如图所示,正方体木块漂浮在氯化钠溶液里,有总体积的1/5露出液面,不可伸长的悬绳处于松弛状态。已知绳子能承受的最大拉力为5牛,木块边长为0.1米,容器底面积为0.03米2,容器底有一阀门K.(g取10牛/千克,溶液的密度为1.2×103千克/米3,计算结果保留2位小数)
求:
(1)木块的密度是多少?
(2)打开阀门使液体缓慢流出,当细绳断裂前一瞬间关闭阀门,此时木块排开液体的体积为多少?
(3)在细绳断后,木块再次漂浮时,容器底受到液体的压强与断绳前的瞬间相比,容器底受到液体的压强改变了多少?
解析:
(1)木块漂浮,则
F浮=G木,
因为
F浮=ρ液V排g,G木=ρ木V木g,
所以
ρ液V排g=ρ木V木g,
因为木块总体积的1/5露出液面,
所以
则
=0.96×103kg/m3;
(2)如图,当细绳断裂时
F浮′+F最大=G木,
设此时木块排开溶液的体积为V排′,则:
ρ液V排′g+F最大=ρ木V木g,
即:
1.2×103kg/m3×V排′×10N/kg+5N=0.96×103kg/m3×(0.1m)3×10N/kg,
解得:
V排′≈3.83×10﹣4m3;
(3)在细绳断开后木块再次漂浮时,浮力增加5N,排开水体积增加:
=0.00042m3,
液面上升:
=0.014m,
△p=ρ液g△h
=1.2×103kg/m3×10N/kg×0.014m
=168Pa。
即:容器底受溶液的压强增大了168Pa。
故
(1)木块的密度为0.96×103kg/m3;
(2)当细绳断裂前一瞬间关闭阀门,此时木块排开溶液的体积为3.83×10﹣4m3;
(3)在细绳断开后木块再次漂浮时,容器底受到水的压强与断绳前的瞬间相比,容器底受水的压强增大了168Pa。
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