两式相减并化简得
代入已知数据,得
所以有
【2-3】人在海平面地区每分钟平均呼吸15次。如果要得到同样的供氧,则在珠穆朗玛峰顶(海拔高度8848m)需要呼吸多少次?
【解】:海平面气温T0=288,z=8848m处的气温为
峰顶压强与海平面压强的比值为
峰顶与海平面的空气密度之比为
呼吸频率与空气密度成反比,即
,
【2-4】如图所示,圆形闸门的半径R=0.1m,倾角α=45o,上端有铰轴,已知H1=5m,H2=1m,不计闸门自重,求开启闸门所需的提升力T。
【解】设y轴沿板面朝下,从铰轴起算。在闸门任一点,左侧受上游水位的压强p1,右侧受下游水位的压强p2,其计算式为
平板上每一点的压强p1-p2是常数,合力为(p1-p2)A,作用点在圆心上,因此
代入已知数据,求得T=871.34N。
【2-5】盛水容器底部有一个半径r=2.5cm的圆形孔口,该孔口用半径R=4cm、自重G=2.452N的圆球封闭,如图所示。已知水深H=20cm,试求升起球体所需的拉力T。
【解】用压力体求铅直方向的静水总压力Fz:
由于
,
因此
,
,
,
【2-6】如图所示的挡水弧形闸门,已知R=2m,θ=30o,h=5m,试求单位宽度所受到的静水总压力的大小。
【解】水平方向的总压力等于面EB上的水压力。铅直方向的总压力对应的压力体为CABEDC 。
【2-7】如图所示,底面积为b×b=0.2m×0.2m的方口容器,自重G=40N,静止时装水高度h=0.15m,设容器在荷重W=200N的作用下沿平面滑动,容器底与平面之间的摩擦系数f=0.3,试求保证水不能溢出的容器的最小高度。
【解】解题的关键在于求出加速度a。如果已知加速度,就可以确定容器里水面的斜率。 考虑水、容器和重物的运动。系统的质量M和外力分别为
因此,系统的重力加速度为
代入数据得a = 5.5898 m/s2
容器内液面的方程式为
坐标原点放在水面(斜面)的中心点,由图可见,当x=-b/2时,z=H-h,代入上式,
可见,为使水不能溢出,容器最小高度为0.207m。
【2-8】如图所示,液体转速计由一个直径为d1的圆筒、活塞盖以及与其连通的直径为d2两支竖直支管构成。转速计内装液体,竖管距离立轴的距离为R,当转速为ω时,活塞比静止时的高度下降了h,试证明:
【解】活塞盖具有重量,系统没有旋转时,盖子处在一个平衡位置。旋转时,盖子下降,竖管液面上升。
设系统静止时,活塞盖如实线所示,其高度为h1,竖管的液面高度设为H1。此时,液体总压力等于盖子重量,设为G:
旋转时,活塞盖下降高度为h,两支竖管的液面上升高度为H。 液体压强分布的通式为
将坐标原点放在活塞盖下表面的中心,并根据竖管的液面参数确定上式的积分常数C。当r=R,z=H1-h1+H + h时,p=pa,