19、压力体中必须充满液体。 ( × )
20、相对静止状态的等压面可以是斜面或曲面。 (√) 21、绝对压强可正可负。而相对压强和真空压强则恒为正值。( × )
四、简答题
1. 试根据欧拉平衡微分方程推导静压强分布公式 z+解:静止液体中fx?0,fy?0,fz=-g
根据欧拉平衡微分方程dp??(fxdx?fydy?fzdz) 得
p=常数c? ?gdp??(-g)dz
积分得z+
p=c ?g2. 试根据欧拉平衡微分方程证明液体随容器做等加速直线运动时,液体的等压面为一簇斜面?(5分) 解:液体随容器做等加速直线运动时,取x轴为运动方向,竖直向上为z轴方向。 则fx??a,fy?0,fz=-g 根据欧拉平衡微分方程得
dp??(?adx-gdz)
等压面 dp=0 则有dz??adx gz??ax?c g因此,随容器做等加速直线运动的液体等压面为一簇斜面。
3、试根据欧拉平衡微分方程证明液体随容器做等角速度旋转运动时,液体的等压面为一组旋转抛物面?(5分)
解:液体随容器做等角速度旋转运动时,取旋转轴竖直向上为z轴方向。 则fx??x,fy??y,fz=-g 根据欧拉平衡微分方程得
22dp??(?2xdx??2ydy-gdz)
等压面 dp=0 则有dz?12(?xdx??2ydy) gz??22gr2?c
因此,液体随容器做等角速度旋转运动时,液体的等压面为一组旋转抛物面。
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4、 一封闭水箱(见图),自由面上气体压强 为85kN/m2,求液面下淹没深度h为1m处点C的绝对静水压强、相对静水压强和真空度。
解:
C点绝对静水压强为C点的相对静水压强为
相对压强为负值,说明C点存在真空。真空压强为
5、如图,一封闭水箱,其自由面上气体压强为25kN/m2,试问水箱中 A、B两点的静水压强为多少?何处为大?已知h1为5m,h2为2m。
解:A、B两点的绝对静水压强分别为
故A点静水压强比B点大。 6、简述静压强的两个特性。
解:特征一 静止流体不能承受切应力,也不能承受拉应力,只能承受压应力,即压强,压强的作用方向为作用面的内法线方向。
特征二 静止流体中某一点的压强大小与压强作用的方向无关。 7、“均匀流一定是恒定流”,这种说法是否正确?为什么?
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答:这种说法是错误的。
均匀流不一定是恒定流。因均匀流是相对于空间而言,即运动要素沿流程不变,而恒定流是相对于时间而言,即运动要素不随时间而变。两者判别标准不同。
五、计算题
1、如图所示,弧形闸门的铰轴与水面同高,已知水深H正好等于弧形闸门的半径R=2 m,闸门宽度为b=1 m,θ=90°,求此闸门所受到的总压力F的大小及方向?(10分)
解:闸门所受到的总压力F在x方向的分量
Fx??ghxcAx?1?gH2b?1.96?104N 2闸门所受到的总压力F在z方向的分量
Fz??gV??g?R24b?3.08?104N
闸门所受到的总压力F
Fz?Fx2?Fz2?(1.96?104)2?(3.08?104)2?3.65?104 N
闸门所受到的总压力F与x轴夹角α正切值为
tan??Fz3.08??1.57 Fx1.96闸门所受到的总压力F与x轴夹角α为arctan1.57. 根据合力矩原理,合理F必然通过弧形闸门的铰轴。
2、一块平板矩形闸门可绕铰轴A转动,如图示。已知θ=60°,H=6 m,h1=1.5 m,h=2m,不计闸门自重以及摩擦力,求开启单位宽度b=1 m(垂直于纸面)的闸门所需的提升力F?(10分)
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3、 如图所示,有一盛水的开口容器以3.6m/s2的加速度沿与水平成30o夹角的倾斜平面向上运动,试求容器中水面的倾角。
解:根据压强平衡微分方程式:
单位质量力:
等压面,
代入
由压强平衡微分方程式,得:
容器中水面的倾角为15o。
4、如图所示,用真空计B测得封闭水箱液面上的真空度为0.98kPa,若敞口油箱的液面低于水箱液面的高度H=1.5m,油柱高h1=5.6m,水银柱高h2=0.2m,求油的密度。已知水的密度为103kg/m3,水银的密
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