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求功: (Ⅰ)设半径为1的球正好有一半沉入水中,球的比重为1,现将球从水中取出,问要做多少功? (Ⅱ)半径为R的半球形水池,其中充满了水,要把池内的水全部取尽需做多少功?
求功: (Ⅰ)设半径为1的球正好有一半沉入水中,球的比重为1,现将球从水中取出,问要做多少功? (Ⅱ)半径为R的半球形水池,其中充满了水,要把池内的水全部取尽需做多少功?
admin
2017-05-31
55
问题
求功:
(Ⅰ)设半径为1的球正好有一半沉入水中,球的比重为1,现将球从水中取出,问要做多少功?
(Ⅱ)半径为R的半球形水池,其中充满了水,要把池内的水全部取尽需做多少功?
选项
答案
(Ⅰ)以球心为原点,x轴垂直向上,建立坐标系(如图3.5). [*] [*]取下半球中的微元薄片,即[*]取小区间[x,x+dx][*][-1,0],相应的球体小薄片,其重量(即体积)为π(1-x
2
)dx,在水中浮力与重力相符,当球从水中移出时,此薄片移动距离为(1+x),故需做功dω
1
=(1+x)π(1-x
2
)dx.因此,对下半球做的功 ω
1
=∫
-1
0
π(1+x)(1-x
2
)dx. [*]取上半球中的微元薄片,即[*]取小区间[x,x+dx][*][0,1],相应的小薄片,其重量为π(1-x
2
)dx,当球从水中移出时,此薄片移动距离为1.所受力为重力,故需做功dω
2
=π(1-x
2
)dx.因此,对上半球做的功 ω
2
=∫
0
1
π(1-x
2
)dx. 于是,对整个球做的功为 [*] (Ⅱ)建立坐标系如图3.6.取x为积分变量,x∈[0,R]. [*] [*][x,x+dx]相应的水薄层,看成圆柱体,其体积为 π(R
2
-x
2
)dx, 又比重ρ=1,于是把这层水抽出需做功dω=πx(R
2
-x
2
)dx.因此,所求的功 [*]
解析
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考研数学二
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