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物理学6章习题解答

来源:六九路网
[物理学6章习题解答]

6-1 有一个长方体形的水库,长200 m,宽150 m,水深10 m,求水对水库底面和侧面的压力。

水对水库底面的压力为

图5-9

侧面的压力应如下求得:在侧面上建立如图5-9所示的坐标系,在y处取侧面窄条dy,此侧面窄条所受的压力为

,

整个侧面所受的压力可以表示为

.

对于h = 10 m、l = 200 m的侧面:

.

对于h = 10 m、l = 150 m的侧面:

.

侧面的总压力为

.

6-3 在5.010s的时间内通过管子截面的二氧化碳气体(看作为理想流体)的质量为0.51 kg。已知该气体的密度

3

为7.5 kgm3 ,管子的直径为2.0 cm,求二氧化碳气体在管子里的平均流速。

解 单位时间内流过管子截面的二氧化碳气体的体积,即流量为

,

平均流速为

.

6-4 当水从水笼头缓慢流出而自由下落时,水流随位置的下降而变细,何故?如果水笼头管口的内直径为d,水流出的速率为v0 ,求在水笼头出口以下h处水流的直径。

解 当水从水笼头缓慢流出时,可以认为是定常流动,遵从连续性方程,即流速与流管的截面积成反比,所以水流随位置的下降而变细,如图5-10所示。

可以认为水从笼头流出后各处都是大气压,伯努利方程可以写为

,

改写为

图5-10

.

这表示水流随位置的下降,流速逐渐增大。整个水流可以认为是一个大流管,h1处的流量应等于h2处的流量,即

, (1)

1

. (2)

由于

,

所以必定有

,

这表示水流随位置的下降而变细。 根据题意,

,

.(3)

将式(3)代入式(2),得

,h2处的流速为v2,代入式(1),得

,

式中d1 = d,d2就是在水笼头出口以下h处水流的直径。上式可化为

.

从上式可解得

.

6-6 文丘里流量计是由一根粗细不均匀的管子做成的,粗部和细部分别接有一根竖直的细管,如图5-11所示。在测量时,将它水平地接在管道上。当管中有液体流动时,两竖直管中的液体会出现高度差h。如果粗部和细部的横截面积分别为sa和sb,试计算流量和粗、细两处的流速。

解 取沿管轴的水平流线ab(如图5-11中虚线所示),并且a、b两点分别对应两竖直管的水平位置,可以列出下面的伯努利方程

,

图5-11

改写为

,

.(1)

另有连续性方程

. (2)

以上两式联立,可解得

,

,

流量为

.

2

6-7 利用压缩空气将水从一个密封容器内通过管子压出,如图5-12所示。如果管口高出容器内液面0.65 m,并要求管口的流速为1.5 ms1 。求容器内空气的压强。

解 取如图5-12中虚线ab所示的流线,并运用伯努利方程

,

可以认为

图5-12

所以

,

.

6-9 用图5-5所示的虹吸管将容器中的水吸出。如果管内液体作定常流动,求: (1)虹吸管内液体的流速; (2)虹吸管最高点b的压强; (3) b点距离液面的最大高度。

解 此题的解答见上面[例题分析]中的例题5-4。

6-12 从油槽经过1.2 km长的钢管将油输送到储油罐中,已知钢管的内直径为12 cm, 油的黏度系数为 0.32 pas,密度为 0.91 gcm3,如果要维持 5.2102 m3 s1 的流量,试问油泵的功率应为多大?

解 首先根据泊肃叶公式求出油被输送到1.2 km处所需要的压强差

.

为保持一定的流量,油泵的功率为

.

3

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