小林设计了一个由蓄水罐供水的自动饮水槽,如图17所示,带有浮球的直杆AB能绕O点转动.C为质量与厚度不计的橡胶片,蓄水罐中水位跟橡胶片处水位差恒为h1=1.6m.AC之间为质量与粗细不计的直杆,当进水口停止进水时,AC与AB垂直,杆AB成水平状态,浮球恰没于水中.此时橡胶片恰好堵住进水口,橡胶片距槽中水面h2=0.1m.进水管的横截面积为4cm2,B点为浮球的球心,OB=6AO.不计杆及球的自重.(g取10N/kg)
求:
(1)蓄水罐中的水对橡胶片的压强;
(2)平衡时细杆对橡胶片C的压力大小;
(3)浮球B的体积.
网友回答
解:(1)蓄水罐中水位跟橡胶片处水位差恒为h1=1.6m;故水对橡胶片的压强为p1=ρgh1=1000kg/m3×10N/kg×1.6m=16000Pa;
(2)以橡胶片C为研究对象,C共受到3个力的作用,即:蓄水罐中水对C向上的压力F1、控制槽中水对C向下的压力F2、细杆对橡胶片C向下的压力F3;C的受力面积为S=4cm2=0.0004m2;
根据平衡力知识可得F1=F2+F3;其中F1=p1S=16000Pa×0.0004m2=6.4N;
F2=p2S=ρgh2S=1000kg/m3×10N/kg×0.1m×0.0004m2=0.4N;
故细杆对橡胶片C的压力为:F3=F1-F2=6.4N-0.4N=6N;
(3)根据力的作用是相互的,细杆对杠杆的A点向上的力为FA=F3=6N;作用在杠杆B点向上的力为B球受到的浮力F浮;
不计杆及球的自重,根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2可知:FA?OA=F浮?OB;即:6N?AO=F浮?6AO;故F浮=1N.
根据阿基米德原理:F浮=G排=ρ液gV排;得VB=V排===0.0001m3.
答:(1)蓄水罐中的水对橡胶片的压强为16000Pa;
(2)平衡时细杆对橡胶片C的压力大小为6N;
(3)浮球B的体积为0.0001m3.
解析分析:(1)液体压强的计算方法是p=ρgh;明确题目中的深度h,代入条件即可解答;
(2)阿基米德原理:F浮=G排=ρ液gV排;变形后可求出浮球的体积;
(3)杠杆平衡条件是:F1L1=F2L2;确定出杠杆中的两个力和两个力臂的大小是关键.
点评:此题是一道力学的综合计算题,熟练运用浮力、液体压强、杠杆原理等知识,可解答此题.