11.E: Statics ya maji (Mazoezi)
- Page ID
- 183931
Maswali ya dhana
11.1: Fluid ni nini?
1. Ni tabia gani ya kimwili inayofafanua maji kutoka imara?
2. Ni ipi kati ya vitu vifuatavyo ni maji kwa joto la kawaida: hewa, zebaki, maji, kioo?
3. Kwa nini gesi ni rahisi compress kuliko vinywaji na solids?
4. Je! Gesi hutofautiana na vinywaji?
11.2: Wiani
5. Takriban wiani wa hewa hutofautiana na urefu?
6. Kutoa mfano ambao wiani hutumiwa kutambua dutu inayojenga kitu. Je habari pamoja na wiani wastani zinahitajika kutambua vitu katika kitu linajumuisha nyenzo zaidi ya moja?
7. Kielelezo kinaonyesha glasi ya maji ya barafu iliyojaa ukingo. Je! Maji yatafurika wakati barafu inyeyuka? Eleza jibu lako.
11.3: Shinikizo
8. Je! Shinikizo linahusiana na ukali wa kisu na uwezo wake wa kukata?
9. Kwa nini sindano nyekundu ya hypodermic inaumiza zaidi ya mkali?
10. Nguvu ya nje kwenye mwisho mmoja wa tank ya hewa ilihesabiwa katika Mfano. Nguvu hii inawezaje? (Tangi haina kasi, hivyo nguvu lazima iwe na usawa.)
11. Kwa nini nguvu inayotumiwa na maji ya tuli daima perpendicular kwa uso?
12. Katika eneo la mbali karibu na Ncha ya Kaskazini, barafu linaelea katika ziwa. Karibu na ziwa (kudhani si waliohifadhiwa) anakaa glacier ukubwa comparably ameketi juu ya ardhi. Kama chunks zote mbili za barafu zinapaswa kuyeyuka kutokana na kupanda kwa joto la kimataifa (na barafu iliyoyeyuka yote inakwenda ziwani), ambayo barafu chunk ingeweza kutoa ongezeko kubwa katika kiwango cha maji ya ziwa, kama ipo?
13. Je, kutembea juu ya ardhi laini na kuvaa viatu vilivyopigwa hupunguza shinikizo ambalo miguu na miguu vinakabiliwa?
14. Ngoma ya toe (kama katika ballet) ni vigumu sana kwa vidole kuliko kucheza kawaida au kutembea. Eleza kwa suala la shinikizo.
15. Je, unabadilishaje vitengo vya shinikizo kama milimita ya zebaki, sentimita za maji, na inchi za zebaki kuwa vitengo kama newtons kwa kila mita ya mraba bila kutumia meza ya mambo ya uongofu wa shinikizo?
11.4: Tofauti ya Shinikizo na Kina katika Fluid
16. Shinikizo la anga lina nguvu kubwa (sawa na uzito wa anga juu ya mwili wako-takriban tani 10) juu ya mwili wako unapolala pwani sunbathing. Kwa nini unaweza kuamka?
17. Kwa nini shinikizo la anga linapungua kwa kasi zaidi kuliko linearly na urefu?
18. Ni sababu gani mbili ambazo zebaki badala ya maji hutumiwa katika barometers?
19. Kielelezo inaonyesha jinsi sandbags kuwekwa karibu leak nje ya mto levee unaweza ufanisi kuacha mtiririko wa maji chini ya levee. Eleza jinsi kiasi kidogo cha maji ndani ya safu iliyoundwa na sandbags inaweza kusawazisha mwili mkubwa wa maji nyuma ya levee.
Kwa sababu ngazi ya mto ni ya juu sana, imeanza kuvuja chini ya levee. Sandbags huwekwa karibu na uvujaji, na maji yaliyoshikiliwa nao yanaongezeka mpaka ni kiwango sawa na mto, wakati ambapo maji huko huacha kupanda.
