Soil-Water-Plant Relationships Practice Questions (Q11-15) - Water Science and Technology

ICAR PG Water Science And Technology 09 Jul 2023Shift 1

MCQ (Single Correct) +4 −1

Which of the following equation expresses the velocity of settling particles as described by Stokes law ?

1. v = 2gr^2(Dp - Dl)/9η

2. v = 2gr(Dp - Dl)/9η

3. v = 2gr^2(Dl - Dp)/9η

4. v = gr(Dl - Dp)/4.5η

Choose the correct answer from the options given below :

निम्नलिखित में से कौन सा समीकरण स्टोक्स के नियम (Stokes' law) द्वारा वर्णित अवसादन कणों के वेग को व्यक्त करता है?

1. v = 2gr^2(Dp - Dl)/9η

2. v = 2gr(Dp - Dl)/9η

3. v = 2gr^2(Dl - Dp)/9η

4. v = gr(Dl - Dp)/4.5η

नीचे दिए गए विकल्पों में से सही उत्तर चुनिए :

$v = \frac{2gr^2(D_p - D_l)}{9\eta}$ $v = \frac{2gr^2(D_p - D_l)}{9\eta}$ $v = \frac{2gr(D_p - D_l)}{9\eta}$ $v = \frac{2gr(D_p - D_l)}{9\eta}$ $v = \frac{2gr^2(D_l - D_p)}{9\eta}$ $v = \frac{2gr^2(D_l - D_p)}{9\eta}$ $v = \frac{gr(D_l - D_p)}{4.5\eta}$ $v = \frac{gr(D_l - D_p)}{4.5\eta}$

Derivation and Formulation of Stokes' Law in Particle Size Analysis:

Balance of Forces: For a spherical particle of radius $r$ falling in a viscous fluid under gravity, terminal settling velocity ($v$) is attained when submerged net buoyant force equals hydrodynamic drag force ($F_d = 6\pi \eta r v$):
$$\frac{4}{3}\pi r^3 (D_p - D_l) g = 6\pi \eta r v$$
Solving for Velocity ($v$):
$$v = \frac{4\pi r^3 (D_p - D_l) g}{3 \times 6\pi \eta r} = \frac{2 g r^2 (D_p - D_l)}{9\eta}$$
where:
$g$ = acceleration due to gravity
$r$ = particle radius
$D_p$ = particle density (usually $2.65\text{ g/cm}^3$ for quartz)
$D_l$ = liquid density ($1.0\text{ g/cm}^3$ for water)
$\eta$ = dynamic viscosity of the suspension fluid.

Therefore, the correct Stokes' equation is $v = \frac{2gr^2(D_p - D_l)}{9\eta}$ (Option 1).

मृदा कण आमाप विश्लेषण में स्टोक्स का नियम (Stokes' Law):

बलों का संतुलन: किसी श्यान द्रव में गुरुत्वाकर्षण के अधीन गिरते हुए गोलाकार कण पर प्रभावी गुरुत्वीय बल और श्यान घर्षण बल ($6\pi \eta r v$) के संतुलन से:
$$\frac{4}{3}\pi r^3 (D_p - D_l) g = 6\pi \eta r v$$
वेग ($v$) का सूत्र:
$$v = \frac{2 g r^2 (D_p - D_l)}{9\eta}$$
यहाँ:
$r$ = कण की त्रिज्या
$D_p$ = कण का घनत्व
$D_l$ = तरल (जल) का घनत्व
$\eta$ = द्रव की श्यानता गुणांक (Dynamic viscosity)

अतः स्टोक्स नियम का सही समीकरण विकल्प 1 है।

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ICAR PG Water Science And Technology 09 Jul 2023Shift 1

MCQ (Single Correct) +4 −1

Soil primary particles sand, silt and clay are arranged to form which of the following :

1. Pedon

2. Ped

3. Clod

4. Micromorphology

Choose the correct answer from the options given below :

मिट्टी के प्राथमिक कण बालू, गाद और चिकनी मिट्टी (Sand, silt and clay) व्यवस्थित होकर निम्नलिखित में से क्या बनाते हैं?

1. पेडॉन (Pedon)

2. पेड (Ped)

3. ढेला (Clod)

4. सूक्ष्म आकारिकी (Micromorphology)

नीचे दिए गए विकल्पों में से सही उत्तर चुनिए :

Pedon पेडॉन Ped पेड Clod ढेला Micromorphology सूक्ष्म आकारिकी

Terminology of Soil Structural Aggregates:

Definition of Ped: A ped is a unit of soil structure formed by natural processes of aggregation of primary soil particles (sand, silt, and clay) bound together by organic matter, clay bridges, and polyvalent cations.
Distinct Concepts:
Clod: An artificial, cohesive mass of soil formed by human tillage or mechanical disturbance (such as plowing wet soil).
Pedon: The smallest three-dimensional sampling unit of a soil body exhibiting all its horizons (typically $1 - 10\text{ m}^2$ area).
Micromorphology: Microscopic investigation of undisturbed soil fabric and optical features.

Therefore, primary particles aggregate naturally to form a ped (Option 2).

