水从高处倾倒,打到地面上,单位面积大概能有多大的力?

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/07/05 01:03:31
水从高处倾倒,打到地面上,单位面积大概能有多大的力?
高处是指,1-2米,或者5米以内。
如果有,能否给出计算公式?不要求很精确
是水流,不是水滴。

解:忽略与空气碰撞和摩擦产生的阻力,则机械能守恒。ΔEk=ΔEp,有0.5mv²=mgh,P²=(mv)²=2m²gh。

根据冲量定理I=ΔP,可以做这么一个假设:水滴与地面发生弹性碰撞(事实上,水落到地面后反弹的速度方向因为有后边的水阻挡,不可能是按照原方向反弹,现在假设按原方向反弹,则I=ΔP=2P,计算之后可以乘以一个修整系数,取η=0.8),则有:I=1.6P。

而根据冲量定义:I=Ft。

现在,我们来看看,假设碰撞作用时间很短,为Δt;那么,在这个时间段里水柱的质量m=ρV=ρSl=ρSvt。

故而,水柱对地面的冲量I=Ft=1.6P=m√(2gh)=1.6ρSvt√(2gh)=3.2ρStgh【v=√(2gh)】;也就是说,作用力大小F=I/t=3.2ρSgh;而单位面积上的压力N(即压强)=F/S=3.2ρgh。【这个公式中,h越大,公式的近似程度越高,当h很高的时候,可以想象,水柱几乎就是以原速度方向反弹,I=ΔP=2P,公式无限趋近于4ρgh。】

取g=9.8N/Kg,在5米高度,水柱在单位面积上产生的压力N≈3.2×1000Kg/m³×9.8N/Kg×5m=156.8KN/m²=156.8KPa。

楼上的【947845515】同学把水柱当成是静止的了,运动的水柱还有动量加成的。。。

在距离比较小的情况下,可以近似地认为水是做自由落体运动
设高度为h,那么水落地的速度为√(2gh)
设水流的截面积为S,
取落地瞬间时极小的一段水柱,设其长度为Δh,那么该段水柱的质量为
m=ΔhSρ,ρ为水的密度
那么该段水柱的速度就是√(2gh),很显然Δh=vΔt=Δt√(2gh)
并设水流落地后速度变为0,根据冲量定理
FΔt=mv=ΔhSρv=ΔhSρv=vΔtSρv=SρΔtv^2
F=Sρv^2
F/S=ρv^2
很显然F/S是压强,故而
P=ρv^2=2ρgh
可见压力不可求,只能求出压强
请注意,此处的F为合力,F=N-G=N-