如图所示,放在水平桌面上的薄壁圆柱形容器A、B,底面积分别为0.03米2和0.02米2 ,高均为0.3米,分别盛有0.1米高的酒精和水(已知ρ酒=0.8×103千克/米3)。甲是质量为5千克的实心柱体,底面积为0.01米2。求:
①水对容器底的压强。
②甲对桌面的压强。
③若将甲物体分别竖直放入两容器内的液体中,均能浸没,并使酒精对容器底的压力小于水对容器底的压力,求甲物体的体积范围。
解析:
①水对容器底的压强是:
P1=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1.0×103Pa
②甲对地面的压力和压强:
F甲=G甲=m甲g=5kg×10N/kg=50N
P甲= | F甲 | = | 50N | =5×103Pa |
S甲 | 0.01m2 |
③设甲的体积为V甲,则放入水中后,水的体积及其与水的总体积是:
V水=S水h水=0.03m2×0.1m=3×10-3m3
VA=V水+V=3×10-3m3+V
水的深度是:
hA= | VA | = | 3×10-3m3+V |
|
SA | 0.03m2 |
同理,甲放入酒精里后,酒精的深度是:
hB= | VB | = | 2×10-3m3+V |
|
SB | 0.02m2 |
根据题意,其酒精对底部的压力小于水对底部的压力。故
2×10-3m3+V | ×0.8×103kg/m3×10N/kg×0.02m2< | 3×10-3m3+V | ×1.0×103kg/m3×10N/kg×0.03m2 |
0.02m2 | 0.03m2 |
解之得:
V>2×10-3m3…………(1)
如果将柱形物体A容器中液面能升到0.15m处,则能没的最大体积是:
V柱浸<0 m2×0.15m=0.015m3…………(2)>
比较(1)、(2)知,不能满足均能满足浸没的条件。
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