某学校组织学生到某厂的锅炉车间进行实践活动.活动中锅炉技术师傅介绍了锅炉的一些配套设备及工作原理,下面就一些设备的设计用我们所学的知识给予计算或说明.
(1)图甲为锅炉保险阀,安全压强值P=1.2×105Pa,当蒸汽压力超过安全值时,圆柱体铁锤A被顶起,排出部分蒸汽.已知A的底面积S=10cm2,则铁锤质量不能超过多少?(p外=1.0×105Pa)
(2)图乙为锅炉的冷水自控装置,小水箱与锅炉相连,它们组成了一个连通器.浮球C和活塞B及连杆OC组成了一个杠杆来控制进水管的水的流出.当杠杆呈水平状态时,浮球一半的体积浸入水中,塞子B刚好顶住自来水进口.已知浮球体积为500cm3,OC=25cm,OD=1cm,塞子B横截面积为1cm2,由此算出进水管压强为多大?(不计杠杆、塞子、浮球的质量,g=10N/kg)
(3)小水箱中的杠杆若以浮球受到的浮力为动力,则此杠杆是省力还是费力?若不用此杠杆,在进水管的水压不变的情况下,直接用浮球将活塞顶住,则球的体积至少为多大?
网友回答
解:
(1)由题知:p铁+p外≤p安
铁锤产生压强:
∴p铁+p外≤p安
∴p铁≤p安-p外
∴
(2)如图乙,
由题知:
∴F1=ρ水v排g=1×103kg/m3×2.5×10-4m3×10N/kg=2.5N
∵杠杆平衡,F1LOC=F2LOD,
∴
s′=1cm2=1×10-4m2
∴
(3)以浮球受到的浮力为动力,动力臂LOC大于阻力臂LOD,所以是省力杠杆
∵F浮=F2=ρ水gV球
∴
答:(1)铁锤质量不能超过2kg
(2)进水管压强为6.25×105Pa
(3)是省力杠杆,活塞的体积至少为6.25×10-3m3.
解析分析:(1)利用压强公式求解(p铁+p外≤p内)
(2)利用杠杆平衡条件计算压力,再计算压强
(3)通过比较力臂大小得出省费力情况,再利用压强公式求解
点评:本题为杠杆、浮力、压强的综合计算,分析计算时,要熟悉公式:,漂浮条件F=G=ρ水v排g,杠杆平衡条件,并且要统一国际单位.