20. Kwa nini ni vigumu kuogelea chini ya maji katika Ziwa Kuu la Salt?
21. Je, kuna nguvu ya wavu kwenye bwawa kutokana na shinikizo la anga? Eleza jibu lako.
22. Je! Shinikizo la anga linaongeza shinikizo la gesi kwenye tank rigid? Katika puto ya toy? Wakati, kwa ujumla, shinikizo la anga haliathiri shinikizo la jumla katika maji?
23. Unaweza kuvunja chupa kali ya mvinyo kwa kupiga cork ndani yake na ngumi yako, lakini cork lazima waandishi moja kwa moja dhidi ya kioevu kujaza chupa-hawezi kuwa na hewa kati ya cork na kioevu. Eleza kwa nini chupa huvunja, na kwa nini haitakuwa ikiwa kuna hewa kati ya cork na kioevu.
11.5: Kanuni ya Pascal
24. Tuseme silinda bwana katika mfumo wa majimaji ni urefu mkubwa kuliko silinda ya mtumwa. Eleza jinsi hii itaathiri nguvu zinazozalishwa kwenye silinda ya mtumwa.
11.6: Shinikizo la kupima, Shinikizo kamili, na Upimaji wa Shinikizo
25. Eleza kwa nini maji yanafikia viwango sawa upande wowote wa manometer ikiwa pande zote mbili zime wazi kwa angahewa, hata kama zilizopo zina vipenyo tofauti.
26. Kielelezo kinaonyesha jinsi kipimo cha kawaida cha shinikizo la damu kinafanywa. Je, kuna athari yoyote juu ya shinikizo la kipimo ikiwa manometer inapungua? Je! Ni athari gani ya kuinua mkono juu ya bega? Je! Ni athari gani ya kuweka kikombe kwenye mguu wa juu na mtu amesimama? Eleza majibu yako kwa suala la shinikizo lililoundwa na uzito wa maji.
27. Kuzingatia ukubwa wa shinikizo la kawaida la damu, kwa nini zebaki badala ya manometers ya maji kutumika kwa vipimo hivi?
11.7: Kanuni ya Archimedes
28. Nguvu zaidi inahitajika kuvuta kuziba katika bafu kamili kuliko wakati ni tupu. Je, hii inapingana na kanuni ya Archimedes? Eleza jibu lako.
29. Je! Maji yanayotumia vikosi vya buoyant katika mazingira “isiyo na uzito”, kama vile katika kuhamisha nafasi? Eleza jibu lako.
30. Je, meli hiyo itaelea juu katika maji ya chumvi kuliko maji safi? Eleza jibu lako.
31. Marumaru imeshuka ndani ya shimoni ya bafu iliyojaa sehemu hadi chini. Sehemu ya uzito wao ni mkono na nguvu buoyant, lakini nguvu ya kushuka chini ya tub kuongezeka kwa hasa uzito wa marumaru. Eleza kwa nini.
11.8: Ushirikiano na Kushikamana katika Vinywaji: Mvutano wa uso na Action ya Cap
32. Uzito wa mafuta ni chini ya ile ya maji, lakini tanker ya mafuta iliyobeba iko chini ndani ya maji kuliko tupu. Kwa nini?
33. Je, mvutano wa uso kutokana na majeshi ya ushirikiano au wambiso, au wote wawili?
34. Je, ni hatua ya capillary kutokana na vikosi vya ushirikiano au wambiso, au vyote viwili?
35. Ndege kama mabata, bukini, na swans wana msongamano mkubwa kuliko maji, lakini wanaweza kukaa juu ya uso wake. Eleza uwezo huu, akibainisha ya kwamba maji hayanyunyizii manyoya yao na kwamba hawawezi kukaa juu ya maji ya sabuni.
36. Maji hupanda juu ya jua la mafuta, lakini si kwa jirani yake, ambaye ngozi yake haipatikani mafuta. Eleza kwa suala la vikosi vya ushirikiano na wambiso.
