Задачи › Давление жидкости

Сила газа на косой кусок трубы

  1. Сила газа на косой кусок трубы

    ИОШ 2016/17, 9-10 кл.
    6/10

    Имеется цилиндрическая труба с внутренним радиусом \(r\), внутри которой находится газ с давлением \(p\). Найти силу (величину и направление), действующую со стороны этого газа на кусок трубы с плоскими сечениями, которые образуют углы \(\alpha\) и \(2\alpha\) с перпендикулярной трубе плоскостью и осью трубы соответственно (см. рисунок).

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Ответ

    \(F = p\pi r^2(\operatorname{tg}\alpha + \operatorname{ctg}2\alpha)\); сила направлена в направлении максимальной образующей куска трубы.

    Решение

    Основная идея решения задачи заключается в том, что если бы мы закрыли основания участка трубы плоскими поверхностями, сохранив внутри тот же газ, то сила, действующая со стороны газа на участок трубы (с плоскими основаниями), была бы равна нулю. А поскольку силу, действующую со стороны газа на основания вычислить несложно, то можно вычислить и силу, действующую со стороны газа на рассматриваемый участок трубы.

    Поскольку площади оснований трубы равны \[\dfrac{\pi r^2}{\cos\alpha}\quad\text{и}\quad\dfrac{\pi r^2}{\sin2\alpha},\] на основания трубы действуют силы \[F_1 = \dfrac{p\pi r^2}{\cos\alpha}\quad\text{и}\quad F_2 = \dfrac{p\pi r^2}{\sin2\alpha},\] направленные перпендикулярно основаниям куска трубы (см. рисунок). Следовательно, сила, действующая на кусок трубы без оснований, равна \[F = F_1\sin\alpha + F_2\cos2\alpha = p\pi r^2(\operatorname{tg}\alpha + \operatorname{ctg}2\alpha)\] и направлена в направлении максимальной образующей куска трубы (см. рисунок).

    Рисунок

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи