第二章 流体静力学2-1 密闭容器测压管液面高于容器内液面h=1.8m,液体密度为850kg/m3, 求液面压强。

解：08509.8 1.814994Pa p gh ρ==⨯⨯=2-2 密闭水箱，压力表测得压强为4900Pa,压力表中心比A 点高0.4米，A 点在液面下1.5m ，液面压强。

解：0()490010009.8(0.4 1.5) 49009800 1.15880PaM B A p p g h h ρ=+-=+⨯⨯-=-⨯=-2-3 水箱形状如图，底部有4个支座。

试求底面上的总压力和四个支座的支座反力，并讨论总压力和支座反力不相等的原因。

解：底面上总压力（内力，与容器内的反作用力平衡）()10009.81333352.8KN P ghA ρ==⨯⨯+⨯⨯=支座反力支座反力（合外力）3312()10009.8(31)274.4KN G g V V ρ=+=⨯⨯+=2-4盛满水的容器顶口装有活塞A ，直径d=0.4m ，容器底直径D=1.0m ，高h=1.8m 。

如活塞上加力为2520N(包括活塞自重)。

求容器底的压强和总压力。

解：压强2252010009.8 1.837.7kPa (0.4)/4G p gh A ρπ=+=+⨯⨯= 总压力 237.71/429.6K NP p A π=⋅=⨯⋅=2-5多管水银测压计用来测水箱中的表面压强。

图中高程单位为m ，试求水面的绝对压强。

解：对1-1等压面02(3.0 1.4)(2.5 1.4)p g p g ρρ+-=+-汞对3-3等压面2(2.5 1.2)(2.3 1.2)a p g p g ρρ+-=+-汞将两式相加后整理0(2.3 1.2)(2.5 1.4)(2.5 1.2)(3.0 1.4)264.8kPap g g g g ρρρρ=-+-----=汞汞绝对压强 0.0264.8+98=362.8kPa abs a p p p =+=2-6水管A 、B 两点高差h 1=0.2m ，U 形管压差计中水银液面高差h 2=0.2m 。

试求A 、B 两点的压强差。

解：122()A B p g h x h p gx gh ρρρ+++=++ 汞 212()13.69.80.219.8(0.20.2)22.7kPaA B p p gh g h h ρρ∴-=-+=⨯⨯-⨯⨯+=汞或直接用压差计公式求解1pA B A B p p p z z h g g ρρρρ⎛⎫⎛⎫⎛⎫+-+=-⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭2-7盛有水的密闭容器，水面压强为p 0,当容器自由下落时，求容器内水的压强分布规律。

自由下落时加速度方向向下，惯性力方向向上，其单位质量力为g +，则() 00dp Xdx Ydy Zdz X Y Z g g dp p p ρ=++===-==∴=2-8已知U 形管水平段长l=30cm ，当它沿水平方向作等加速运动时，液面高差h=5cm ，试求它的加速度a.自由液面方程 s s y gaH z -= 由题22hH z l y s s -==代入22l g a H h H -=- l ga h =251.63m/s 30h a g g l ===2-9圆柱形容器的半径R=15cm ，高H=50cm ，盛水深h=30cm ，若容器以等角速度ω绕z 轴旋转，试求ω最大为多少时不致使水从容器中溢出？解：静止时液面以上体积等于旋转时自由液面以上的体积。

222222242402 ()224418.67 rad/sR R r R r dr R R H h Rg g g gωωπωπωπππω-=-====⎰2-10 装满油的圆柱形容器，直径D=80cm ，油的密度ρ=801kg/m 3，顶盖中心点装有真空表，读值为4900pa 。

试求（1）容器静止时作用于该容器顶盖上总压力的大小和方向。

（2）当容器以等角速度ω=20rad/s 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：静止时总压力22(0.8)4900-2462N 44v D P p ππ=-=-⨯=方向向内（向下）旋转时压强 ]2)[(220gr z z g p p ωρ+-+=顶盖上 v p p z z -==00222r p p v ρω+-=总压力24232222[]24246264393977RR v v R P p rdr p R r dr p R Nρωπππππρω=⋅=-+=-+=-+=⎰⎰方向向外（向上）2-11绘制题图中AB 面上的压强分布图。

