r a t e d i n t w o s t e e l w i r e s
A a n d B . T h e d i a m e t e r o f A i s t w i c e t h a t o f B a n d t h e t e n s i o n i n A i s h a l f
t h a t i n B . T h e r a t i o o f t h e v e l o c i t i e s o f t h e w a v e s i n A a n d B i s
O p t i o n s :
A . 1 : 2
B . 1 : v 2
C . 1 : 2 v 2
D . 3 : 2 v 2
A n s w e r : C
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
F r e q u e n c y o f t h e s i g n a l , f
0
= 6 0 0 H z
s p e e d o f s o u n d i n w a t e r v
s
= 1 5 0 0 m s
- 1
F r e q u e n c y r e c e i v e d b y s u b m a r i n e A i s
f
1
=
v
S
- v
A
v
S
- v
B
f
0
=
1 5 0 0 - 1 7
1 5 0 0 - 3 4
× 6 0 0 h z
f
1
=
1 4 8 3
1 4 6 6
× 6 0 0 . . . . . . . . . . . . ( i )
F r e q u e n c y r e c e i v e d b y s u b m a r i n e i s
f
2
=
v
S
+ v
B
v
s v A
f
1
S u b s t i t u t i n g g i v e n v a l u e s a n d f
1
v a l u e f r o m E q . ( i ) , w e g e t
f
2
=
1 5 0 0 + 3 4
1 5 0 0 + 1 7
×
1 4 8 3
1 4 6 6
× 6 0 0
f
2
= 1 . 0 1 1 2 × 1 . 0 1 1 5 × 6 0 0
f
2
= 6 1 3 . 7 H z .
( )
[ ]
( )
( ) [ ]
T h e v e l o c i t y i f t r a n s v e r s e w a v e s i s g i v e n b y
v =
T
m
w h e r e , T = T e n s i o n a n d m = m a s s p e r u n i t
l e n g t h o f t h e w i r e . I f r i s t h e r a d i u s i f t h e w i r e a n d ? i t s d e n s i t y t h e n ,
m = p r
2
?
? v =
T
m
=
T
p r
2
?
? v
A
=
v T
A
r
A
v p ?
a n d v
B
=
v T
B
r
B
v p ?
N o w ,
v
a
v
B
=
T
A
T
B
.
r
B
r
A
v
v
v
v
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Q u e s t i o n 1
T h e s t o p p i n g p o t e n t i a l ( V
0
) v e r s u s f r e q u e n c y ( v ) o f a g r a p h f o r
p h o t o e l e c t r i c e f f e c t i n a m e t a l . F r o m t h e g r a p h , t h e p l a n c k ' s c o n s t a n t
( h ) i s .
O p t i o n s :
A . 6 . 6 0 × 1 0
- 3 4
J - s
B . 6 . 6 9 × 1 0
- 3 4
J - s
C . 6 . 6 2 × 1 0
- 3 4
J - s
D . 6 . 6 3 × 1 0
- 3 4
J - s
A n s w e r : A
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Q u e s t i o n 2
I n a r e s o n a n c e c o l u m n f i r s t a n d s e c o n d r e s o n a n c e a r e o b t a i n e d a t
d e p t h s 2 4 c m a n d 7 8 c m t h e t h i r d r e s o n a n c e w i l l b e o b t a i n e d a t d e p t h .
O p t i o n s :
e V
0
= h ( v - v
0
) = h v - h v
0
V
0
=
h
e
v -
h
v
v
0
. . . . . . . . . . . . . . . . ( i )
F r o m E q . ( i ) , i t f o l l o w s t h a t t h e s l o p e o f t h e g r a p h i s
h
e
.
T h e r e f o r e ,
h = e × s l o p e = 1 . 6 × 1 0
- 1 9
×
1 6 5 - 0
( 8 - 4 ) × 1 0
1 5
= 1 6 × 1 0
- 1 9
×
1 6 . 5
4
× 1 0
1 5
= 6 . 6 × 1 0
- 3 4
J - s .
( ) ( )
BITSAT - Paper 2022
Solved Paper
A . 1 6 0 c m
B . 1 3 2 c m
C . 1 3 1 c m
D . 1 5 2 c m
A n s w e r : B
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Q u e s t i o n 3
A s u b m a r i n e A t r a v e l l i n g a t 1 7
m
s
i s b e i n g c h a s e d a l o n g t h e l i n e o f i t s
v e l o c i t y b y a n o t h e r s u b m a r i n e B t r a v e l l i n g a t 3 4
m
s
. B s e n d s a s o n a r
s i g n a l o f 6 0 0 H z t o d e t e c t A a n d r e c e i v e s a r e f l e c t e d s o u n d o f f r e q u e n c y
v . T h e o f v i s
[ S p e e d o f s o u n d i n w a t e r = 1 5 0 0 m s
- 1
]
O p t i o n s :
A . 6 1 3 . 7 H z
B . 6 1 3 7 H z
C . 6 2 H z
D . 5 3 9 H z
A n s w e r : A
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
G i v e n , f i r s t r e s o n a n c e c o l u m n a t d e o t h , l
1
= 2 4 c m
S e c o n d r e s o n a n c e c o l u m n a t d e p t h , l
2
= 7 8 c m
T h i r d r e s o n a n c e c o l u m n a t d e p t h , l
3
= ?