37. Je, hatua ya kapilari inaweza kutumika kuhamisha maji katika mazingira “isiyo na uzito”, kama vile kwenye probe ya nafasi inayozunguka?
38. Je! Hatua ya capillary ina athari gani juu ya kusoma kwa manometer na kipenyo sare? Eleza jibu lako.
39. Shinikizo kati ya ukuta wa ndani ya kifua na nje ya mapafu kawaida hubakia hasi. Eleza jinsi shinikizo ndani ya mapafu inaweza kuwa chanya (kusababisha pumzi) bila hatua ya misuli.
Matatizo na Mazoezi
11.2: Wiani
40. Dhahabu inauzwa na ounce ya troy (31.103 g). Je! Ni kiasi gani cha 1 troy ounce ya dhahabu safi?
Suluhisho
\(1.610cm^3\)
41. Mercury kawaida hutolewa katika flasks zenye kilo 34.5 (kuhusu 76 lb). Je! Ni kiasi gani katika lita za zebaki hii?
42. (a) Je! Ni kiasi gani cha pumzi kubwa ya hewa yenye kiasi cha 2.00 L?
(b) Jadili athari kuchukua pumzi hiyo ina kiasi cha mwili wako na wiani.
Suluhisho
(a) 2.58 g
(b) Kiwango cha mwili wako kinaongezeka kwa kiasi cha hewa unachochea. Wiani wa wastani wa mwili wako hupungua unapopumua sana, kwa sababu wiani wa hewa ni ndogo sana kuliko wiani wa mwili kabla ya kuchukua pumzi kubwa.
43. Njia moja kwa moja ya kutafuta wiani wa kitu ni kupima umati wake na kisha kupima kiasi chake kwa kuiingiza katika silinda iliyohitimu. Je! Ni wiani gani wa mwamba wa 240-g ambao\(89.0cm^3\) hutoka maji? (Kumbuka kuwa usahihi na matumizi ya vitendo ya mbinu hii ni mdogo zaidi kuliko wengine mbalimbali ambao hutegemea kanuni ya Archimedes.)
Suluhisho
\(2.70g/cm^3\)
44. Tuseme una mug wa kahawa na sehemu ya msalaba wa mviringo na pande za wima (radius sare). Je, ni radius yake ya ndani ikiwa inashikilia 375 g ya kahawa wakati imejaa kina cha cm 7.50? Kudhani kahawa ina wiani sawa na maji.
45. (a) Tangi ya petroli ya mstatili inaweza kushikilia kilo 50.0 ya petroli wakati imejaa. Je! Ni kina cha tank ikiwa ni 0.500-m upana na urefu wa 0.900-m?
(b) Jadili kama tank hii ya gesi ina kiasi cha kuridhisha kwa gari la abiria.
Solution
(a) 0.163 m
(b) Sawa na galoni 19.4, ambayo ni busara
46. Compactor takataka inaweza kupunguza kiasi cha yaliyomo yake hadi 0.350 thamani yao ya awali. Kupuuza wingi wa hewa uliofukuzwa, kwa sababu gani wiani wa takataka umeongezeka?
47. Petroli ya chuma ya 2.50-kg inaweza kushikilia 20.0 L ya petroli wakati kamili. Je, ni wiani wa wastani wa gesi kamili unaweza, kwa kuzingatia kiasi kinachotumiwa na chuma pamoja na petroli?
Suluhisho
\(7.9×10^2kg/m^3\)
48. Je, ni wiani wa dhahabu 18.0-karat yaani mchanganyiko wa sehemu 18 za dhahabu, sehemu 5 za fedha, na shaba ya sehemu 1? (Maadili haya ni sehemu kwa wingi, si kiasi.) Fikiria kwamba hii ni mchanganyiko rahisi kuwa na wiani wa wastani sawa na densities mizigo ya wakazi wake.
