小明设计了一个公厕中的自动冲刷厕所的水箱。这种水箱能把自来水管持续供给的较小流量的水储备到一定量后,自动开启防水阀,这样就可用较大水量冲刷便池中的污物。图6为这种水箱的结构示意图,已知水箱底为边长l=40cm的正方形,A是一直径d1=8cm的圆形放水阀门,其质量和厚度均可忽略不计,且恰好能将排水管口及连杆与浮子B相连,连杆的长度h0=10cm。浮子B是一外部直径d2=8cm、高H=30cm、质量m=0.4kg的空心圆柱体。设水箱每次放水都能将水箱中的水全部放净,试通过计算说明:
(1)水箱体至少多高,水才不会从水箱上部溢出?
(2)如果自来水管的流量为0.2m3/h,该水箱某次放水结束到下次开始放水的时间间隔为几分钟?
小明设计了一个公厕中的自动冲刷厕所的水箱。这种水箱能把自来水管持续供给的较小流量的水储备到一定量后,自动开启防水阀,这样就可用较大水量冲刷便池中的污物。图6为这种水箱的结构示意图,已知水箱底为边长l=
答案:1 悬赏:40 手机版
解决时间 2021-04-26 21:12
- 提问者网友:心如荒岛囚我终老
- 2021-04-26 08:55
最佳答案
- 五星知识达人网友:山君与见山
- 2021-04-26 09:44
解:(1)已知:h0=10cm=0.1m,d2=8cm=0.08m,m=0.4kg,ρ水=103kg/m3,d1=8cm=0.08m,g=10N/kg.
设水箱中水面高度为h时,连杆对阀门A的拉力为T,此时阀门刚好可被拉开.
此时浮子B浸入水中的深度是:h-h0,
排开的水的体积是:V排=S(h-h0)=π(
)2(h-h0)
受到的浮力:F浮=ρ水gπ(
)2(h-h0)
对浮子B根据平衡条件有:mg+T=F浮=ρ水gπ(
)2(h-h0)…①
即:0.4kg×10N/kg+T=103kg/m3×10N/kg×π×(
)2(h-0.1m)…②
对放水阀门A根据杠杆的平衡条件有:Td1=ρ水gπ(
)2h
即:T×0.08m=103kg/m3×10N/kg×π×(
)2×h×0.04m …③
联立②③式可解得:h≈0.36m.
所以水箱体的高度要至少为0.36m.
(2)已知:边长l=40cm,Q=0.2m3/h.
当水位达到设计高度时,水箱内水的体积为:V箱=l2h=(0.4m)2×0.36m=0.058m3 自来水管的流量Q=0.2m3/h 蓄满一箱水所用时间
t=
=
=0.29h=17.4min 所以,水箱放水的时间间隔约17.4min.
答::(1)水箱体至少0.36m,水才不会从水箱上部溢出.
(2)如果自来水管的流量为0.2m3/h,该水箱某次放水结束到下次开始放水的时间间隔为17.4分钟.
设水箱中水面高度为h时,连杆对阀门A的拉力为T,此时阀门刚好可被拉开.
此时浮子B浸入水中的深度是:h-h0,
排开的水的体积是:V排=S(h-h0)=π(
d2 |
2 |
受到的浮力:F浮=ρ水gπ(
d2 |
2 |
对浮子B根据平衡条件有:mg+T=F浮=ρ水gπ(
d2 |
2 |
即:0.4kg×10N/kg+T=103kg/m3×10N/kg×π×(
0.08m |
2 |
对放水阀门A根据杠杆的平衡条件有:Td1=ρ水gπ(
d1 |
2 |
d1 |
2 |
即:T×0.08m=103kg/m3×10N/kg×π×(
0.08m |
2 |
联立②③式可解得:h≈0.36m.
所以水箱体的高度要至少为0.36m.
(2)已知:边长l=40cm,Q=0.2m3/h.
当水位达到设计高度时,水箱内水的体积为:V箱=l2h=(0.4m)2×0.36m=0.058m3 自来水管的流量Q=0.2m3/h 蓄满一箱水所用时间
t=
V箱 |
Q |
0.58m3 |
0.2m3/h |
答::(1)水箱体至少0.36m,水才不会从水箱上部溢出.
(2)如果自来水管的流量为0.2m3/h,该水箱某次放水结束到下次开始放水的时间间隔为17.4分钟.
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