某偵探組在沙灘上發(fā)現(xiàn)了嫌疑犯的腳印,他們采集了蠟制的腳印模型,測(cè)定腳印模型的平均厚度為2cm,質(zhì)量為450g(ρ蠟=0.9×103kg/m3)求:
(1)嫌疑犯的腳印面積;
(2)若把質(zhì)量為2kg,底面積為10cm2的圓柱體立在沙灘上,沙下陷2cm,求嫌疑犯的質(zhì)量?
解:(1)ρ蠟=0.9×103kg/m3=0.9g/cm3,由ρ=得:
腳印體積為V===500cm3;
腳印的面積為:S===250cm2=0.025m2;
(2)圓柱體對(duì)沙灘的壓力為:F柱=G柱=m柱g=2kg×9.8N/kg=19.6N;
圓柱體的面積S柱=10cm2=0.001m2;
圓柱體對(duì)沙灘的壓強(qiáng)為:
P柱===19600Pa;
由于圓柱體的沙陷程度與腳印的厚度相同,即壓強(qiáng)相同;
故嫌疑犯對(duì)沙灘的壓強(qiáng)為P=P柱=19600Pa;
嫌疑犯行走時(shí)是單腳著地,即受力面積為S=0.025m2;
∵P=,
∴嫌疑犯對(duì)沙灘的壓力為:
F=PS=19600pa×0.025m2=490N;
嫌疑犯的重力為G=F=490N;
則嫌疑犯的質(zhì)量為:m===50kg;
答:(1)嫌疑犯的腳印面積為0.025m2;
(2)嫌疑犯的質(zhì)量50kg.
(1)利用蠟的密度和質(zhì)量,可求出蠟的體積;再根據(jù)腳印模型的厚度,利用S=求出腳印面積;
(2)壓強(qiáng)表示壓力的作用效果,嫌疑犯對(duì)沙灘的壓強(qiáng)與圓柱體對(duì)沙灘的壓強(qiáng)相等,先求出圓柱體對(duì)沙灘的壓強(qiáng),再根據(jù)壓強(qiáng)公式變形得F=PS,求出嫌疑犯對(duì)沙灘的壓力,再根據(jù)壓力與重力的關(guān)系G=F,得到重力,進(jìn)而求出嫌疑犯的質(zhì)量m.
點(diǎn)評(píng):靈活運(yùn)用密度的公式和固體壓強(qiáng)公式,深入理解壓強(qiáng)的物理意義是解答此題的關(guān)鍵.