मृदा संरचनात्मक इकाइयों की शब्दावली:

पेड (Ped): प्राथमिक मृदा कणों (रेत, गाद एवं क्ले) के प्राकृतिक जुड़ाव एवं समूहन (Aggregation) से बनने वाली प्राकृतिक संरचनात्मक इकाई को 'पेड' (Ped) कहा जाता है।
अन्य अवधारणाएं:
ढेला (Clod): जुताई या कृत्रिम यांत्रिक हस्तक्षेप द्वारा बनने वाला अप्राकृतिक पिंड।
पेडॉन (Pedon): मृदा का सबसे छोटा त्रि-आयामी नमूना खंड (Three-dimensional unit)।
सूक्ष्म आकारिकी: सूक्ष्मदर्शी द्वारा मृदा संरचना का अध्ययन।

अतः रेत, गाद और क्ले व्यवस्थित होकर पेड (Ped) बनाते हैं (विकल्प 2)।

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ICAR PG Water Science And Technology 09 Jul 2023Shift 1

MCQ (Single Correct) +4 −1

Which one of the followings is not true about soil consistency ?

1. It is the resistance of soil to deformation or rupture

2. It depends upon the cohesive and adhesive properties of soil

3. It deals with the strength and nature of forces between sand, silt and clay particles

4. It does not indicate the workability of soil

Choose the correct answer from the options given below :

मृदा सघनता / सुघट्यता (Soil consistency) के संबंध में निम्नलिखित में से कौन सा सत्य नहीं है?

1. यह विरूपण या टूटने के प्रति मिट्टी का प्रतिरोध है।

2. यह मिट्टी के संसंजक (Cohesive) और आसंजक (Adhesive) गुणों पर निर्भर करता है।

3. यह रेत, गाद और चिकनी मिट्टी के कणों के बीच के बलों की शक्ति और प्रकृति से संबंधित है।

4. यह मिट्टी की जुताई क्षमता / सुकार्यता (Workability) को नहीं दर्शाता है।

नीचे दिए गए विकल्पों में से सही उत्तर चुनिए :

It is the resistance of soil to deformation or rupture यह विरूपण या टूटने के प्रति मिट्टी का प्रतिरोध है। It depends upon the cohesive and adhesive properties of soil यह मिट्टी के संसंजक और आसंजक गुणों पर निर्भर करता है। It deals with the strength and nature of forces between sand, silt and clay particles यह रेत, गाद और क्ले के कणों के बीच के बलों की शक्ति और प्रकृति से संबंधित है। It does not indicate the workability of soil यह मिट्टी की जुताई क्षमता को नहीं दर्शाता है।

Physical Nature and Practical Importance of Soil Consistency:

Valid Characteristics: Soil consistency describes the manifestation of physical forces of cohesion and adhesion within the soil at various moisture contents, reflected by its resistance to deformation, rupture, or flow under applied mechanical stresses.
Statement 4 is completely false: Soil consistency is the PRIMARY index used by agronomists and agricultural engineers to evaluate soil workability, optimum moisture range for tillage (friable consistency), trafficability, and susceptibility to compaction. Stating that it does not indicate workability contradicts its principal practical application.

Therefore, Statement 4 is not true (Option 4).

मृदा सुघट्यता (Soil consistency) का विश्लेषण:

सत्य लक्षण: मृदा सघनता मिट्टी के संसंजक (Cohesion) और आसंजक (Adhesion) बलों का प्रकटीकरण है, जो विरूपण या टूटने के प्रति प्रतिरोध को दर्शाती है।
कथन 4 असत्य है: मृदा सुघट्यता सीधे तौर पर मिट्टी की जुताई क्षमता (Workability) और जुताई के लिए अनुकूल नमी सीमा (Friable consistency) का निर्धारण करती है। यह कहना कि 'यह जुताई क्षमता को नहीं दर्शाता' पूरी तरह गलत है।

अतः कथन 4 सत्य नहीं है (विकल्प 4)।

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ICAR PG Water Science And Technology 09 Jul 2023Shift 1

MCQ (Single Correct) +4 −1

If the soil in a core of diameter 4 cm, height 7 cm, weighs 170 g after drying and the weight of core without soil is 50 g, then the bulk density of the soil is :

1. 0.60 Mg m-3

2. 1.15 Mg m-3

3. 1.36 Mg m-3

4. 1.85 Mg m-3

Choose the correct answer from the options given below :

यदि 4 सेमी व्यास और 7 सेमी ऊंचाई वाले कोर में मिट्टी सुखाने के बाद 170 ग्राम वजन की है तथा बिना मिट्टी के कोर का वजन 50 ग्राम है, तो मिट्टी का स्थूल घनत्व (Bulk density) क्या होगा?

