Question Number 14677 by tawa tawa last updated on 03/Jun/17
$$\mathrm{A}\:\mathrm{stone}\:\mathrm{of}\:\mathrm{mass}\:\mathrm{100g}\:\mathrm{is}\:\mathrm{tied}\:\mathrm{to}\:\mathrm{the}\:\mathrm{end}\:\mathrm{of}\:\mathrm{a}\:\mathrm{string}\:\mathrm{of}\:\mathrm{50}\:\mathrm{cm}\:\mathrm{long}\:.\:\mathrm{The}\:\mathrm{stone}\:\mathrm{is} \\ $$$$\mathrm{whirled}\:\mathrm{as}\:\mathrm{a}\:\mathrm{conical}\:\mathrm{pendulum}\:\mathrm{so}\:\mathrm{that}\:\mathrm{it}\:\mathrm{rotates}\:\mathrm{in}\:\mathrm{horizontal}\:\mathrm{circle}\:\mathrm{radius} \\ $$$$\mathrm{30}\:\mathrm{cm}.\:\mathrm{Determine}\:\mathrm{the}\:\mathrm{angular}\:\mathrm{speed}\:\mathrm{and}\:\mathrm{the}\:\mathrm{tension}\:\mathrm{in}\:\mathrm{the}\:\mathrm{string}. \\ $$
Answered by ajfour last updated on 03/Jun/17
$$\:\:{height}\:{of}\:{cone}\:{generated} \\ $$$${is}\:\boldsymbol{{h}}=\sqrt{\boldsymbol{{l}}^{\mathrm{2}} −\boldsymbol{{r}}^{\mathrm{2}} }\:=\sqrt{\left(\mathrm{50}\right)^{\mathrm{2}} −\left(\mathrm{30}\right)^{\mathrm{2}} }\:{cm} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:=\:\mathrm{40}{cm} \\ $$$$\:\:\:\mathrm{tan}\:\theta=\frac{{r}}{{h}}=\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\:\:;\:\:\:\mathrm{sin}\:\theta\:=\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{5}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:{T}\mathrm{sin}\:\theta={m}\omega^{\mathrm{2}} {r} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:{T}\mathrm{sin}\:\theta={mg} \\ $$$$\Rightarrow\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{tan}\:\theta=\frac{\omega^{\mathrm{2}} {r}}{{g}} \\ $$$${or}\:\:\:\:\:\:\omega\:=\:\sqrt{\frac{{g}\mathrm{tan}\:\theta}{{r}}}\:\:=\sqrt{\frac{\mathrm{10}×\mathrm{3}}{\mathrm{4}\left(\mathrm{0}.\mathrm{30}\right)}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\:\mathrm{5}{rad}/{s} \\ $$$$\:\:\:{T}=\frac{{mg}}{\mathrm{sin}\:\theta}=\frac{\mathrm{0}.\mathrm{1}×\mathrm{10}}{\left(\mathrm{3}/\mathrm{5}\right)}\:=\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}}{N}=\mathrm{1}.\mathrm{67}{N}. \\ $$
Commented by ajfour last updated on 03/Jun/17
Commented by tawa tawa last updated on 03/Jun/17
$$\mathrm{I}\:\mathrm{really}\:\mathrm{appreciate}\:\mathrm{your}\:\mathrm{effort}\:\mathrm{sir}.\:\mathrm{God}\:\mathrm{bless}\:\mathrm{you}\:\mathrm{sir}. \\ $$