2-12矩形平板闸门AB 一侧挡水，已知长l =2m,宽b=1m ，形心点水深hc=2m,倾角α=45度，闸门上缘A 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T 。

解：10009.821239.2kN c c Pp A gh bl ρ==⋅=⨯⨯⨯⨯=322/122sin 450.1178m 12/sin 122c D Cc c c I bl l y y e y A y bl h α-======⨯对A 点取矩cos ()22 1.117839.230989Nsin 1.414lT l P e l e T P l αα⋅=⋅++∴==⨯=2-13已知矩形闸门高h=3m ，宽b=2m ，上游水深h 1=6m ，下游水深h 2=4.5m 。

试求作用在闸门上的静水总压力，压力中心的位置。

解：图算法1122()88.2kN P b S b g hh h ρ=⋅=⋅-= 压力中心在闸门中心，距底1.5m 处2-14矩形平板闸门宽b=0.8m,高h=1m,若要求箱中h 1超过2m 时，闸门即可自动开启，铰链的位置y 应是多少。

解： 312 1.56m C D c c c c I bl y y y y A y bh=+=+=距底20.44m D y y =-=2-15金属矩形平板闸门宽1m ，由两根工字钢横梁支撑。

闸门高h=3m,容器中水面余闸门顶齐平，如要求两横梁所受的力相等，两工字钢的位置y 1、y 2应为多少？ 解：由图算法可知平板闸门所受总压力22h gA p P c ρ==上面工字梁承受水压力P 1是总压力的一半42122211h g P h g P ρρ=== 得 2321==h h P 1的作用点 4/31122 1.414m 33y h ===P 1 、P 2及总压力P 对A 点取矩 1122D P y P y P y ⋅+⋅=⋅2112224 1.414 2.586m 3D y y y h y =-=⨯-=-=2-16一弧形闸门宽b=2m ，圆心角=30度，半径r=3m ，闸门转轴与水平面齐平，求作用在闸门上静水总压力的大小与方向（即合力与水平面的夹角）。

解： 水深为 sin 3sin 30 1.5m h r α=⋅=⋅=水平分力21110009.8 1.5222.05KN 22x c P p A gh hb ρ==⋅=⨯⨯⨯⨯= 压力体 )c o s s i n 2112()cos sin 2136030(222ααπααπ-=-=br r rb V 32815.0)866.0212112(32m =⨯⨯-⨯=π 铅垂分力 10009.80.8157.9z P g V ρ==⨯⨯= 总合力23.45KN P == 7991tan 0.362 19.9222050zxP P θθ==== 即2-17挡水建筑物一侧挡水，该建筑物为二向曲面（柱面），z=ax 2，a 为常数。

试求单位宽度挡水建筑物上静水总压力的水平分力Px 和铅垂分力Pz 。

解： 水平分力 212x P gh ρ= 铅垂分力 gV P z ρ=式中 ah h xahx dx z h V ah ah 32]3[)(03=-=-=++⎰23z P ρ=2-18球形密闭容器内部充满水，已知测压管水面标高▽1=8.5m ，球外自由水面标高▽2=3.5m 。

球直径D=2m ，球壁重量不计。

试求：作用于半球连接螺栓上的总拉力；作用于支撑下半球垂直柱上的水平力和竖向力。

解： 以上半球面为研究对象2212()1000981(8.5 3.5)153.86KN z P gV g R ρρππ==∇-∇=⨯⨯⨯⨯-=.作用于垂直柱上的水平力、竖向力皆为02-20解：设冰山露出海面部分及海面下部分体积分别为1V ,2V 根据冰山受到的浮力与重力平衡可得：G F=即()122g V V g V ρ⋅⋅+=ρ⋅⋅冰水则 1102521112920184V V ρ=-=-=ρ水冰2-19密闭盛水容器h1=60cm ，h2=100cm ，水银测压计读值△h=25cm 。

试求半径R=0.5m 的半球形盖AB 所受总压力的水平分力和铅垂分力。

解：容器内液面压强 013.69.80.025 3.332kPa p g h ρ=∆=⨯⨯=汞半球形盖AB 形心处压强01 3.92kPac p p gh ρ=+= 水平分力 223.92 3.08KN 0.5xc c P p A p R ππ==⋅=⨯⨯=铅垂分力 332298000.5332.56KN z P gV gR ρρππ===⨯⨯=。