科学浮力的问题

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/16 19:35:01
一根粗细均匀长为L的筷子,一端悬浮在碗内的水中,浸入长度为0.4L,距另一端0.2L处架在碗的边缘,此时筷子处于平衡状态,求此筷子的密度。

把筷子与碗的接触那点左边看成一部分,设底面积为S

也就是左边所受重力:ρS*0.8L*g=0.8gρSL

浮力:1*10^3*S*0.4L*9.8=0.4g*10^3SL

合力:0.8gρSL-0.4g*10^3SL

右边:仅受到重力作用:0.2gρSL

由于在碗中的是悬浮,所以这里我们可以看成是一个杠杆,由杠杆平衡原理可以知道

(0.8gρSL-0.4g*10^3SL)*0.8L=0.2gρSL*0.2L

因此:3.2gρSL-1.6g*10^3SL=0.2gρSL

所以3gρSL=1.6g*10^3SL

也就是ρ=1.6*10^3/3=0.53*10^3

单位:kg/m^3

将筷子看成3节,
第一节为水中的长度 长0.4L,这一节受到水的浮力
第二接为另一端的0.4L(0.2L*2),这一节在碗的支持下平衡
第三接为中间的0.2L,这一节在重力和第一节的支持下平衡

可以知道,第二节就算不存在,筷子也将保持现在的平衡状态,0.4L在水中,0.2L在水上,由此可以知道筷子的密度为水的2/3

以碗边缘为支点力矩平衡:
F浮*(1-0.2-0.4/2)=mg*(1/2-0.2)
(注意F浮施力点为0.4中点,mg为L正中点,且两者平行)

而F浮=0.4ρ水Vg

所以筷子密度=m/V=0.4*0.6ρ水/0.3=0.8 (g/cm^3)