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題目:
【題目描述】
一個水槽中有一些水,水槽的截面積為S,水的高度為h,水的密度為ρ。現在有一個直徑為d的圓筒形過濾器,其高度為H,過濾器的底面積為S'。過濾器的一側有一個小孔,小孔直徑為d/2。現在將過濾器放入水槽中,小孔開始進水。
假設水可以無阻礙地通過過濾器,并且過濾器可以完全吸收進入的水。當水流入過濾器時,水的高度h會如何變化?
【答案】
Δh = (ρSHd^2/4) - (ρShd^2/4)
這個公式考慮了過濾器一側的小孔的截面積和水的密度。當水流入過濾器時,一部分水會通過小孔進入過濾器,而另一部分水則會從水槽中流出。過濾器可以完全吸收進入的水,因此流入過濾器的水不會流出。
【例題解析】
本題主要考察了液體壓強的基本概念和計算方法。首先需要理解液體壓強的定義,即單位面積上受到的液體壓力。在本題中,液體壓力是由水的重力產生的,因此需要知道水的密度和高度。通過小孔流入過濾器的水會受到截面積和密度的共同影響,因此需要考慮到小孔的截面積。
解題步驟:
1. 寫出流入過濾器的水的質量m = ρSHd^2/4;
2. 寫出流入過濾器的水的體積V = m/ρ;
3. 寫出流入過濾器的水的重力G = mg;
4. 寫出流入過濾器的水的壓強P = G/S';
5. 由于過濾器可以完全吸收進入的水,因此流入過濾器的水不會流出,所以流入過濾器的水的壓強等于水槽中水的壓強減去小孔處的壓強;
6. 根據以上公式求解下降的高度Δh。
通過以上步驟,我們可以得到答案Δh = (ρSHd^2/4) - (ρShd^2/4)。這個答案說明了當水流入過濾器時,水的高度h會下降。