微积分的物理应用将一底半径为r、高为h且开口朝上的圆锥形容器内的水,抽到高出容器顶面a处时要做多少功?我很奇怪抽到高出顶面时是什么情况?
来源:学生作业帮助网 编辑:作业帮 时间:2024/11/19 02:18:34
微积分的物理应用将一底半径为r、高为h且开口朝上的圆锥形容器内的水,抽到高出容器顶面a处时要做多少功?我很奇怪抽到高出顶面时是什么情况?
微积分的物理应用
将一底半径为r、高为h且开口朝上的圆锥形容器内的水,抽到高出容器顶面a处时要做多少功?
我很奇怪抽到高出顶面时是什么情况?
微积分的物理应用将一底半径为r、高为h且开口朝上的圆锥形容器内的水,抽到高出容器顶面a处时要做多少功?我很奇怪抽到高出顶面时是什么情况?
你倒过来想就是了,将一个满是水的圆锥容器开口向下放在一水平面上,然后水全部流出,这时水做的功就是你要求的功了
为方便,我将底半径写为R,总高为H,水密度为ρ
方法一:
所求即为 圆锥体的重心从原来位置移到底面所在平面位置时所要做的功,由于圆锥体重心为距离地面H/4处,则:
W=ρVg*(H/4)=ρg*(1/3*π*R^2*H)*(H/4)=1/12*πρg*R^2*H^2
方法二:
设距离圆锥定点距离为h与圆锥底面平行的平面半径为r,由正玄定理易知r/R=h/H,即r=hR/H,则对圆锥无限细分,在dh高(d是微分符号,别理解错)范围内可视为圆柱体(由于dh为无穷小),此部分水升到圆锥顶面时所做的功的微分方程即为:
dW=dm*g*(H-h)=πr^2*dh*ρ*g*(H-h)=πρg*(hR/H)^2*(H-h)*dh
积分得出W即为h从0积到H(积分符号的积分界限我打不出,请谅解),则
W=∫(0→H) πρg*(hR/H)^2*(H-h) dh=πρg(R/H)^2*∫(0→H) H*h^2-h^3 dh
=πρg(R/H)^2* (1/3H*h^3-1/4h^4) |(0→H)
=1/12*πρg*R^2*H^2