如图所示是水库大坝闸门开闭装置示意图,设闸门为高5m,底面积0.6m2的长方体,用密度为8×103kg/m3的合金材料制成.某时刻,闸门浸入水中深度为4m,且不触底,闸门顶端挂在与电动机相连的动滑轮下处于静止状态,(钢缆和滑轮的重力、轮与轴间的摩擦、闸门与固定滑轨的摩擦、水库水位的变化均不计,g取10N/kg)
求:(1)闸门所受的重力.
(2)闸门底部受到水的压强.
(3)浸入水中深度为4m时电动机对钢缆的拉力为F1,当闸门由上述位置以0.2m/s的速度在水中匀速上升5s时,电动机对钢缆拉力为F2,计算F1与F2的比值.
网友回答
解:(1)G=ρVg=8×103?kg/m3×0.6?m2×5?m×10N/kg=2.4×105N;
(2)p=ρ水gh=1×103?kg/m3×10N/kg×4?m=4×104Pa;
(3)F浮1=ρ水gV排1,钢缆拉力F1=(G-F浮1)
t=5s时,s=vt=0.2m/s×5s=1m
闸门浸在水中的深度h′=4m-1m=3m
F浮2=ρ水gV排2,钢缆拉力F2=(G-F浮2)
所以====
答:(1)闸门所受的重力为2.4×105N;(2)闸门底部受到水的压强为4×104Pa;(3)F1与F2的比值为36:37.解析分析:(1)首先计算出闸门的体积V=Sh,根据公式ρ=得,m=ρV,最后根据公式G=mg计算出闸门的重力.(2)根据公式p=ρ水gh进行计算.(3)首先根据题意计算出两种情况下闸门浸入水中的体积,根据公式F浮=ρ水gV排计算出闸门在不同深度处时所受的浮力,根据F=G-F浮计算出两种情况下滑轮组对闸门的拉力.又因为滑轮组由4段绳子承担物重,所以F拉=,从而求出两种情况下的拉力比.点评:此题考查了有关重力的计算、浮力大小的计算、液体压强的计算及滑轮组绳子拉力的计算,同时用到了密度公式和速度计算公式,是一道综合性很强的计算题目,在计算时要注意理清思路.