A s l
1
+ x =
?
4
= 2 4 . . . . . . . . . . . . . . . ( i )
l
2
+ x =
3 ?
4
= 7 8 . . . . . . . . . . . . . . . . ( i i )
l
3
+ x =
5 ?
4
. . . . . . . . . . . . . . . . ( i i i )
F r o m E q s . ( i ) a n d ( i i ) ,
x =
l
2
- 3 l
1
2
=
7 8 - 3 ( 2 4 )
2
= 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( i v )
s u b s t i t u t i n g l
1
a n d x v a l u e , w e g e t
l
3
= 5 ( 2 4 ) + 4 ( 3 )
? l
3
= 1 3 2 c m .
G i v e n , v e l o c i t y o f s u b m a r i n e A , v
A
1 7 m / s
V e l o c i t y o f S u b m a r i n e B , v
B
= 3 4 m / s
S i g n a l s e n t b y s u b m a r i n e B i s d e t e c t e d b y s u b m a r i n e A c a n b e s h o w n a s
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Q u e s t i o n 4
T r a n s v e r s e w a v e s o f t h e s a m e f r e q u e n c y a r e g e n e r a t e d i n t w o s t e e l w i r e s
A a n d B . T h e d i a m e t e r o f A i s t w i c e t h a t o f B a n d t h e t e n s i o n i n A i s h a l f
t h a t i n B . T h e r a t i o o f t h e v e l o c i t i e s o f t h e w a v e s i n A a n d B i s
O p t i o n s :
A . 1 : 2
B . 1 : v 2
C . 1 : 2 v 2
D . 3 : 2 v 2
A n s w e r : C
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
F r e q u e n c y o f t h e s i g n a l , f
0
= 6 0 0 H z
s p e e d o f s o u n d i n w a t e r v
s
= 1 5 0 0 m s
- 1
F r e q u e n c y r e c e i v e d b y s u b m a r i n e A i s
f
1
=
v
S
- v
A
v
S
- v
B
f
0
=
1 5 0 0 - 1 7
1 5 0 0 - 3 4
× 6 0 0 h z
f
1
=
1 4 8 3
1 4 6 6
× 6 0 0 . . . . . . . . . . . . ( i )
F r e q u e n c y r e c e i v e d b y s u b m a r i n e i s
f
2
=
v
S
+ v
B
v
s v A
f
1
S u b s t i t u t i n g g i v e n v a l u e s a n d f
1
v a l u e f r o m E q . ( i ) , w e g e t
f
2
=
1 5 0 0 + 3 4
1 5 0 0 + 1 7
×
1 4 8 3
1 4 6 6
× 6 0 0
f
2
= 1 . 0 1 1 2 × 1 . 0 1 1 5 × 6 0 0
f
2
= 6 1 3 . 7 H z .
( )
[ ]
( )
( ) [ ]
T h e v e l o c i t y i f t r a n s v e r s e w a v e s i s g i v e n b y
v =
T
m
w h e r e , T = T e n s i o n a n d m = m a s s p e r u n i t
l e n g t h o f t h e w i r e . I f r i s t h e r a d i u s i f t h e w i r e a n d ? i t s d e n s i t y t h e n ,
m = p r
2
?
? v =
T
m
=
T
p r
2
?
? v
A
=
v T
A
r
A
v p ?
a n d v
B
=
v T
B
r
B
v p ?
N o w ,
v
a
v
B
=
T
A
T
B
.
r
B
r
A
v
v
v
v
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Q u e s t i o n 5
I n t h e d i a g r a m s h o w n b e l o w , b o t h t h e s t r i n g s A B a n d C D a r e m a d e o f
s a m e m a t e r i a l a n d h a v e s a m e c r o s s - s e c t i o n . T h e p u l l e y s a r e l i g h t a n d
f i c t i o n l e s s . I f t h e s p e e d o f w a v e i n s t r i n g A B i s v
1
a n d i n C D i s v
2
, t h e n
v
1
v
2
i s
O p t i o n s :
A . 1
B . v 2
C . 2
D .