Suluhisho
\(15.6g/cm^3\)
49. Kuna nafasi kidogo kiasi tupu kati ya atomi katika yabisi na vinywaji, hivyo kwamba wiani wastani wa atomu ni sawa na jambo kwa kiwango macroscopic—takriban\(10^3kg/m^3\). Kiini cha atomi kina radius kuhusu\(10^{−5}\) ile ya atomu na ina karibu masi yote ya atomu nzima.
(a) Ni wiani wa takriban wa kiini?
(b) Mabaki moja ya supanova, inayoitwa nyota ya neutroni, yanaweza kuwa na wiani wa kiini. Je, itakuwa radius ya nyota ya neutroni yenye masi mara 10 ile ya Jua letu (radius ya Jua ni\(7×10^8m\))?
Suluhisho
(a)\(10^{18}kg/m^3\)
(b)\(2×10^4m\)
11.3: Shinikizo
50. Kama mwanamke anatembea, uzito wake wote huwekwa kwa muda mfupi kwenye kisigino kimoja cha viatu vyake vya juu-heeled. Tumia shinikizo lililowekwa kwenye sakafu na kisigino ikiwa ina eneo la\(1.50cm^2\) na uzito wa mwanamke ni kilo 55.0. Express shinikizo katika Pa. (Katika siku za mwanzo za ndege za kibiashara, wanawake hawakuruhusiwa kuvaa viatu vya juu-heeled kwa sababu sakafu za ndege zilikuwa nyembamba sana ili kuhimili shinikizo kubwa sana.)
Suluhisho
\(3.59×10^6Pa\); au\(521lb/in^2\)
51. Shinikizo linalofanywa na sindano ya phonograph kwenye rekodi ni ya kushangaza kubwa. Ikiwa sawa na 1.00 g inasaidiwa na sindano, ncha ambayo ni mduara 0.200 mm katika radius, ni shinikizo gani linalowekwa kwenye rekodi\(N/m^2\)?
52. Msumari tips exert shinikizo kubwa wakati wao ni hit na nyundo kwa sababu wao exert nguvu kubwa juu ya eneo dogo. Ni nguvu gani lazima exerted juu ya msumari na ncha ya mviringo ya kipenyo 1.00 mm ili kujenga shinikizo la\(3.00×10^9N/m^2\)? (Shinikizo hili linawezekana kwa sababu nyundo inayovutia msumari huleta kupumzika kwa umbali mfupi sana.)
Suluhisho
\(2.36×10^3N\)
11.4: Tofauti ya Shinikizo na Kina katika Fluid
53. Ni kina gani cha zebaki kinajenga shinikizo la atm 1.00?
Suluhisho
0.760 m
54. Kina kikubwa cha bahari duniani kinapatikana katika Mariana ya Mariana karibu na Ufilipino. Tumia shinikizo kutokana na bahari chini ya mfereji huu, kutokana na kina chake ni kilomita 11.0 na kuchukua wiani wa maji ya bahari ni mara kwa mara njia yote chini.
55. Thibitisha kwamba SI kitengo cha\(hρg\) ni\(N/m^2\).
\((hρg)_{units}=(m)(kg/m^3)(m/s^2)=(kg⋅m^2)/(m^3⋅s^2)\)
\(=(kg⋅m/s^2)(1/m^2)\)
\(=N/m^2\)
56. Minara ya maji huhifadhi maji juu ya kiwango cha watumiaji kwa nyakati za matumizi nzito, kuondoa haja ya pampu za kasi. Jinsi ya juu juu user lazima kiwango cha maji kujenga kupima shinikizo la\(3.00×10^5N/m^2\)?
57. Ucheshi wa maji machafu katika jicho la mtu unatumia nguvu ya 0.300 N kwenye\(1.10-cm^2\) eneo la kamba.
(a) Ni shinikizo gani hili katika mm Hg?
(b) Je, thamani hii ni ndani ya aina ya kawaida kwa shinikizo katika jicho?
