如图甲所示,用细线系住一圆柱体使其浸入水槽内的水中,当圆柱体有的体积露出水面时,细线施加的拉力恰好为3N.如图乙所示,用细线将该圆柱体拉入水槽内的水中,当细线施加的拉力为圆柱体所受重力的时,圆柱体有的体积浸在水中.若要使图乙所示状态下的圆柱体全部没入水中,圆柱体静止时绳子向下的拉力应为________N.
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解析分析:对于圆柱体来说,在甲、乙两种情况下都处于静止状态,受力平衡.可以分别对圆柱体处于甲、乙状态下进行受力分析,列出等式,就可求出绳子向下的拉力.
解答:当圆柱体处于甲状态时,受力情况如下图所示,
则有F甲+F浮甲=G,即:3N+ρ水g(1-)V=ρgV------------①,
当圆柱体处于乙状态时,受力情况如下图所示,
则有F浮乙=G+F乙,
即ρ水gV=ρgV+F乙 ------------------------②
且F乙=G=ρgV-------------------------③
解①②③得:V=8×10-4m3.
ρ=0.5×103kg/m3.
所以当圆柱体全部没入水中,圆柱体静止时绳子向下的拉力应为:
F′=F浮-G=ρ水gV-ρgV=1×103kg/m3×10N/kg×8×10-4m3-0.5×103kg/m3×10N/kg×8×10-4m3=4N.
故