题目
10有一等腰梯形闸门,它的两条底边各长10m和6 m,高20mm,较长的底边与水面相齐,则闸门的一侧所受的水压力为().(水的密度为P,重力速度8)A. 3400div 3rho g(N) B. 4400div 3rho g(N) C. 2300div 3rho g(N) D. 1400div 3rho g(N)
10有一等腰梯形闸门,它的两条底边各长10m和6 m,高20mm,较长的底边与水面相齐,则闸门的一侧所受的水压力为().(水的密度为P,重力速度8)
A. $$ 3400\div 3\rho g(N) $$
B. $$ 4400\div 3\rho g(N) $$
C. $$ 2300\div 3\rho g(N) $$
D. $$ 1400\div 3\rho g(N) $$
题目解答
答案
B. $$ 4400\div 3\rho g(N) $$
解析
步骤 1:确定水压力的计算公式
水压力的计算公式为:$$F = \int_{0}^{h} \rho g h A(h) dh$$
其中,$F$为水压力,$\rho$为水的密度,$g$为重力加速度,$h$为水深,$A(h)$为在水深$h$处的水平截面积。
步骤 2:确定梯形闸门的水平截面积
梯形闸门的水平截面积$A(h)$随水深$h$变化。设梯形闸门的上底为$a=6m$,下底为$b=10m$,高为$h_{max}=20m$。则在水深$h$处的水平截面积$A(h)$为:
$$A(h) = \frac{1}{2} (a + b(h)) h$$
其中,$b(h)$为在水深$h$处的下底长度,根据相似三角形原理,有:
$$b(h) = a + \frac{b-a}{h_{max}} h$$
代入$a=6m$,$b=10m$,$h_{max}=20m$,得到:
$$b(h) = 6 + \frac{10-6}{20} h = 6 + 0.2h$$
因此,$A(h)$为:
$$A(h) = \frac{1}{2} (6 + 6 + 0.2h) h = (6 + 0.1h) h$$
步骤 3:计算水压力
将$A(h)$代入水压力的计算公式,得到:
$$F = \int_{0}^{20} \rho g h (6 + 0.1h) dh$$
$$F = \rho g \int_{0}^{20} (6h + 0.1h^2) dh$$
$$F = \rho g \left[ 3h^2 + \frac{0.1}{3}h^3 \right]_{0}^{20}$$
$$F = \rho g \left( 3 \times 20^2 + \frac{0.1}{3} \times 20^3 \right)$$
$$F = \rho g \left( 1200 + \frac{800}{3} \right)$$
$$F = \rho g \left( \frac{3600 + 800}{3} \right)$$
$$F = \frac{4400}{3} \rho g$$
水压力的计算公式为:$$F = \int_{0}^{h} \rho g h A(h) dh$$
其中,$F$为水压力,$\rho$为水的密度,$g$为重力加速度,$h$为水深,$A(h)$为在水深$h$处的水平截面积。
步骤 2:确定梯形闸门的水平截面积
梯形闸门的水平截面积$A(h)$随水深$h$变化。设梯形闸门的上底为$a=6m$,下底为$b=10m$,高为$h_{max}=20m$。则在水深$h$处的水平截面积$A(h)$为:
$$A(h) = \frac{1}{2} (a + b(h)) h$$
其中,$b(h)$为在水深$h$处的下底长度,根据相似三角形原理,有:
$$b(h) = a + \frac{b-a}{h_{max}} h$$
代入$a=6m$,$b=10m$,$h_{max}=20m$,得到:
$$b(h) = 6 + \frac{10-6}{20} h = 6 + 0.2h$$
因此,$A(h)$为:
$$A(h) = \frac{1}{2} (6 + 6 + 0.2h) h = (6 + 0.1h) h$$
步骤 3:计算水压力
将$A(h)$代入水压力的计算公式,得到:
$$F = \int_{0}^{20} \rho g h (6 + 0.1h) dh$$
$$F = \rho g \int_{0}^{20} (6h + 0.1h^2) dh$$
$$F = \rho g \left[ 3h^2 + \frac{0.1}{3}h^3 \right]_{0}^{20}$$
$$F = \rho g \left( 3 \times 20^2 + \frac{0.1}{3} \times 20^3 \right)$$
$$F = \rho g \left( 1200 + \frac{800}{3} \right)$$
$$F = \rho g \left( \frac{3600 + 800}{3} \right)$$
$$F = \frac{4400}{3} \rho g$$