1. 0.60 Mg m-3

2. 1.15 Mg m-3

3. 1.36 Mg m-3

4. 1.85 Mg m-3

नीचे दिए गए विकल्पों में से सही उत्तर चुनिए :

$0.60\text{ Mg m}^{-3}$ $0.60\text{ Mg m}^{-3}$ $1.15\text{ Mg m}^{-3}$ $1.15\text{ Mg m}^{-3}$ $1.36\text{ Mg m}^{-3}$ $1.36\text{ Mg m}^{-3}$ $1.85\text{ Mg m}^{-3}$ $1.85\text{ Mg m}^{-3}$

Determination of Soil Bulk Density:

Formula: Bulk density ($\rho_b$) is the mass of oven-dry soil ($M_s$) divided by total core cylinder volume ($V$):
$$\rho_b = \frac{M_s}{V} = \frac{M_{\text{core+soil}} - M_{\text{core}}}{\pi r^2 h}$$
Given Parameters:
Core diameter $d = 4\text{ cm} \implies$ radius $r = 2\text{ cm}$
Core height $h = 7\text{ cm}$
Weight of core + dry soil = $170\text{ g}$
Weight of empty core = $50\text{ g}$
Computation:
Mass of dry soil $M_s = 170 - 50 = 120\text{ g}$
Core volume $V = \pi \times (2)^2 \times 7 = \frac{22}{7} \times 4 \times 7 = 88\text{ cm}^3$
Bulk density $\rho_b = \frac{120}{88} \approx 1.3636\text{ g/cm}^3$
Since $1\text{ g/cm}^3 = 1\text{ Mg m}^{-3}$, $\rho_b = 1.36\text{ Mg m}^{-3}$.

Therefore, the bulk density is $1.36\text{ Mg m}^{-3}$ (Option 3).

मृदा स्थूल घनत्व (Bulk Density) की गणना:

सूत्र: स्थूल घनत्व ($\rho_b$) = शुष्क मृदा का द्रव्यमान ($M_s$) / कुल आयतन ($V$):
$$\rho_b = \frac{M_s}{\pi r^2 h}$$
दिए गए मान:
कोर का व्यास = 4 सेमी $\implies$ त्रिज्या $r$ = 2 सेमी
कोर की ऊंचाई $h$ = 7 सेमी
शुष्क मिट्टी का द्रव्यमान $M_s = 170 - 50 = 120\text{ ग्राम}$
आयतन एवं घनत्व गणना:
कोर का आयतन $V = \frac{22}{7} \times 2^2 \times 7 = 88\text{ सेमी}^3$
स्थूल घनत्व $\rho_b = \frac{120}{88} \approx 1.36\text{ g/cm}^3 = 1.36\text{ Mg m}^{-3}$

अतः सही स्थूल घनत्व $1.36\text{ Mg m}^{-3}$ है (विकल्प 3)।

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MCQ (Single Correct) +4 −1

Who among the followings is known as father of soil physics ?

1. V. Dokuchaiev

2. D. Hillel

3. LA. Richards

4. Thomas Way

Choose the correct answer from the options given below :

निम्नलिखित में से किसे 'मृदा भौतिकी का जनक' (Father of Soil Physics) कहा जाता है?

1. वी. दोकुचाएव (V. Dokuchaiev)

2. डी. हिलेल (D. Hillel)

3. एल.ए. रिचर्ड्स (L.A. Richards)

4. थॉमस वे (Thomas Way)

नीचे दिए गए विकल्पों में से सही उत्तर चुनिए :

V. Dokuchaiev वी. दोकुचाएव Daniel Hillel (D. Hillel) डी. हिलेल LA. Richards एल.ए. रिचर्ड्स Thomas Way थॉमस वे

Pioneers and Founding Contributors to Soil Physics:

Daniel Hillel: Internationally celebrated Israeli-American hydrologist and soil physicist, author of landmark authoritative textbooks ('Introduction to Soil Physics', 'Fundamentals of Soil Physics', 'Environmental Soil Physics') and recipient of the 2012 World Food Prize for pioneering micro-irrigation; frequently referred to in agricultural curricula as the father of modern soil physics.
Other Luminaries:
V. Dokuchaev: Recognized as the Father of Modern Soil Science (Pedology).
L.A. Richards: Renowned for the Richards equation and pressure plate apparatus.
J. Thomas Way: Father of soil chemistry (cation exchange discoveries in 1850).

Therefore, D. Hillel is known as the father of soil physics (Option 2).

मृदा विज्ञान के प्रमुख वैज्ञानिक एवं उनके योगदान:

डी. हिलेल (Daniel Hillel): आधुनिक मृदा भौतिकी के क्षेत्र में विश्व प्रसिद्ध वैज्ञानिक, जिन्होंने 'फंडामेंटल्स ऑफ सॉइल फिजिक्स' जैसी कालजयी पुस्तकें लिखीं तथा सूक्ष्म सिंचाई के विकास हेतु 2012 में विश्व खाद्य पुरस्कार प्राप्त किया। उन्हें आधुनिक मृदा भौतिकी का जनक माना जाता है।
अन्य वैज्ञानिक:
वी. दोकुचाएव: मृदा विज्ञान (Pedology) के जनक।
एल.ए. रिचर्ड्स: रिचर्ड्स समीकरण एवं प्रेशर प्लेट उपकरण के जनक।
थॉमस वे: मृदा रसायन विज्ञान के जनक।

अतः सही उत्तर डी. हिलेल है (विकल्प 2)।

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