物理學(xué)第3版習(xí)題解答_第1章流體的運(yùn)動(dòng)

1、第1章流體的運(yùn)動(dòng)M 橫截面是4n?的水箱，下端裝右一個(gè)導(dǎo)管水以2 m s4的速度由這個(gè)導(dǎo)管流出。如果導(dǎo)管的 橫截面是10cm2,那么水箱內(nèi)水面下降時(shí)的速度是多大？解：根據(jù)連續(xù)性原理.得2X10X10"44/H/5 = 5xl0'4/n/51-2有一水管，如圖所示，設(shè)管中的水作穩(wěn)定流動(dòng)。水流過A管后，分B、C兩支管流出。已知三管 的橫截面枳分別為54=100 enF, 5=40 cm2. S(=80 cm'。A、B兩管中的流速分別為v4=40 cm s*1及卩尸30 cm-so則C管中的流速叱等于多少？解：根據(jù)連續(xù)性原理.得所以vc =Va-S=100x40-40x30

2、/5 = 35/5Sc801-3水平放曽的自來水管，粗處的4徑是細(xì)處的2倍。若水在粗處的流速和壓強(qiáng)分別為1.0ms"和 1 96X105Pa,那么水在細(xì)處的流速和壓強(qiáng)各是多少？« 2 ()2解：亠=巧一"3巧也)22根據(jù)連續(xù)性方程，得=v, = 4x1,?/5 = 4m/ s S、根據(jù)伯努利方程，Pi +扌0+ 叭=化+扌0+ 哋得：P2 = Pi + PQ'J - v2?)= 1.96 xio' + xio3 X (I2 - 42)Pa = 1.885 xlO5P«2 21-4滅火水槍每分鐘噴出60n?的水，若噴I I處水柱的截面積為1

3、 5 cm2，問水柱噴到2m高時(shí)的截面 積有多大？解：v1 = 603,-T7$ = 6.67x10 misSt 15><10七60根據(jù)伯努利方程1 2 1 2 P =y2 + 嘰得 v2 = Jvj _ 2gh? = (6.67 xlO3)3-2x10x2 = 6.67 x103/m/5根據(jù)連續(xù)性原理，得S2 =l.5cnr1-5水在粗細(xì)不均勻的水平管中穩(wěn)定流動(dòng)，已知截面S處的壓強(qiáng)為llOPa,流速為0.2皿宀；在截 面S?處的圧強(qiáng)為5 Pa,求廠處的流速。解：根據(jù)伯努利方程1 _ 2 1 2必+亍01 =血+亍02得v2 = 0.5m/ s1-6如圖所示，在一豎直放置的大容器側(cè)

4、面，開一II徑為2 cm的小孔.孔的位置在水面以下10 cm 處。求單位時(shí)間從小孔流出的水的體枳。解：根據(jù)伯努利方程，得v2 =2gh = yflm/ sQ = S2v2 = 4.44x10/w/51-7水在管道中作穩(wěn)定流動(dòng)，在某點(diǎn)處流速為3msd而在比它高lm的另一點(diǎn)處的流速為4m宀。 己知低處的壓強(qiáng)pi=l 8X104Pa,求高處的壓強(qiáng)力。(計(jì)算時(shí)取g=10m尸)。解：根據(jù)伯努利方程1 T.1.Pl + m = p2+ ph2得：p2 = 4500 Pa1-8 一個(gè)大面積的水槽，其中所盛水的深度為0 3 m。在槽的底部有一面積為5 cm2的圓孔，水從圓 孔連續(xù)流出。問：(1) 水從圓孔流出

5、的流量是多少？(2) 在槽底以下多遠(yuǎn)的地方，水流的橫截面積為圓孔面積的二分之一？解：v = yjlgh = y6in / 5Q = S“ = 56 xlO'4/?3 / 5 根據(jù)連續(xù)性方程，得 v2 = - = 2y/6m/s根據(jù)伯努利方程，得九=0.9m1-9 一個(gè)頂端開I I的圓筒容器，高為20 cm,直徑為10 cm,在圓筒的底部中心，開一橫截面積為1 cm2 的小圓孔，水從惻筒的頂部以140屛4的流量由水管注入圓筒內(nèi)。問圓筒中的水面可以升到多人的高 度？解：Vj =14加/$根據(jù)伯努利方程方程，得h = 0.1/n1-10在一橫截面積為10 cm2的水平管內(nèi)有水流動(dòng)，在管的另一

6、段橫截而積收縮為5 cm2。這兩截而 處的壓強(qiáng)差為300Pa,問一分鐘內(nèi)從管中流出的水的體枳多大？解：根據(jù)連續(xù)性原理：S" v->_ 一一一亍根據(jù)伯努利方程，得V-）= y/5m/s5V = 2.68xl0*2m3Ml化學(xué)上采用如圖所示的方法洗瓶。已知力=20 cm,則從A管吹進(jìn)氣體使瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)p多人才能使 水從管B以v=60 cm s1的速度噴出？圖118圖1-20 題M3圖解：根據(jù)伯努利方程.得p= p0 + p2 + pgh= (1.013xl05 + x103x0.62+103 xl0x0.2)Pd2 2= 1.0348x10%1-12 U形管能起水流虹吸管的作用（如圖）

