问题描述:
下面是某车站厕所的自动冲水装置,圆柱体浮筒A的面积为400cm2,高为0.2m,盖片B的面积为60cm2(盖片B的质量,厚度不计).连接AB是长为0.3m,体积和质量都不计的硬杆.当流进水箱的水刚好浸没浮筒A时,盖片B被向上拉开,水通过排水管流出冲洗厕所.(g=10N/kg)请解答下列问题:(1)当水箱的水刚好浸没浮筒A时,水对盖片B的压力是多少?
(2)浮筒A的重力是多少?
(3)水箱中水多深时盖片B又下落自动关上?
最佳答案:
(1)当水箱的水刚好浸没浮筒A时,水深:
h=0.3m+0.2m=0.5m,
水对盖片B的压强:
p=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×0.5m=5000Pa,
水对盖片B的压力:
F=pSB=5000Pa×60×10-4m2=30N;
(2)杆对浮筒的拉力等于水对盖片B的压力,
即:F′=30N,
当水箱的水刚好浸没浮筒A时,浮筒受到的浮力:
F全浮=ρ水V全排g=1×103kg/m3×400×10-4m2×0.2m×10N/kg=80N,
由于浮筒受到的浮力等于浮筒重加上杆对浮筒的拉力,即F全浮=GA+F′,
则浮筒A的重力:
GA=F全浮-F′=80N-30N=50N;
(3)设圆柱体浮筒A浸在水中的深度为h1时,盖片B又自动关上则F浮=GA
即:ρ水V排g=GA,
所以,1×103kg/m3×400×10-4m2×h1×10N/kg=50N,
解得:
h1=0.125m,
水箱中水的深度:
h2=0.125m+0.3m=0.425m.
答:(1)当水箱的水刚好浸没浮筒A时,水对盖片B的压力是30N;
(2)浮筒A的重力是50N;
(3)水箱中水深为0.425m时盖片B又自动关上.