水力学闻德荪习题答案第二章.docx

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水力学闻德荪习题答案第二章

选择题（单选题）

2.1静止流体中存在：

（a）

（a）压应力；（b）压应力和拉应力；（c）压应力和剪应力；（d）压应力、拉应力和剪应力。

2.2相对压强的起算基准是：

（c）

（a）绝对真空；（b）1个标准大气压；（c）当地大气压；（d）液面压强。

2.3金属压力表的读值是：

（b）

（a）绝对压强；（b）相对压强；（c）绝对压强加当地大气压；（d）相对压强加当地大气压。

2.4某点的真空度为65000Pa，当地大气压为0.1MPa,该点的绝对压强为：

（d）

（a）65000Pa；（b）55000Pa；（c）35000Pa；（d）165000Pa。

2.5绝对压强与相对压强、真空度、当地大气压之间的关系是：

（c）

（a）=+；（b）=+；（c）=-；（d）=+。

2.6在密闭容器上装有U形水银测压计，其中1、2、3点位于同一水平面上，其压强关系为：

（c）

（a）>>；（b）==；（c）<<；（d）<<。

2.7用U形水银压差计测量水管内A、B两点的压强差，水银面高差hp=10cm,-为：

（b）

（a）13.33kPa；（b）12.35kPa；（c）9.8kPa；（d）6.4kPa。

2.8露天水池，水深5m处的相对压强为：

（b）

（a）5kPa；（b）49kPa；（c）147kPa；（d）205kPa。

2.9垂直放置的矩形平板挡水，水深3m，静水总压力P的作用点到水面的距离为：

（c）

（a）1.25m；（b）1.5m；（c）2m；（d）2.5m。

2.10圆形水桶，顶部及底部用环箍紧，桶内盛满液体，顶箍与底箍所受张力之比为：

（a）

（a）1/2；（b）1.0；（c）2；（d）3。

2.11在液体中潜体所受浮力的大小：

（b）

（a）与潜体的密度成正比；（b）与液体的密度成正比；（c）与潜体淹没的深度成正比；（d）与液体表面的压强成反比。

2.12正常成人的血压是收缩压100~120mmHg，舒张压60~90mmHg，用国际单位制表示是多少Pa?