7、。水在人氣壓的作用下從虹吸管流岀求：（1）水流的速度。 （2）點(diǎn)4處的壓強(qiáng)。解：（1）根據(jù)伯努利方程，得v= 2y35ml s（2）根據(jù)伯努利方程，得Pa = Po + -P（3 - v42） - pghA = 2.13xlO4Pa乙1-13圖中所示為一噴泉噴嘴的示意圖，其上底面積為下底面枳為SSQSJ,噴嘴的高度為九 己知該噴嘴能噴出高度為H的噴泉。求：（1）水的流M Qvx C）卞底面處的斥強(qiáng)力，己知人氣斥強(qiáng)為內(nèi)。 解：（1）水的流量Q = Sm =2gH（2）根據(jù)伯努利方程，得P廠 Po 十 PSh+pgHQ-占1-14匕機(jī)上屋度空速的比托管，其流體床力汁中裝的是水銀。如果兩水銀柱的最人

8、高度差為0 1m, 問能測(cè)出空'（的故大流速足多少？已知水銀的密度是13 6X 103kgm3,空'（的密度足1.3 kgm-3« 解：根據(jù)伯努利方程，得v = J""】- /疋=144.9m/ s1-15某水泵廠用如圖所示的流量計(jì)檢査水泵的流量。流量計(jì)的粗管直徑Ji=8 cm,狹窄部分的直徑 t/2=4cm,水銀壓強(qiáng)計(jì)兩管內(nèi)水銀柱的高度差力=9 cm。求水泵的流最0，。解：根據(jù)伯努利方程，得6#e = 6.36xl0_3/?/51-16如圖為一水流抽氣機(jī)，水管在粗處（圖中A處）的直徑為2 5 cm,水流量為2X10-3m3 s",壓強(qiáng)

9、為2 0X105Pa；其收縮處（圖中C處）的直徑為12cm,計(jì)算收縮處的壓強(qiáng)。解：根據(jù)連續(xù)性原理：S叫=S2v2 = Qvx = 4.03m/ sv2 = 17.7/zj / 5根據(jù)伯努利方程，得1-17注射器的活塞截面5i=l 2 cm2,而針頭針孔的截ffiS2=O 25 cm2o當(dāng)注射器水平放置時(shí).用F=49 N的力壓迫活塞，使之移動(dòng)L=4 cm,問水從注射器中流出帑要多少時(shí)間？卩= =4.08x10%根據(jù)伯努利方程，得Q= S2v2 =6.35xl0m3/5y t = = 7.56x10_35Q1-18油在II徑為50mm的管中以60nFh"的流量流出。如果已知油的粘度是0.

10、3 Pas,油的密 度是800 kgm3此時(shí)油的流動(dòng)是層流還是湍流？解： Re = £ = 1132 <2000所以流動(dòng)為層流1-19主動(dòng)脈橫截面積設(shè)為3cn?,粘度為3.5X lofas的血液以30 cm4的平均速度在其中流過。 如血液的密度為1 05X103kgm3此時(shí)血流的雷諾數(shù)為多大?血流是層流還是湍流？解： Re =凹=1175 V 2000n所以流動(dòng)為層流1-20設(shè)某人的心臟輸出的血最為0 SSXlOm3"，體循環(huán)的總壓強(qiáng)差為1 2X105Pa,求出人體循 環(huán)的總流阻是多少Nsnf5?“ r A/?1.2xl05_5解： Z = = =1.45x109.5

11、./? 5Q 0.83X10-41-21瞰欖油的粘度為0 18Pas,流過管長(zhǎng)為0 5 m,半徑為lcm的管子時(shí)，兩端的壓強(qiáng)差為2X104 Pa,求其流量。等FT"1-22有一粘度為的液體，以層流流過一半徑為/?的管道。試證明：該液體的流量和截面上各點(diǎn)速 度均為軸線速度一半時(shí)的液體流量相等。5 二"2)R48*2弋皿精"當(dāng) r = OHt Qi=Q31-23為了測(cè)定石油的粘度，使石油在長(zhǎng)為lm,半徑為1mm的水平圓管中流動(dòng)。若測(cè)得石油的流 量為2X10-6m3H,細(xì)管兩端的壓強(qiáng)差為1 4X10°Pa,則石油的粘度多大？1-24粘度0 8 Pa-s的甘汕流

12、過半徑10 cm的管子，由于粘滯性在2 m長(zhǎng)的管中產(chǎn)生的壓強(qiáng)降落為 9 6X103Pao求管心處的流速。解： v = -R = Q.15m/ s4 7/1-25液體中有一個(gè)直徑為1 mm的空氣泡。如液體的粘度為015 Pas,密度為OfXlc/kgm3 問空氣泡在該液體中勻速上升的速度多大?(空氣密度1 3kg燈3)解：2(°-小 2 = 3.3x10切"91-26牛奶的分離，可用自動(dòng)凝乳法和離心分離法，其原理都是利用奶油與奶液密度不同，以達(dá)到分 離的日的。(1)口動(dòng)凝乳時(shí)，設(shè)小油滴的直徑 山2 0“m，它在牛奶中的粘度?7=1 1XW3 Pas,奶液密度 p»=l 034 X103 kgm%油滴的密度p=0 94X103kg-m'3,求油滴上升的終極速度力.(2