Question

如圖是乳牛自動喂水的裝置圖。在連接浮球橫桿的A點頂柱上端裝有密封墊，當(dāng)橫桿處于水平時恰好能堵住自來水管口。
（1）這套喂水裝置應(yīng)用了哪些物理知識？（至少寫出三點）
（2）浮球的最小體積是設(shè)計時要考慮的重要參數(shù)，為此需要知道和測量哪些物理量？用字母表示各物理量，推導(dǎo)出浮球最小體積的表達式。（橫桿、頂柱所受的重力和體積忽略不計）

Answer 1

（1）答：連通器 杠桿 浮力 液體壓強等
（2）答：需知道：進水口水的壓強p 浮球的密度ρ ；需測量：自來水管口的直徑d 杠桿OA、OB的長度l₁、l₂。
解：設(shè)杠桿處于水平時，浮球剛好沒入水中，則A點受到壓力F₁＝PS＝P·d²/4π ，B點受到的合力F₂＝F_浮一G_球＝ρ_水gV_球-ρgV_球，根據(jù)杠桿平衡條件 F₁l₁＝F₂l₂得 P·πd²/4·l₁＝（ρ_水 gV_球-ρgV_球）·l₂＝（ρ_水一ρ）gV_球·l₂ ，所以V_球＝（P·πd²/4·l₁）/ （ρ_水一ρ）g·l₂＝P·d²π·l₁ / 4（ρ_水一ρ）g·l_2。（答案不唯一）