厕所的坐便器在冲水之后由自来水自动上水,当水箱内的水达到一定深度时,浮标带动杠杆压住进水口,停止上水(如图10-8中图甲所示)。有一种水箱的浮标,形状是中间有隔断的圆柱体,隔断的中部有小孔通过塑料管连在一个阀门上(如图10-8中图乙所示)。阀门安装在便器坐圈的下面,平时是闭合的,当坐圈落在便器上并受到压力时阀门打开,塑料管与大气相通。
(1)说出这种设计的目的。
(2)说出这种设计的工作原理,特别要指出在什么地方用到了什么物理知识。
小明设计了一个公厕的自动冲刷厕所的水箱。这种水箱能把自来水管持续供给的较小流量的水储备到一定量后,自动开启放水阀,这样就可用较大水量冲刷便池中的污物。图10-9为这种水箱的结构示意图,已知水箱底为边长l=40cm的正方形,A是一直径d1=8cm的圆形放水阀门,其质量和厚度均可忽略不计,且恰好能将排水管口盖严。阀门的左端用活页固定在箱底的排水管口的边缘,右端通过一很小的挂钩及连杆与浮子B相连,连杆的长度h0=10cm。浮子B是一外部直径d2=8cm、高H=30cm、质量m=0.4kg的空心圆柱体。设水箱每次放水都能将水箱中的水全部放净,试通过计算说明:(1)水箱至少多高,水才不会从水箱上部溢出?(2)如果自来水管的流量为0.2m3/h,该水箱某次放水结束到下次开始放水的时间间隔为几分钟?
2000年8月12日在巴伦支海参加军事演习的俄罗斯北方舰队“库尔斯克”号核潜艇(如图10-10所示)意外沉没,所有舱室都灌满了海水,艇上118名官兵全部遇难。引起了国际社会的普遍关注。 已知“库尔斯克”号核潜艇的质量m=1.4X107kg,海水密度近似取作ρ水=l.0xl03kg/m3。制造潜艇的材料的平均密度取作ρ船=7.0x103kg/m3。g取10N/kg。请回答:
(1)核裂变和核聚变是大量获得核能的两种途径,核潜艇中反应堆的核能是通过哪种途径获得的?
(2)为了精确地探测到潜艇沉没的位置,在潜艇正上方海面向下发出超声波,从发出信号至接收到由潜艇反射回来的信号经历的时间t=146s,如果超声波在海水中的传播速度v=1450m/s,则潜艇沉没的实际深度h约为多大?(计算结果取整数)
(3)有人提出一种打捞“库尔斯克”号的方案,就是在潜艇周围缠满可充气的负载量大的浮力袋,若每只浮力袋的质量为50kg,充气后的体积V0=10m3,试估算要将“库尔斯克”号核潜艇打捞起来,至少需用多少只浮力袋?
图10-11是小明设计的一个用水槽来储存二次用水的冲厕装置。带有浮球的横杆AB(B为浮球的中心)能绕O点转动,倒“T”形阀门C底部为不计厚度的橡胶片,上部为不计粗细的直杆。进水口的横截面积为4cm2,浮球的体积是100cm3,OB是OA长度的6倍。AB杆左端压在阀门C上,阀门C堵住进水口时,AB杆水平,浮球顶部与溢(水口相平。不考虑阀门C、横杆AB及浮球受到的重力。(g取10N/kg)求:
(1)浮球浸没时,浮球受到的浮力多大?A端受力多大?
(2)为了防止水从溢水口溢水,水槽中的水面与溢水口的高度差不能超过多少?
(3)排水阀门D的最大质量为多少?