一道初二物理基础压力题分析
如下图所示,平放在桌面上的一个容器,由两个高均为3 cm 的圆柱体组成,它们的横截面圆的直径分别是1 cm 和 3 cm,容器的开口为圆 JKL. 现在给这个容器注满水,请判断水对容器底部的压力是否等于桌面受到的压力,并说明理由(假定容器的重量很小,可以忽略不记).
解:记水的密度为 ρ kg/m3,容器的底面是圆 DEF,其面积为 S = π·(3/200)2,水对容器底部的压力记为 F1,则
F1 = P·S = (ρ·g·6/100)·π·(3/200)2 = 27πρg / 2000000.
桌面受到的压力记为 F2,它等于两段水柱的重力之和,即
F2 = ρ·g·(3/100)·π·[(1/200)2 + (3/200)2] = 15πρg / 2000000.
显然有 F1 > F2. 就是说容器底部受到的压力并没有完全传递给桌面,这是因为容器在中间位置的圆环受到水向上的压力,记为 F3,对 F1 向桌面的传递起着一定的抵消作用. 事实上满足 F1 - F3 = F2.
实际来求一下 F3,有:
F3 = (ρ·g·3/100)·π·[(3/200)2 - (1/200)2] = 12πρg / 2000000.
显然有 F1 - F3 = F2.