Уровень воды в цилиндрическом сосуде с площадью основания

11.(МГУ 1996). Во сколько раз сила давления воды на нижнюю половину вертикальной стенки полностью заполненного колодца отличается от силы давления воды на всю стенку, если давление на дно колодца превышает атмосферное в n = 3 раза?

Решение:

Давление в покоящейся относительно инерциальной системы отсчета жидкости на глубине h от ее поверхности определяется давлением на открытую поверхность, которое равно атмосферному давлению pa и гидростатическим давлением столба жидкости ρgh. Поэтому распределение давления в заполненном колодце глубиной H будет иметь вид линейной зависимости.

Учитывая, что сила давления на полоску боковой стенки шириной b, расположенную на глубине h1 и столь малой высоты δh, что можно пренебречь изменением давления в ее пределах, равна Fh1 = (pa + ρgh1)bδh, т. е. пропорциональна площади выделенного на рисунке прямоугольника, можно утверждать, что сила давления на всю боковую стенку пропорциональна площади трапеции OHApa, а на нижнюю половину этой стенки − (H/2)HAa. Поскольку pm = npa, p1 = (n + 1)pa/2, используя формулу расчета площади трапеции, получим: Fn = (n + 1)Hbpa/2, F1 = (n + (n + 1)/2)/2 × (H/2)bpa. где Fn и F1 − силы давления на всю и нижнюю половину стенки.

Отсюда искомое отношение F1/F2 = (3n + 1)/[4(n + 1)] = 5/8.

Ответ:F1/F2 = (3n + 1)/[4(n + 1)] = 5/8.

12.Сосуд, имеющий форму куба, длина ребра которого равна d = 1 м, заполнен водой. С какой силой вода давит на боковую стенку сосуда? Атмосферное давление не учитывать.

Решение:Построим график зависимости гидростатического давления P от глубины h (рис.). Далее разобьём высоту вертикальной стенки сосуда на много маленьких отрезков. Длину каждого отрезка обозначим за Δh. Таким образом, вертикальную стенку мы разбили на много полосок длиной 1 м и высотой Δh. Так как каждая полоска узкая, давление во всех её точках можно приближённо считать одинаковым. Поэтому сила, действующая на одну полоску, примерно равна F = PS = P·Δh·1 м. Нарисуем под графиком прямоугольники со сторонами P и Δh (рис.а). Сила F, действующая на одну полоску, равна площади одного прямоугольника, умноженной на 1 м. Значит, сила, действующая на всю вертикальную стенку, примерно равна сумме площадей маленьких прямоугольников, умноженной на 1м. Чем меньше ширина полоски Δh, тем точнее вычисляется сила, т.к. давление в точках одной полоски можно с большей точностью считать одинаковым. Из этих рассуждений следует, что сила давления на боковую стенку равна площади фигуры под графиком (в данном случае – треугольника), умноженной на 1 м. Теперь вы легко найдёте эту силу: площадь треугольника равна половине площади прямоугольника со сторонами 1 м и 10000 Па («площадь» выражается в данном случае в Па·м). Отметим, что мы нашли способ вычисления среднего давления. Давление Pср является средним, если площадь прямоугольника, обозначенного пунктиром (рис.б) равна площади фигуры под графиком (в данном случае – треугольника).

13. В сосуде находится неоднородная жидкость (рис.), плотность которой – линейная функция от координаты x: ρ = ρ0 + kx, где ρ0= 700кг/м3, а k = 200кг/м4. Дно сосуда имеет координату x1 =1м (см.рис).

1. Найдите гидростатическое давление на дно сосуда.

2. Найдите массу жидкости в сосуде, если известно, что площадь дна равна S = 2 дм2.

Решение:Действуйте так же, как в задаче 16. Постройте график зависимости плотности от координаты. Пользуясь графиком, найдите среднюю плотность. После этого можно подставлять среднюю плотность во все известные вам формулы.

Дз

14.Уровень воды в цилиндрическом сосуде с площадью основания 5 дм2 при полном погружении тела повысился на 2 см. Архимедова сила, действующая на тело, равна … H.

