某工厂设计了一个蓄水池(如图所示),水源A罐的液面高度h1保持不变。罐底有一个小出水

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杨海萍
杨海萍 2021-11-13 18:30

某工厂设计了一个蓄水池(如图所示),水源A罐的液面高度h1保持不变。罐底有一个小出水口,面积为S1.孔下通过一个截面积为S2活塞与杠杆BC相连。杠杆可绕B端上下转动,另一端有一个中空的圆柱形浮子,横截面积为S3BO是杠杆总长的image.png.原设计打算当杠杆水平时,浮子浸入水深为h2,活塞恰好能堵住出水口,但在使用时发现,活塞离出水口尚有极小一段距离时,浮子便不再上浮,此时浮子没入水深为h3.为了使活塞自动堵住出水口,只得将浮子的重量减去G′.试求浮子应减去重量G′的大小。(活塞及连杆的重量不计,杠杆所受浮力不记。)

image.png

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1条回答
  •  王宁
    王宁 (最佳回答者)
    2021-11-14 19:38

    解析:

    设浮子原来重力为G,杠杆长为l。浮子减重后,重为G′,由倾斜变为水平,如图所示,杠杆C端上升高度为ECh3h2,活塞上升的高度△h即为OD的长度

    image.png

     image.png

    根据数学知识,三角形BDO相似于三角形BEC所以:

    image.png

    因为BO是杠杆总长image.png所以:

    image.png

    2)活塞减重前,杠杆平衡时,支点为B以浮子为研究对象,C端受到的合力为

    FG=(S3h3ρgG

    该力的力臂BEO点受到的力为

    FρgS2h1+h),该力的力臂设为BD

    根据杠杆平衡条件可得:

    FGBEFBD

    即:

    S3h3ρgGBEρgS2h1+hBDimage.png

    可得:

    3S3h3ρgG)=ρgS2h1+h),

    image.png

    浮子减重后,杠杆平衡时,以杠杆为研究对象,进行受力分析:

    image.png

    C端受到的合力为:

    FG′=S3h2ρgG′,此力的力臂为BC

    (对浮子C受力分析:重力、浮力、杠杆的力,则杠杆施加的力等于浮力减去重力,根据力的作用是相互的,所以杠杆受到的力等于浮力减去重力)

    O点受到的力为F´ρgS2h1,此力的力臂为BO

    根据杠杆平衡有:

    S3h2ρgG′)BCρgS2h1 BO

    即为:

    3S3h2ρgG′〕=ρgS2h1

    image.png

    得浮子应减去重量G′的大小:

    image.png

    即:浮子应减去重量G′的大小为ρgh3h2)(image.png)。


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