如图(a)所示,水平地面上有一实心长方体A,重为G3,体积为V.如图(b)所示,水平地面上有一个重为G1、底面积为S的薄壁圆柱形容器,容器足够高,容器内盛有重为G2的水。
(1)用绳子吊着物体A,将一半体积浸入水中,水对容器底压强的增加量△p水与容器对桌面的压强增加量△p桌比值为 。
(2)若剪断绳子后,物体A下沉至容器底部且完全浸没在水中,此时水对容器底压强的p水与容器对桌面的压强p桌比值为 。(用题目中提供的字母表示)
答案:
(1)1:1;
(2)
解析 :
(1)用绳子吊着物体A,将一半体积浸入圆柱形容器的水中时,物体A对水的压力和水对A的浮力是一对相互作用力,导致水对容器底的压力增大,
相互作用力大小相等,所以水对容器底压力的增加量:
△F水=F浮,
设容器的底面积为S,根据压强定义式可得,水对容器底压强的增加量:
△p水=……①
当物体A没有浸入水中时,容器对桌面的压力:
F桌=G容+G水=G1+G2……②
当物体A的一半体积浸入水中时,把容器、水和物体A看作一个整体,受向下的总重力、向上的支持力、向上的拉力,此时容器对桌面的压力:
F桌′=F支=G容+G水+GA﹣F=G1+G2+G3﹣F……③,
物体A处于静止状态,其受力平衡,其重力与拉力之差等于浮力,即
G3﹣F=F浮 ……④
根据③④两式可得,
F桌′=G1+G2+F浮……⑤
根据②⑤两式可得,容器对桌面的压力增加量:
△F桌=F桌′﹣F桌=F浮,
所以,容器对桌面的压强增加量:
△p桌……⑥,
比较①⑥两式可知:△p水=△p桌,
所以△p水:△p桌=1:1。
(2)剪断绳子后,物体A沉底,所以
V排′=V,
由于容器为圆柱形容器,根据相互作用力的知识可知,此时水对容器底的压力:
F水=G水+F浮′
=G2+ρ水gV排′
=G2+ρ水gV,
此时水对容器底的压强:
p水……⑦
由于物体A沉底,此时容器对桌面的压力:
F桌″=G容+G水+GA
=G1+G2+G3,
此时容器对桌面的压强:
……⑧
所以
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