Suluhisho
(a) 20.5 mm Hg
(b) Upeo wa shinikizo katika jicho ni 12—24 mm Hg, hivyo matokeo katika sehemu (a) ni ndani ya aina hiyo
58. Ni nguvu gani inayotumiwa upande mmoja wa karatasi ya 8.50 cm na 11.0 cm ya karatasi na anga? Je! Karatasi inawezaje kuhimili nguvu hiyo?
59. Ni shinikizo gani linalojitokeza chini ya 0.500-m-upana na tank ya gesi ya urefu wa 0.900-m ambayo inaweza kushikilia kilo 50.0 ya petroli kwa uzito wa petroli ndani yake wakati imejaa?
Suluhisho
\(1.09×10^3N/m^2\)
60. Tumia shinikizo la wastani lililowekwa kwenye kifua cha mkono wa risasi-putter kwa risasi ikiwa eneo la kuwasiliana ni\(50.0cm^2\) na ana nguvu ya 800 N juu yake. Eleza shinikizo ndani\(N/m^2\) na ulinganishe na\(1.00×10^6Pa\) shinikizo wakati mwingine hukutana katika mfumo wa mifupa.
61. Upande wa kushoto wa moyo hujenga shinikizo la 120 mm Hg kwa kutumia nguvu moja kwa moja kwenye damu juu ya eneo la ufanisi wa\(15.0cm^2\). Ni nguvu gani inayofanya ili kukamilisha hili?
Suluhisho
24.0 N
62. Onyesha kwamba nguvu ya jumla kwenye bwawa la mstatili kutokana na maji nyuma yake huongezeka kwa mraba wa kina cha maji. Hasa, onyesha kwamba nguvu hii imetolewa na\(F=ρgh^2L/2\), ambapo\(ρ\) ni wiani wa maji,\(h\) ni kina chake katika bwawa, na\(L\) ni urefu wa bwawa. Unaweza kudhani uso wa bwawa ni wima. (Kidokezo: Tumia shinikizo la wastani linalojitokeza na kuzidisha hili kwa eneo la kuwasiliana na maji. (Angalia Kielelezo.)
11.5: Kanuni ya Pascal
63. Ni kiasi gani shinikizo hupitishwa katika mfumo wa majimaji unaozingatiwa katika Mfano? Eleza jibu lako katika pascals na katika anga.
Suluhisho
\(2.55×10^7Pa\); au 251 atm
64. Ni nguvu gani inapaswa kutekelezwa kwenye silinda ya bwana ya kuinua majimaji ili kusaidia uzito wa gari la kilo 2000 (gari kubwa) kupumzika kwenye silinda ya mtumwa? Silinda bwana ina kipenyo cha 2.00-cm na mtumwa ana kipenyo cha 24.0 cm.
65. Jeshi la crass humwaga mabaki ya chupa kadhaa za divai ndani ya jug baada ya chama. Kisha huingiza cork yenye kipenyo cha 2.00-cm ndani ya chupa, akiiweka katika kuwasiliana moja kwa moja na divai. Anashangaa wakati anapiga cork mahali na chini ya jug (yenye kipenyo cha 14.0-cm) huvunja mbali. Tumia nguvu ya ziada iliyotumiwa dhidi ya chini ikiwa alipiga cork kwa nguvu ya 120-N.
Suluhisho nguvu
\(5.76×10^3N\) ya ziada
66. Mfumo fulani wa majimaji umeundwa ili kutumia nguvu mara 100 kubwa kama ile iliyoingia ndani yake.
(a) Ni lazima uwiano wa eneo la silinda ya mtumwa kwa eneo la silinda ya bwana?
(b) Ni lazima uwiano wa kipenyo chao?
(c) Kwa sababu gani ni umbali kwa njia ambayo nguvu ya pato inapungua ikilinganishwa na umbali ambao nguvu ya pembejeo huenda? Kudhani hakuna hasara kwa msuguano.
