题目
一直径 D = 4 m 的圆柱在与水平成角的倾斜面上挡水水面与圆柱面上 B 点 齐平试求作用在 1 m 长圆柱上的静水总压力
一直径 D = 4 m 的圆柱在与水平成
角的倾斜面上挡水水面与圆柱面上 B 点 齐平试求作用在 1 m 长圆柱上的静水总压力
题目解答
答案
具体计算过程如下:
1.利用三角函数计算圆柱与水平面成的夹角: tan(α) = 1 / h h = 1 / tan(α) 其中,α = 30°,h 为圆柱的高度。 h = 1 / tan(30°) ≈ 1.73 m
2.计算圆柱底部所承受的静水压力: Pb = ρgh 其中,ρ 为水的密度 (1000 kg/m³),g 为重力加速度 (9.8 m/s²),h 为圆柱底部距离水面的深度。 由于水面与圆柱面上 B 点齐平,因此圆柱底部距离水面的深度为 D/2 - Rsin(α),其中 R 为圆柱半径。 R = D/2 = 2 m 圆柱底部距离水面的深度:h1 = D/2 - Rsin(α) = 2 - 2sin(30°) ≈ 1.0 m 因此,圆柱底部所承受的静水压力为:Pb = ρgh1 = 1000 × 9.8 × 1.0 ≈ 9800 N/m² 3.计算圆柱侧面所承受的静水压力: Ps = ρghs 其中,hS 为圆柱侧面距离水面的深度。 圆柱侧面距离水面的深度可以根据图中所示的红线计算得出: hS = h - Rcos(α) = 1.73 - 2cos(30°) ≈ 0.27 m 因此,圆柱侧面所承受的静水压力为:Ps = ρghS = 1000 × 9.8 × 0.27 ≈ 2646 N/m² 4.计算总的静水压力: P = Pb + Ps ≈ 12446 N/m² 因此,作用在圆柱上的静水总压力为约 12446 N/m²。 注意:计算过程中,需要注意单位的转换,保留足够的有效数字,避免四舍五入导致计算误差。
解析
步骤 1:计算圆柱底部距离水面的深度
圆柱的直径为 D = 4 m,因此半径 R = D/2 = 2 m。由于水面与圆柱面上 B 点齐平,圆柱底部距离水面的深度为 h1 = D/2 - Rsin(α) = 2 - 2sin(30°) ≈ 1.0 m。
步骤 2:计算圆柱底部所承受的静水压力
圆柱底部所承受的静水压力为 Pb = ρgh1,其中 ρ 为水的密度 (1000 kg/m³),g 为重力加速度 (9.8 m/s²),h1 为圆柱底部距离水面的深度。因此,Pb = 1000 × 9.8 × 1.0 ≈ 9800 N/m²。
步骤 3:计算圆柱侧面距离水面的深度
圆柱侧面距离水面的深度为 hS = h - Rcos(α),其中 h 为圆柱的高度,R 为圆柱半径,α 为圆柱与水平面成的夹角。h = 1 / tan(α) = 1 / tan(30°) ≈ 1.73 m。因此,hS = 1.73 - 2cos(30°) ≈ 0.27 m。
步骤 4:计算圆柱侧面所承受的静水压力
圆柱侧面所承受的静水压力为 Ps = ρghS,其中 ρ 为水的密度 (1000 kg/m³),g 为重力加速度 (9.8 m/s²),hS 为圆柱侧面距离水面的深度。因此,Ps = 1000 × 9.8 × 0.27 ≈ 2646 N/m²。
步骤 5:计算总的静水压力
总的静水压力为 P = Pb + Ps ≈ 9800 + 2646 ≈ 12446 N/m²。
圆柱的直径为 D = 4 m,因此半径 R = D/2 = 2 m。由于水面与圆柱面上 B 点齐平,圆柱底部距离水面的深度为 h1 = D/2 - Rsin(α) = 2 - 2sin(30°) ≈ 1.0 m。
步骤 2:计算圆柱底部所承受的静水压力
圆柱底部所承受的静水压力为 Pb = ρgh1,其中 ρ 为水的密度 (1000 kg/m³),g 为重力加速度 (9.8 m/s²),h1 为圆柱底部距离水面的深度。因此,Pb = 1000 × 9.8 × 1.0 ≈ 9800 N/m²。
步骤 3:计算圆柱侧面距离水面的深度
圆柱侧面距离水面的深度为 hS = h - Rcos(α),其中 h 为圆柱的高度,R 为圆柱半径,α 为圆柱与水平面成的夹角。h = 1 / tan(α) = 1 / tan(30°) ≈ 1.73 m。因此,hS = 1.73 - 2cos(30°) ≈ 0.27 m。
步骤 4:计算圆柱侧面所承受的静水压力
圆柱侧面所承受的静水压力为 Ps = ρghS,其中 ρ 为水的密度 (1000 kg/m³),g 为重力加速度 (9.8 m/s²),hS 为圆柱侧面距离水面的深度。因此,Ps = 1000 × 9.8 × 0.27 ≈ 2646 N/m²。
步骤 5:计算总的静水压力
总的静水压力为 P = Pb + Ps ≈ 9800 + 2646 ≈ 12446 N/m²。