Решение.

Погруженное в жидкость тело вытесняет объем жидкости равный объему погруженного тела. V = S × h. Архимедова сила, действующая на погруженное в жидкость (или газ) тело, равна весу жидкости (или газа), вытесненной телом.

FA = mжg = ρжVg = ρжShg.

Таким образом, FA = ρжShg,

и FA = 1000 × 5 × 10−2 × 0,02 × 10 = 10 (H).

Ответ: FA = 10 Н.

15.В цилиндрический сосуд с площадью дна S налита вода. На сколько поднимется уровень воды, если в сосуд поместить деревянный брусок массой m?

Решение.

Изменение уровня воды связано с объемом погруженной части бруска соотношением

SΔh = Vп.

Действительно, объем, отсекаемый новым уровнем поверхности воды, превышает объем самой воды, с одной стороны, на Vп, а с другой, чисто геометрически, − на SΔh (рис.).

Погруженный объем найдем из условия плавания бруска в воде плотностью ρв:

mg = FA,

где FA = ρвgVп.

Окончательно получаем

Δh = m/(ρвS).

C другой стороны:

И до, и после погружения бруска сила реакции дна сосуда, равная силе давления воды на дно Fд = ρвghS, уравновешивает силу тяжести всего содержимого сосуда (атмосферное давление влияния не оказывает).

Поэтому изменение силы давления равно изменению силы тяжести:

ρвgΔhS = mg, откуда получаем правильный ответ Δh = m/(ρвS).

16.(РГУНГ 2003). В цилиндрическом сосуде с водой площадью 200 см2 плавает в вертикальном положении цилиндр высотой 30 см и площадью основания 100 см2. Какую работу (в мДж) надо совершить, чтобы полностью извлечь цилиндр из воды, если он сделан из материала плотностью 400 кг/м3? Плотность воды 1000 кг/м3.

Решение:

При извлечении цилиндра уровень воды в сосуде понизится. Найдем понижение уровня Δh из условия SΔh = Vпогр, где Vпогр − объем погруженной части цилиндра. Запишем условие плавания цилиндра (равенство архимедовой силы и силы тяжести):

ρвgVпогр = ρgV. Отсюда Vпогр = (ρ/ρв)SцH,

hпогр = (ρ/ρв)H, Δh = (ρ/ρв) × (Sц/S) × H, где H – высота цилиндра. Работа совершается на пути x = hпогр − Δh = H(ρ/ρв) × (1 − Sц/S), причем сила тяги линейно возрастает от

F1 = 0 до F2 = mg = ρgSцH.

Получаем A = (0 + mg)x/2 = ρ2gH2(1 − Sц/S) = 360 мДж.

Ответ: A = 360 мДж.

Читайте также:

Рекомендуемые страницы:

Уровень воды в цилиндрическом сосуде с площадью основания

Вам нужно быстро и легко написать вашу работу? Тогда вам сюда…

Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.

Дата создания страницы: 2019-03-16 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных

Поиск по сайту:

Уровень воды в цилиндрическом сосуде с площадью основания Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ!

Источник

Задание 1. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 48 см. На какой высоте

будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 2 раза больше диаметра первого? Ответ выразите в см.

Решение. Заметим, что при переливании жидкости из одного сосуда в другой объём жидкости не изменился. Объём цилиндра равен произведению площади основания на высоту этого цилиндра. То есть V=Sh=pR2h. Поскольку в новом сосуде диаметр, а значит и радиус, в 2 раза больше, то площадь основания будет больше в 4 раза, значит высота, соответственно, уменьшится в 4 раза, то есть станет равна 48:4=12 см.

Ответ 12.

Задание 2. В цилиндрический сосуд, в котором находится 6 дм3 воды, опустили деталь. При этом уровень жидкости в сосуде поднялся в 1,5 раза. Чему равен объём детали? Ответ выразите в дм3.

