盛水容器的截面积为2L^2,浮于水面的正方体木块A质量为m,边长为L

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/06 02:12:19
盛水容器的截面积为2L^2,浮于水面的正方体木块A质量为m,边长为L。木块静止时,一半体积浸于水中,此时木块A底部距容器底部为L,现用一体积不计细杆竖直向下将木块A缓慢压至容器底部为止。求细杆在此过程中对木块做的功

写一下过程,谢谢

如果还没有学过微积分,可以用计算重力势能的方法。
木块浮于水面时重力势能为:19mgL/4
木块被缓慢压至容器底部时重力势能为:27mgL/4
细杆在此过程中对木块做的功为:
27mgL/4 - 19mgL/4 = 9mgL/2

木块全部淹没之前,木块所受浮力的增量(即细杆的作用力)与木块向下移动的的长度是线性变化的,即可归纳为F=kl,其中F为作用力,k=4mg/L,l为木块移动的长度。
(k值推导过程:木块下移l,液面也上升l,即作用力F=2ρg*L*L*l。由ρg*L*L*L/2=mg,得到ρg*L*L=2mg/L,即F=4mg/L。)
这样我们可以将它当成是一个弹簧来计算,初状态弹性势能为0,当木块完全淹没的时候是末状态,此时的弹性势能E=kl*l/2,代入l=L/4,得到
E=mgL/8,由外力做功=能量的改变,所以细杆这部分的做功为mgL/8。
在此后由于木块是全部淹没在水中,所以木块所承受的浮力不会再变化,即细杆的作用力不变,其值始终为mg,此后木块移动的长度为L-L/4=3L/4,所以从木块全部淹没在水中至触底,做功为3mgL/4,与完全淹没前的做功二者相加,得到总值
7mgL/8。

推荐回答是错的。

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