面积很大的水池,水深为H,水面上浮着一正方体木块。木块边长为a,密度为水的1/2,质量为m。开始时,木块静止,有一半没入水中,如图所示。现用力F将木块缓慢地压到池底。不计摩擦。求
(1)从木块刚好完全没入水中到停在池底的过程中,池水势能的改变量。
(2)从开始到木块刚好完全没入水的过程中,力F所做的功。
解:(1)图1和图2分别表示米块在岗没入水中时和到达池底时的位置,木块从1移到2 ,相当于是同体积 的水从2移到1 ,所以池水势能的改变量等于这部分水在位置1和在位置2的势能之差,因为木块密度为水的1/2,木块的质量为M,所以与木块同体积的水的质量为2M,故池水势能的改变量:①
(2)因水池面积很大,可忽略因木块压入水中时所引起的水深变化 。木块刚好完全没入水中时,图2中原来处于化斜线区域的水被排开,后果等效于使这部分水平铺于水面,这部分水的质量为M,其势能的改变量为: ②
木块势能的改变量为:③
根据功能原理,力F所作的功为: ④