Решение. Заметим, что при опускании детали в сосуд изменение общего объёма равно объёму детали. Объём цилиндра равен произведению площади основания на высоту этого цилиндра. То есть V=Sh=pR2h. Так как уровень жидкости поднялся в 1,5 раза, значит объём увеличился тоже в 1,5 раза и стал равен 6*1,5 = 9. Объём детали равен 9 – 6=3.

Ответ 3.

Задания для самостоятельного решения. Все задания взяты из открытого банка заданий ФИПИ.

1. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 98 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 7 раз больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

2. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 27 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 3 раза больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

3. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 256 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 8 раз больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

4. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 64 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 4 раза больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

5. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 96 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 4 раза больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

6. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 20 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 2 раза больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

7. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 25 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 5 раз больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

8. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 80 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 4 раза больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

9. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 405 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 9 раз больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

10. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 2 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 5 раз меньше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

11. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 45 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 3 раза больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

12. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 18 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 3 раза больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

13. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 294 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 7 раз больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

14. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 192 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 8 раз больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

15. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 147 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 7 раз больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

16. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 50 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 5 раз больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

17. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 320 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 8 раз больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

18. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 125 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 5 раз больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

19. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 2 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 6 раз меньше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

20. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 5 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 3 раза меньше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

21. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 6 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 7 раз меньше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

22. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 16 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 2 раза больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

23. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 112 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 4 раза больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

24. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 32 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 4 раза больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

25. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 63 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 3 раза больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

26. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 384 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 8 раз больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

27. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 12 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 2 раза больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

28. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 28 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 2 раза больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

29. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 72 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 6 раз больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

30. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 216 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 6 раз больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

31. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 2 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 3 раза меньше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

32. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 567 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 9 раз больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

33. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 144 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 6 раз больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

34. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 324 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 9 раз больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

35. В цилиндрическом сосуде уровень жидкости достигает 243 см. На какой высоте будет находиться уровень жидкости, если её перелить во второй цилиндрический сосуд, диаметр которого в 9 раз больше диаметра первого? Ответ выразите в сантиметрах.

36. В цилиндрический сосуд, в котором находится 10 дм3 воды, опустили деталь. При этом уровень жидкости в сосуде поднялся в 1,6 раза. Чему равен объём детали? Ответ выразите в дм3.

37. В цилиндрический сосуд, в котором находится 4 дм3 воды, опустили деталь. При этом уровень жидкости в сосуде поднялся в 2,5 раза. Чему равен объём детали? Ответ выразите в дм3.

38. В цилиндрический сосуд, в котором находится 8 дм3 воды, опустили деталь. При этом уровень жидкости в сосуде поднялся в 1,5 раза. Чему равен объём детали? Ответ выразите в дм3.

39. В цилиндрический сосуд налили 500 куб. см воды. В воду полностью погрузили деталь. При этом уровень жидкости в сосуде увеличился в 1,2 раза. Найдите объём детали. Ответ выразите в куб. см.

Источник

Страница 1 из 2

211. Полый медный шар (ρ = 8,93 г/см3) весит в воздухе 3 Н, а в воде (ρ’ = 11 /см3) – 2Н. Пренебрегая выталкивающей силой воздуха определите объем внутренней полости шара.

212. На столе стоит цилиндрический сосуд, наполненный водой до уровня H = 20 см от дна. Если в воду (ρ = 1 г/см3) опустить плавать тонкостенный никелевый стакан (ρ` = 8,8 г/см3), то уровень воды поднимается на h = 2,2 см. Определить уровень H1 воды в сосуде, если стакан утопить.

213. По трубе радиусом r = 1,5 см течет углекислый газ (ρ = 7,5 кг/м3) Определите скорость его течения, если за t = 20 мин через поперечное сечение трубы протекает m = 950 г газа.

214. В бочку заливается вода со скоростью 200 см3/с. На дне бочки образовалось отверстие площадью поперечного сечения 0,8 см2. Пренебрегая вязкостью воды, определить уровень воды в бочке.

