设有一半径为R,长度为l的圆柱体,平放在深度为2R的水池中(圆柱体的侧面与水面相切).设圆柱体的比重为ρ(ρ>1),现将圆柱体从水中移出水面,问需做多少功?

admin2018-11-21  29

问题 设有一半径为R,长度为l的圆柱体,平放在深度为2R的水池中(圆柱体的侧面与水面相切).设圆柱体的比重为ρ(ρ>1),现将圆柱体从水中移出水面,问需做多少功?

选项

答案任取小区间[x,x+dx][*][一R,R]相应的柱体薄片,其体积为 [*] 移至水面时薄片移动的距离为R一x,所受的力(重力与浮力之差)为(ρ一1)2l[*],因而移至水面时做的功为 (ρ—1)2l(R一x)[*]. 整个移出水面时,此薄片离水面距离为R+x,将薄片从水面移到此距离时所做的功为ρ(R+x)2l.[*],于是对薄片做的功为 [*] 因此,所求的功W=∫—RR[*][(2ρ—1)R+x]dx=2l(2ρ—1)R∫—RR[*]+0 =2l(2ρ—1)R.[*]R2=l(2ρ一1)πR3

解析 首先建立坐标系,取x轴垂直水平面并过球心,方向向上,原点为球心,如图3.31所示.然后用微元法,考察微元上的作用力.注意,在水里时受重力与浮力的作用,在水面上时只受重力的作用.
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