问题
计算题
某景观喷泉的喷射装置截面图如图所示,它由竖直进水管和均匀分布在同一水平面上的N个喷嘴组成,喷嘴的横截面积均相同,与进水管中心的距离均为r,离水面的高度为h。水泵启动后,水从水池压到喷嘴并沿径向水平喷出,在水池面上的落点与进水管中心的水平距离为R。已知水泵的输出功率恒为P,水的密度为ρ,重力加速度为g,忽略水泵到水面的距离,不计水进入水泵时的速度以及水在管道和空中运动时的机械能损失。求:
(1)水从喷嘴喷出时的速率v;
(2)在水从喷嘴喷出到落入水池面的时间内,水泵对水做的功W和输送水的总质量m;
(3)每个喷嘴的横截面积S0。
答案
(1)v=(R-r) (2)m=
(3)
题目分析:(1)水从喷嘴喷出后做平抛运动,由平抛运动规律有
R-r=vt
H=gt2/2
由①②式得
v=(R-r)
(2)在t时间内,水泵对水做的功
W="Pt"
由②④式得
w=P
由动能定理有
w-mgh=mv2/2
由③⑤⑥式得
m=
(3)在t时间内,依题意有 m=NρS0vt
由①⑦⑧式得
S0=