Question

全自動(dòng)洗衣機(jī)中的水位開(kāi)關(guān)是一個(gè)壓力開(kāi)關(guān)，它是利用開(kāi)關(guān)內(nèi)的空氣隨著水位上升所增加的壓力來(lái)關(guān)閉水閥.在排水時(shí)，隨著水位的下降，洗衣桶內(nèi)的壓力隨之下降，開(kāi)關(guān)回復(fù)到初始位置.如圖所示，當(dāng)水被注入洗衣桶后，其中的空氣很快被封閉在左側(cè)的小管中，隨著水位的上升，被封閉的空氣的壓強(qiáng)將增大.已知桶內(nèi)外液面差h的范圍為15—35 cm.

（1）求被封閉的空氣的壓強(qiáng)p的范圍.

（2）若橡膠膜片的半徑r=2.5 cm，則壓縮空氣對(duì)橡膠膜片產(chǎn)生的最大壓力為多大？（設(shè)水的密度為ρ=1.0×10³ kg/m³，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為p₀=1.0×10⁵ Pa，g取10 m/s²）

Answer 1

（1）1.015×10⁵—1.035×10⁵

（2）203.1

解析：（1）根據(jù)壓強(qiáng)的計(jì)算公式，被封閉的空氣壓強(qiáng)可根據(jù)p=ρgh+p₀來(lái)估算.則：

p₁=ρgh₁+p₀=1×10³×10×15×10^-2 Pa+1.0×10⁵ Pa=1.015×10⁵ Pa

p₂=ρgh₂+p₀=1×10³×10×35×10^-2 Pa+1.0×10⁵ Pa=1.035×10⁵ Pa

所以被封閉的空氣壓強(qiáng)p的范圍是1.015×10⁵ Pa—1.035×10⁵ Pa.

（2）壓縮空氣對(duì)橡膠膜片產(chǎn)生的壓力可以由公式F=pS來(lái)估算.

F_最大=p₂S=p₂πr²=1.035×10⁵×3.14×(2.5×10^-2)² N=203.1 N.