- 有一泡沫塑料救生圈,质量是4kg,漂浮在水面上时,露出水面部分的?
- 有一泡沫塑料救生圈,质量是4kg,漂浮在水面上时,露出水分的体积是救生圈的3/4 ,当一小孩躺在上面(未浸入水),恰好使救生圈全部浸入水中,求(1)救生圈的平均密度;(2)小孩质量;(3)若有一质量为 50kg的学生用此救生圈,是否安全?已知人的上身约占体积的2/5露出水面才安全
(人体密度约 1.0×103kg/m3)
只要第三小题的解题过程
- 有一泡沫塑料救生圈,质量是4kg,漂浮在水面上时,露出水分的体积是救生圈的3/4 ,当一小孩躺在上面(未浸入水),恰好使救生圈全部浸入水中,求
(1)救生圈的平均密度;
设救生圈的体积为4v,那么浸入水中的体积是4v*(1/4)=v
所以,它受到的水的浮力是:F浮=ρ水*vg
漂浮时,救生圈的重力等于它受到的水的浮力
重力=mg=ρ泡沫*4v*g=ρ水*v*g
所以,ρ泡沫=ρ水/4=0.25*10^3kg/m^3
(2)小孩质量;
由前面知,ρ泡=0.25*10^3kg/m^3,其质量为4kg
所以其体积为V=m/ρ=4kg/(0.25*10^3kg/m^3)=16*10^(-3)m^3
小孩没有浸入水中,设小孩的质量为M
那么小孩、救生圈的重力等于救生圈的浮力
即,(M+4)g=ρ水*Vg
===> M+4=1.0*10^3kg/m^3*16*10^(-3)m^3
===> M+4=16
===> M=12
即,小孩的质量为12kg
(3)若有一质量为 50kg的学生用此救生圈,是否安全?已知人的上身约占体积的2/5露出水面才安全 (人体密度约 1.0×103kg/m3)
50kg的学生的体积是50kg/(1.0*10^3kg/m^3)=50*10^(-3)m^3
有2/5露出水面,则还有3/5浸入水中
所以浸入水中的体积为50*10^(-3)m^3*(3/5)=30*10^(-3)m^3
当救生圈全部浸入水中时,救生圈与人共同排开的水的体积为
V=16*10^(-3)m^3+30*10^(-3)m^3=48*10^(-3)m^3
则受到的最大浮力为F=ρ水*V*g=1.0*10^3kg/m^3*48*10^(-3)m^3*g=48g(N)
而人与救生圈的总重量为G=(M+m)g=(50+4)g=54g
因为浮力<重力
所以,不安全