1
v 2
A n s w e r : D
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Q u e s t i o n 6
W h a t w i l l b e t h e a c c e l e r a t i o n d u e t o g r a v i t y a t a d e p t h d , w h e r e g i s
? r
A
= 2 r
B
a n d T
A
=
1
2
T
B
H e n c e ,
v
A
v
B
=
1
2 v 2
L e t t h e s p e e d o f w a v e i n s t r i n g b e v a n d t e n s i o n i n s t r i n g b e T .
v ? v T
v
A B
v
C D
=
v T
2 T
=
1
v 2
Page 5
Q u e s t i o n 1
T h e s t o p p i n g p o t e n t i a l ( V
0
) v e r s u s f r e q u e n c y ( v ) o f a g r a p h f o r
p h o t o e l e c t r i c e f f e c t i n a m e t a l . F r o m t h e g r a p h , t h e p l a n c k ' s c o n s t a n t
( h ) i s .
O p t i o n s :
A . 6 . 6 0 × 1 0
- 3 4
J - s
B . 6 . 6 9 × 1 0
- 3 4
J - s
C . 6 . 6 2 × 1 0
- 3 4
J - s
D . 6 . 6 3 × 1 0
- 3 4
J - s
A n s w e r : A
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Q u e s t i o n 2
I n a r e s o n a n c e c o l u m n f i r s t a n d s e c o n d r e s o n a n c e a r e o b t a i n e d a t
d e p t h s 2 4 c m a n d 7 8 c m t h e t h i r d r e s o n a n c e w i l l b e o b t a i n e d a t d e p t h .
O p t i o n s :
e V
0
= h ( v - v
0
) = h v - h v
0
V
0
=
h
e
v -
h
v
v
0
. . . . . . . . . . . . . . . . ( i )
F r o m E q . ( i ) , i t f o l l o w s t h a t t h e s l o p e o f t h e g r a p h i s
h
e
.
T h e r e f o r e ,
h = e × s l o p e = 1 . 6 × 1 0
- 1 9
×
1 6 5 - 0
( 8 - 4 ) × 1 0
1 5
= 1 6 × 1 0
- 1 9
×
1 6 . 5
4
× 1 0
1 5
= 6 . 6 × 1 0
- 3 4
J - s .
( ) ( )
BITSAT - Paper 2022
Solved Paper
A . 1 6 0 c m
B . 1 3 2 c m
C . 1 3 1 c m
D . 1 5 2 c m
A n s w e r : B
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Q u e s t i o n 3
A s u b m a r i n e A t r a v e l l i n g a t 1 7
m
s
i s b e i n g c h a s e d a l o n g t h e l i n e o f i t s
v e l o c i t y b y a n o t h e r s u b m a r i n e B t r a v e l l i n g a t 3 4
m
s
. B s e n d s a s o n a r
s i g n a l o f 6 0 0 H z t o d e t e c t A a n d r e c e i v e s a r e f l e c t e d s o u n d o f f r e q u e n c y
v . T h e o f v i s
[ S p e e d o f s o u n d i n w a t e r = 1 5 0 0 m s
- 1
]
O p t i o n s :
A . 6 1 3 . 7 H z
B . 6 1 3 7 H z
C . 6 2 H z
D . 5 3 9 H z
A n s w e r : A
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
G i v e n , f i r s t r e s o n a n c e c o l u m n a t d e o t h , l
1
= 2 4 c m
S e c o n d r e s o n a n c e c o l u m n a t d e p t h , l
2
= 7 8 c m
T h i r d r e s o n a n c e c o l u m n a t d e p t h , l
3
= ?
A s l
1
+ x =
?
4
= 2 4 . . . . . . . . . . . . . . . ( i )
l
2
+ x =
3 ?
4
= 7 8 . . . . . . . . . . . . . . . . ( i i )
l
3
+ x =
5 ?
4
. . . . . . . . . . . . . . . . ( i i i )
F r o m E q s . ( i ) a n d ( i i ) ,
x =
l
2
- 3 l
1
2
=
7 8 - 3 ( 2 4 )
2
= 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( i v )
s u b s t i t u t i n g l
1
a n d x v a l u e , w e g e t
l
3
= 5 ( 2 4 ) + 4 ( 3 )
? l
3
= 1 3 2 c m .