解：

∵mmPa

∴收缩压：

mmHgkPakPa

舒张压：

mmHgkPakPa

答：

用国际单位制表示收缩压：

mmHgkPakPa；舒张压：

mmHgkPakPa。

2.13密闭容器，测压管液面高于容器内液面=1.8m，液体的密度为850kg/m3，求液面压强。

解：

相对压强为：

kPa。

绝对压强为：

kPa。

答：

液面相对压强为kPa，绝对压强为kPa。

2.14密闭容器，压力表的示值为4900N/m2，压力表中心比A点高0.4m，A点在水下1.5m，，求水面压强。

解：

（kPa）

相对压强为：

kPa。

绝对压强为：

kPa。

答：

水面相对压强为kPa，绝对压强为kPa。

2.15水箱形状如图所示，底部有4个支座，试求水箱底面上总压力和4个支座的支座反力，并讨论总压力和支座反力不相等的原因。

解：

（1）总压力：

（kN）

（2）支反力：

kN

不同之原因：

总压力位底面水压力与面积的乘积，为压力体。

而支座反力与水体重量及箱体重力相平衡，而水体重量为水的实际体积。

答：

水箱底面上总压力是kN，4个支座的支座反力是kN。

2.16盛满水的容器，顶口装有活塞，直径=0.4m，容器底的直径=1.0m，高=1.8m，如活塞上加力2520N（包括活塞自重），求容器底的压强和总压力。

解：

（1）容器底的压强：

（kPa）（相对压强）

（2）容器底的总压力：

（kN）

答：

容器底的压强为kPa，总压力为kN。

2.17用多管水银测压计测压，图中标高的单位为m，试求水面的压强。

解：

（kPa）

答：

水面的压强kPa。

2.18盛有水的密闭容器，水面压强为，当容器自由下落时，求水中压强分部规律。

解：

选择坐标系，轴铅垂朝上。

由欧拉运动方程：

其中

∴，

即水中压强分布

答：

水中压强分部规律为。

2.19圆柱形容器的半径=15cm，高=50cm，盛水深=30cm，若容器以等角速度绕轴旋转，试求最大为多少时不致使水从容器中溢出。

解：

建立随圆柱容器一起转动的坐标系，点在水面最低点。

则有：

即有：

其中：

；；

故有：

当在自由面时，，∴自由面满足

∴

上式说明，对任意点的压强，依然等于自由面压强。

∴等压面为旋转、相互平行的抛物面。

答：

最大为18.67rad/s时不致使水从容器中溢出。

2.20装满油的圆柱形容器，直径=80cm，油的密度=801，顶盖中心点装有真空表，表的读值为4900Pa，试求：

（1）容器静止时，作用于顶盖上总压力的大小和方向；

（2）容器以角速度=20旋转时，真空表的读值不变，作用于顶盖上总压力的大小和方向。

解：

（1）∵kPa

∴相对压强kPa

（kN）

负号说明顶盖所受作用力指向下。

（2）当r/s时，压强分布满足

坐顶中心为坐标原点，∴时，kPa

（kN）

总压力指向上方。

答：

（1）容器静止时，作用于顶盖上总压力的大小为kN，方向向下；

（2）容器以角速度=20旋转时，真空表的读值不变，作用于顶盖上总压力为kN，方向指向上方。

2.21绘制题图中面上的压强分布图。

解：

2.22河水深=12m，沉箱高=1.8m，试求：

（1）使河床处不漏水，向工作室送压缩空气的压强是多少？

（2）画出垂直壁上的压强分布图。

解：

（1）当A室内C处的压强大于等于水压时，不会发生漏水现象。

∴kPa

（2）BC压强分布图为：

答：

使河床处不漏水，向工作室送压缩空气的压强是kPa。

2.23输水管道试压时，压力表的读值为8.5at，管道直径=1m，试求作用在管端法兰堵头上的静水总压力。

解：

（kN）

答：

作用在管端法兰堵头上的静水总压力为kN。

2.24矩形平板闸门，一侧挡水，已知长=2m，宽=1m，形心点水深=2m，倾角=，闸门上缘处设有转轴，忽略闸门自重及门轴摩擦力，试求开启闸门所需拉力。

解：

（1）解析法。

（kN）

（m）

对A点取矩，当开启闸门时，拉力满足：

（kN）

当kN时，可以开启闸门。

（2）图解法。

压强分布如图所示：

（kPa）

（kPa）

（kN）

对A点取矩，有

∴

（kN）

答：

开启闸门所需拉力kN。

2.25矩形闸门高=3m，宽=2m，上游水深=6m，下游水深=4.5m，试求：

（1）作用在闸门上的静水总压力；

（2）压力中心的位置。

解：

（1）图解法。

压强分布如图所示：

∵

（kPa）

（kN）

合力作用位置：

在闸门的几何中心，即距地面处。

（2）解析法。

（kN）

（m）

（kN）

（m）

合力：

（kN）

合力作用位置（对闸门与渠底接触点取矩）：

（m）

答：

（1）作用在闸门上的静水总压力kN；

（2）压力中心的位置在闸门的几何中心，即距地面处。

2.26矩形平板闸门一侧挡水，门高=1m，宽=0.8m，要求挡水深超过2m时，闸门即可自动开启，试求转轴应设的位置。

解：

当挡水深达到时，水压力作用位置应作用在转轴上，当水深大于时，水压力作用位置应作用于转轴上，使闸门开启。

（kPa）

（m）

∴转轴位置距渠底的距离为：

（m）

可行性判定：

当增大时增大，则减小，即压力作用位置距闸门形越近，即作用力距渠底的距离将大于米。

答：

转轴应设的位置m。

2.27折板一侧挡水，板宽=1m，高度==2m，倾角=，试求作用在折板上的静水总压力。

解：

水平分力：

（kN）（→）

竖直分力：

（kN）（↓）

（kN）

，

答：

作用在折板上的静水总压力kN。

2.28金属矩形平板闸门，门高=3m，宽=1m，由两根工字钢横梁支撑，挡水面与闸门顶边齐平，如要求两横梁所受的力相等，两横梁的位置、应为多少？

解：

静水总压力：

（kN）

总压力作用位置：

距渠底（m）

对总压力作用点取矩，∵

∴，

设水压力合力为，对应的水深为；

∴（m）

∴（m）

（m）

答：

两横梁的位置m、m。

2.29一弧形闸门，宽2m，圆心角=，半径=3m，闸门转轴与水平齐平，试求作用在闸门上的静水总压力的大小和方向。

解：

（1）水平压力：

（kN）（→）

（2）垂向压力：

（kN）（↑）

合力：

（kN）

答：

作用在闸门上的静水总压力kN，。

2.30挡水建筑物一侧挡水，该建筑物为二向曲面（柱面），=，为常数，试求单位宽度曲面上静水总压力的水平分力和铅垂分力。

解：

（1）水平压力：

（→）

（2）铅垂分力：

（↓）

答：

单位宽度曲面上静水总压力的水平分力，铅垂分力。

2.31半径为，具有铅垂轴的半球壳内盛满液体，求作用在被两个互相正交的垂直平面切出的1/4球面上的总压力和作用点的位置。

解：

（1）（→）

形心坐标

（2）同理，可求得（↙）

（3）

（↓）

在平行平面的合力为，在与轴成铅垂面内，

∴D点的位置为：

答：

作用在被两个互相正交的垂直平面切出的1/4球面上的总压力，作用点的位置，。

2.32在水箱的竖直壁面上，装置一均匀的圆柱体，该圆柱体可无摩擦地绕水平轴旋转，其左半部淹没在水下，试问圆柱体能否在上浮力作用下绕水平轴旋转，并加以论证。

答：

不能。

因总水压力作用线通过转轴，对圆柱之矩恒为零。

证明：

设转轴处水深为，圆柱半径为，圆柱长为。

则有（→）

，到转轴的作用距离为。

即

（↑）

到轴的作用距离为

两力对轴的矩为：

2.33密闭盛水容器，水深=60cm，=100cm，水银测压计读值=25cm，试求半径=0.5m的半球形盖所受总压力的水平分力和铅垂分力。

解：

（1）确定水面压强。

（kPa）

（2）计算水平分量。

（kN）

（3）计算铅垂分力。

（kN）

答：

半球形盖所受总压力的水平分力为kN，铅垂分力为kN。

2.34球形密闭容器内部充满水，已知测压管水面标高=8.5m，球外自由水面标高=3.5m，球直径=2m，球壁重量不计，试求：

（1）作用于半球连接螺栓上的总压力；

（2）作用于垂直柱上的水平力和竖向力。

解：

（1）取上半球为研究对象，受力如图所示。

∵

（kN）

∴（kN）

（2）取下半球为研究对象，受力如图。

∵（kN）

答：

（1）作用于半球连接螺栓上的总压力为kN；

（2）作用于垂直柱上的水平力和竖向力。

2.35极地附近的海面上露出冰山的一角，已知冰山的密度为920，海水的密度为1025，试求露出海面的冰山体积与海面下的体积之比。

解：

设冰山的露出体积为，在水上体积为。

则有

∴

答：

露出海面的冰山体积与海面下的体积之比为。