题目
图示容器A中的液体的密度 ρ A =900Kg/m 3 ,B 中液体的密度为 ρ B =1200 Kg/m 3 , Z A =200mm, Z B =180mm,h=60mm,U 形管中的测试介质[1]是汞,试求A,B之间的压力差。
图示容器A中的液体的密度 ρ A =900Kg/m 3 ,B 中液体的密度为 ρ B =1200 Kg/m 3 , Z A =200mm, Z B =180mm,h=60mm,U 形管中的测试介质[1]是汞,试求A,B之间的压力差。
题目解答
答案
解:此为静压力问题,可列出静压力平衡方程: P A + ρ A g Z A = ρ B g Z B + ρ 水银 g h + P B 得 Δ P AB =P A -P B = ρ B g Z B + ρ 水银 g h - ρ A g Z =1200×9.8×0.18+13.6×10 3 ×0.06-900×9.8×0.2Pa=8350 Pa
解析
考查要点:本题主要考查流体静力学方程的应用,涉及不同液体压力差的计算。
解题核心思路:通过分析U形管两侧液体的静压力平衡,建立压力差的表达式,代入已知数据求解。
破题关键点:
- 单位统一:将高度从毫米转换为米;
- 正确列方程:明确压力差由液体A、液体B及水银柱的压力共同决定;
- 水银密度:需使用水银的密度值($\rho_{\text{水银}} = 13.6 \times 10^3 \, \text{kg/m}^3$)。
根据流体静力学方程,A点与B点的压力差需平衡液体A、液体B及水银柱的压力:
$P_A + \rho_A g Z_A = \rho_B g Z_B + \rho_{\text{水银}} g h + P_B$
整理得压力差:
$\Delta P_{AB} = P_A - P_B = \rho_B g Z_B + \rho_{\text{水银}} g h - \rho_A g Z_A$
代入数据:
- $\rho_A = 900 \, \text{kg/m}^3$,$Z_A = 0.2 \, \text{m}$
- $\rho_B = 1200 \, \text{kg/m}^3$,$Z_B = 0.18 \, \text{m}$
- $\rho_{\text{水银}} = 13.6 \times 10^3 \, \text{kg/m}^3$,$h = 0.06 \, \text{m}$
- $g = 9.8 \, \text{m/s}^2$
计算各部分:
- 液体B的压力:
$\rho_B g Z_B = 1200 \times 9.8 \times 0.18 = 2116.8 \, \text{Pa}$ - 水银柱的压力:
$\rho_{\text{水银}} g h = 13.6 \times 10^3 \times 9.8 \times 0.06 = 7996.8 \, \text{Pa}$ - 液体A的压力:
$\rho_A g Z_A = 900 \times 9.8 \times 0.2 = 1764 \, \text{Pa}$
总压力差:
$\Delta P_{AB} = 2116.8 + 7996.8 - 1764 = 8350 \, \text{Pa}$