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排水管问题经典例题及解析

发布时间:2023-12-27 05:30:10 浏览: 作者:精石排水

排水管问题是一个经典的数学问题,涉及到流体力学和几何学的知识。下面是一个典型的排水管问题及其解析。

问题描述:

一个长方形的水槽,长为L,宽为W,深为H。水槽的一侧有一个直径为d的排水管,位于水槽底部,水槽中有一定的水位。现在打开排水管,水从排水管中流出。问:水完全排空需要多长时间?

解析:

首先,我们需要确定水从排水管中流出的速度。根据流体力学的原理,流体从一个小孔中流出的速度与小孔的面积和液体的压强有关。在这个问题中,我们可以假设水从排水管中流出的速度与排水管的面积成正比,即v=kA,其中v为流速,k为比例常数,A为排水管的面积。

根据几何学的知识,排水管的面积可以表示为A=πr^2,其中r为排水管的半径,r=d/2。

接下来,我们需要确定液体的压强。根据流体力学的原理,液体的压强与液体的密度和液体的高度有关。在这个问题中,我们可以假设液体的压强与液体的高度成正比,即P=k'H,其中P为液体的压强,k'为比例常数,H为液体的高度。

根据题目中的描述,水槽中有一定的水位,即液体的高度为H。由于液体的高度是随着时间变化的,我们需要将液体的高度表示为H(t),其中t为时间。

根据题目中的描述,我们可以得到以下几个关系式:

1. 水槽中的液体体积为V=LWH(t);

2. 排水管的面积为A=πr^2=π(d/2)^2;

3. 液体的压强为P=k'H(t);

4. 水从排水管中流出的速度为v=kA。

根据流体力学的原理,液体从一个小孔中流出的速度与液体的压强成正比,与液体的密度成反比。在这个问题中,我们可以假设液体的密度为ρ,即液体的质量为m=ρV。

根据牛顿第二定律,液体的质量与液体的加速度和液体受到的力有关。在这个问题中,液体受到的力为F=P×A,液体的加速度为a=v/t,其中t为时间。

根据以上的关系式,我们可以得到以下的微分方程:

m×a=F

ρV×(v/t)=P×A

ρLWH(t)×(kA/t)=k'H(t)×A

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d/2)^2

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×π(d^2/4)

ρLWH(t)×(kd^2/4t)=k'H(t)×

THE END

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