G i v e n , v e l o c i t y o f s u b m a r i n e A , v
A
1 7 m / s
V e l o c i t y o f S u b m a r i n e B , v
B
= 3 4 m / s
S i g n a l s e n t b y s u b m a r i n e B i s d e t e c t e d b y s u b m a r i n e A c a n b e s h o w n a s
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Q u e s t i o n 4
T r a n s v e r s e w a v e s o f t h e s a m e f r e q u e n c y a r e g e n e r a t e d i n t w o s t e e l w i r e s
A a n d B . T h e d i a m e t e r o f A i s t w i c e t h a t o f B a n d t h e t e n s i o n i n A i s h a l f
t h a t i n B . T h e r a t i o o f t h e v e l o c i t i e s o f t h e w a v e s i n A a n d B i s
O p t i o n s :
A . 1 : 2
B . 1 : v 2
C . 1 : 2 v 2
D . 3 : 2 v 2
A n s w e r : C
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
F r e q u e n c y o f t h e s i g n a l , f
0
= 6 0 0 H z
s p e e d o f s o u n d i n w a t e r v
s
= 1 5 0 0 m s
- 1
F r e q u e n c y r e c e i v e d b y s u b m a r i n e A i s
f
1
=
v
S
- v
A
v
S
- v
B
f
0
=
1 5 0 0 - 1 7
1 5 0 0 - 3 4
× 6 0 0 h z
f
1
=
1 4 8 3
1 4 6 6
× 6 0 0 . . . . . . . . . . . . ( i )
F r e q u e n c y r e c e i v e d b y s u b m a r i n e i s
f
2
=
v
S
+ v
B
v
s v A
f
1
S u b s t i t u t i n g g i v e n v a l u e s a n d f
1
v a l u e f r o m E q . ( i ) , w e g e t
f
2
=
1 5 0 0 + 3 4
1 5 0 0 + 1 7
×
1 4 8 3
1 4 6 6
× 6 0 0
f
2
= 1 . 0 1 1 2 × 1 . 0 1 1 5 × 6 0 0
f
2
= 6 1 3 . 7 H z .
( )
[ ]
( )
( ) [ ]
T h e v e l o c i t y i f t r a n s v e r s e w a v e s i s g i v e n b y
v =
T
m
w h e r e , T = T e n s i o n a n d m = m a s s p e r u n i t
l e n g t h o f t h e w i r e . I f r i s t h e r a d i u s i f t h e w i r e a n d ? i t s d e n s i t y t h e n ,
m = p r
2
?
? v =
T
m
=
T
p r
2
?
? v
A
=
v T
A
r
A
v p ?
a n d v
B
=
v T
B
r
B
v p ?
N o w ,
v
a
v
B
=
T
A
T
B
.
r
B
r
A
v
v
v
v
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Q u e s t i o n 5
I n t h e d i a g r a m s h o w n b e l o w , b o t h t h e s t r i n g s A B a n d C D a r e m a d e o f
s a m e m a t e r i a l a n d h a v e s a m e c r o s s - s e c t i o n . T h e p u l l e y s a r e l i g h t a n d
f i c t i o n l e s s . I f t h e s p e e d o f w a v e i n s t r i n g A B i s v
1
a n d i n C D i s v
2
, t h e n
v
1
v
2
i s
O p t i o n s :
A . 1
B . v 2
C . 2
D .
1
v 2
A n s w e r : D
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Q u e s t i o n 6
W h a t w i l l b e t h e a c c e l e r a t i o n d u e t o g r a v i t y a t a d e p t h d , w h e r e g i s
? r
A
= 2 r
B
a n d T
A
=
1
2
T
B
H e n c e ,
v
A
v
B
=
1
2 v 2
L e t t h e s p e e d o f w a v e i n s t r i n g b e v a n d t e n s i o n i n s t r i n g b e T .
v ? v T
v
A B
v
C D
=
v T
2 T
=
1
v 2
a c c e l e r a t i o n d u e t o g r a v i t y o n t h e s u r f a c e o f e a r t h ?
O p t i o n s :
A .
g
1 +
d
R
2
B . g 1 -
2 d
R
C .
g
1 -
d
R
2
D . g 1 -
d
R
A n s w e r : D
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Q u e s t i o n 7
A d i r e c t c u r r e n t o f 6 A i s s u p e r i m p o s e d o n a n a l t e r n a t i n g c u r r e n t
I = 1 0 s i n ? t f l o w i n g t h r o u g h a w i r e . T h e e f f e c t i v e v a l u e o f t h e r e s u l t i n g
c u r r e n t w i l l b e
O p t i o n s :
A . 5 v 2
B . 5 v 3
C . 9 . 2 7
D . 8 . 3 7
A n s w e r : C
S o l u t i o n :
S o l u t i o n :
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
A c c e l e r a t i o n d u e t o g r a v i t y a t t h e s u r f a c e o f e a r t h ,
g = G
M
R
2
=
4
3
p ? G R . . . . . . . . . . . . . . . . . ( i )
? M =
4
3
p R
3 .
?
W h e r e , ? = d e n s i t y o f e a r t h .
A c c e l e r a t i o n d u e t o g r a v i t y a t d e p t h d f r o m t h e s u r f a c e o f e a r t h ,
g ' =
4
3
p ? G ( R - d ) . . . . . . . . . . . ( i i )
F r o m E q s . ( i ) a n d ( i i ) , w e g e t
g ' = g 1 -
d
R
[ ]
[ ]
G i v e n , I = 6 + 1 0 s i n ? t
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