奥数一个水池装有一个进水管和一个排水管。单开进水管4分钟可以把水池注满,单开排水管6分钟可以把满池水排完。现池内有三分之一的脏水,王师傅要先排尽脏水,但他放水时忘了关排水管,那么共需多长时间才能放满清水?谢谢!
假设这个容器的任一水平截面的面积相同,则无法注满
讨论如下
1
证明“水位不同时,排水管的水速不同”
设水位高h,密度d,重力加速度g,排水口截面s,长l, 排出速度v
水流出时获得能量PV= hdg* sl, 动能1/2* mv^2=1/2* sld* v^2
划简v= √(2gh),与水位的平方根成正比
(排水管一定在最下面)
2
列出进水排水速率方程
设x 为水箱的实际水量与总水量的比
x1为进水:dx1= (1/4)* dt
x2为排水:dx2= k* √x2* dt, 积分可解k= 1/3
3
同时开时,总速度
dx= dx1- dx2
=(1/4 - (1/3)*√x)dt,
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假设这个容器的任一水平截面的面积相同,则无法注满
讨论如下
1
证明“水位不同时,排水管的水速不同”
设水位高h,密度d,重力加速度g,排水口截面s,长l, 排出速度v
水流出时获得能量PV= hdg* sl, 动能1/2* mv^2=1/2* sld* v^2
划简v= √(2gh),与水位的平方根成正比
(排水管一定在最下面)
2
列出进水排水速率方程
设x 为水箱的实际水量与总水量的比
x1为进水:dx1= (1/4)* dt
x2为排水:dx2= k* √x2* dt, 积分可解k= 1/3
3
同时开时,总速度
dx= dx1- dx2
=(1/4 - (1/3)*√x)dt,
当括号内大于0时,进水速率大于排水,水位上升,
等于时不变,小于是下降
即x= 9/16时,进水速率等于排水,水位不变,永远无法注满水。
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