Question

【題目】為了節(jié)約水資源，公廁用的定時定量沖水裝置主要部件如圖所示。浮筒底面積為S1=100cm2且足夠高，略大于出水口的圓形閥門(厚度不計)的表面積為S2=20cm2，浮筒與閥門用細桿相連，不計浮筒、閥門、輕桿的重量。通常情況下，水龍頭以滴漏形式向儲水桶供水，當儲水罐水位上升到20cm時，浮筒即將通過輕桿將閥門拉起沖水，問即將開始沖水時(g ＝10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3)：

(1)閥門所受水的壓強p為多少？

(2)浮筒對閥門的拉力為多大？

(3)浮筒下表面所受水的壓強為多大？

Answer 1

【答案】(1)2000Pa； (2)4N；(3)400Pa

【解析】

（1）根據(jù)題意知道，當即將開始沖水時，儲水罐水位是：h=20cm，

所以，閥門所受水的壓強是：p=ρgh=1.0×103kg/m3 ×10N/kg×0.2m=2000Pa；

（2）閥門剛被拉起時，由于不計重力，所以，閥門在豎直方向只受到細桿的拉力F和水的壓力而平衡，即拉力是：F=F壓=pS=2000Pa×2×10-3 m2 =4N；

（3）浮筒剛被拉起時，由于不計重力，身體浮筒在豎直方向只受到浮力和細桿的拉力F′=F=4N，由力的平衡知道，F′=F浮 =ρ水gV排，即4N=1.0×103 kg/m3 ×10N/kg×10-2 m2 ×H，由此解得浮筒浸入水中部分的深度是：H=0.04m，

所以浮筒下表面所受水的壓強是：p′=ρgH=1.0×103kg/m3 ×10N/kg×0.04m=400Pa