215. В сосуд заливается вода со скоростью 0,5 л/с. Пренебрегая вязкостью воды, определите диаметр отверстия в сосуде, при котором вода поддерживалась бы в нем на постоянном уровне h = 20 см

216. Бак цилиндрической формы площадью основания 10 м2 и объемом 100 м3 заполнен водой. Пренебрегая вязкостью воды, определить время, необходимое для полного опустошения бака, если на дне бака образовалось круглое отверстие площадью 8 см2.

217. Сосуд в виде полусферы радиусом R = 10 см до краев наполнен водой. На дне сосуда имеется отверстие площадью поперечного сечения S = 4 мм2. Определите время, за которое через это отверстие выльется столько воды, чтобы ее уровень в сосуде понизился на 5 см.

218. Определить работу, которая затрачивается на преодоление трения при перемещении воды объемом V = 1,5 м3 в горизонтальной трубе от сечения с давлением p1 = 40 кПа до сечения с давлением p2 = 20 кПа.

219. В дне сосуда имеется отверстие диаметром d1. В сосуде вода поддерживается на постоянном уровне, равном h. Считая, что струя не разбрызгиваются, и, пренебрегая силами трения в жидкости, определить диаметр струи, вытекающей из сосуда на расстоянии h1 = 2h от его дна.

220. Площадь поршня, вставленного в горизонтально расположенный налитый водой цилиндр, S1 = 1,5 см2, а площадь отверстия S2 = 0,8 мм2. Пренебрегая трением и вязкостью, определить время t, за которое вытечет вода из цилиндра, если на поршень действовать постоянной силой F = 5 H, а ход поршня l = 5 см. Плотность воды ρ = 1000 кг/м3.

224. Для точного измерения малых разностей давления служат U-образные манометры, которые заполнены двумя различными жидкостями. В одном из них при использовании нитробензола (ρ = 1,203 г/см3) и воды (ρ’ = 1,000 г/см3) получили разность уровней Δh = 26 мм. Определите разность давлений.

225. По горизонтальной трубе в направлении, указанном на рисунке стрелкой, течет жидкость. Разность уровней Δh жидкости в манометрических трубках 1 и 2 одинакового диаметра составляет 8 см. Определить скорость течения жидкости по трубе.

226. По горизонтальной трубе переменного сечения течет вода. Площади поперечных сечений трубы на разных её участках соответственно равна S1 = 10 см2 и S2 = 20 см2. Разность уровней Δh воды в вертикальных трубках одинакового составляет 20 см. Определить объем воды, проходящей за 1 с через сечение трубы.

227. Определите, на какую высоту h поднимется вода в вертикальной трубе, впаянной в узкую часть горизонтальной трубы диаметром d2 = 3 см, если в широкой части трубы диаметром d1 = 9 см скорость газа v1 = 25 см/с.

228. Определите разность давлений в широком и узком (d1 = 9 см, d2 = 6 см) коленах горизонтальной трубы, если в широком колене воздух (ρ = 1,29 кг/м3) продувается со скоростью v1 = 6 м/с.

229. Вдоль оси горизонтальной трубки диаметром 3 см, по которой течет углекислый газ (ρ = 7,5 кг/м3), установлена трубка Пито. Пренебрегая вязкостью, определить объем газа, проходящего за 1 с через сечение трубы, если разность уровней в жидкостном манометре составляет Δh = 0,5 см. Плотность жидкости принять равной ρ` = 1000 кг/м3.

230. Через трубку сечением S1 = 100 см2 продувается воздух со скоростью 2 м3/мин. В трубке имеется короткий участок с меньшим поперечным сечением S2 = 20 см2. Определите: 1) скорость v1 воздуха в широкой части трубки, 2) разность уровней Δh воды, используемой в подсоединенном к данной системе манометре. Плотность воздуха ρ = 1,3 кг/м3, воды ρ’ = 1000 кг/м3

231. Пренебрегая вязкостью жидкости, определить скорость истечения жидкости из малого отверстия в стенке сосуда, если высота h уровня жидкости над отверстием составляет 1,5 м.

Источник