67. (a) Thibitisha kwamba pembejeo kazi sawa kazi pato kwa mfumo hydraulic kuchukua hakuna hasara kwa msuguano. Fanya hili kwa kuonyesha kwamba umbali wa nguvu ya pato hupunguzwa kwa sababu sawa ambayo nguvu ya pato imeongezeka. Fikiria kiasi cha maji ni mara kwa mara.
(b) Ni athari gani msuguano ndani ya maji na kati ya vipengele katika mfumo na juu ya nguvu pato? Je! Hii itategemeaje ikiwa maji yanahamia au si?
Suluhisho
(a)\(V=d_iA_i=d_oA_o⇒d_o=d_i(\frac{A_i}{A_o})\).
Sasa, kwa kutumia equation:
\(\frac{F_1}{A_1}=\frac{F_2}{A_2}⇒F_o=F_i(\frac{A_o}{A_i})\).
Hatimaye,
\(W_o=F_od_o=(\frac{F_iA_o}{A_i})(\frac{d_iA_i}{A_o})=F_id_i=W_i\).
Kwa maneno mengine, pato la kazi linalingana na pembejeo ya kazi.
(b) Ikiwa mfumo haujasonga, msuguano hautakuwa na jukumu. Kwa msuguano, tunajua kuna hasara, hivyo\(W_{out}=W_{in}−W_f\); kwa hiyo, pato la kazi ni chini ya pembejeo ya kazi. Kwa maneno mengine, kwa msuguano, unahitaji kushinikiza kwa bidii juu ya pistoni ya pembejeo kuliko ilivyohesabiwa kwa kesi isiyo ya msuguano.
11.6: Shinikizo la kupima, Shinikizo kamili, na Upimaji wa Shinikizo
68. Kupitia kupima na shinikizo kabisa katika puto na karanga jar inavyoonekana katika Kielelezo, kuchukua manometer kushikamana na puto anatumia maji ambapo manometer kushikamana na jar ina zebaki. Eleza katika vitengo vya sentimita ya maji kwa puto na milimita ya zebaki kwa jar, kuchukua\(h=0.0500 m\) kila mmoja.
Puto ya ufumbuzi:
Pg=5.00 cmH2O,
Pabs = 1.035×103cmH2O.
Jar:
Pg=-50.0 mm Hg,
Pabs = 710 mm Hg.
69. (a) Badilisha masomo ya kawaida ya shinikizo la damu ya 120 zaidi ya 80 mm Hg kwa newtons kwa mita ya mraba kwa kutumia uhusiano kwa shinikizo kutokana na uzito wa maji (\(P=hρg\)) badala ya sababu ya uongofu.
(b) Jadili kwa nini shinikizo la damu kwa mtoto inaweza kuwa ndogo kuliko yale ya mtu mzima. Hasa, fikiria urefu mdogo ambao damu inapaswa kupigwa.
70. Jinsi mrefu lazima manometer kujazwa maji kupima shinikizo la damu kama juu kama 300 mm Hg?
Suluhisho
4.08 m
71. Wafanyabiashara wa shinikizo wamekuwa karibu kwa zaidi ya miaka 300, ingawa matumizi yao yamepungua sana katika miaka ya hivi karibuni (mifano ya mapema ilikuwa na tabia mbaya ya kulipuka). Ni nguvu gani lazima vifungo vinavyoshikilia kifuniko kwenye jiko la shinikizo liweze kuhimili ikiwa kifuniko cha mviringo kina kipenyo na shinikizo la kupima ndani ni 300 atm?\(25.0 cm\) Puuza uzito wa kifuniko.
72. Tuseme wewe kupima shinikizo la damu ya mtu amesimama kwa kuweka cuff mguu wake 0.500 m chini ya moyo. Tumia shinikizo unazozingatia (katika vitengo vya mm Hg) ikiwa shinikizo la moyo lilikuwa 120 zaidi ya 80 mm Hg. Fikiria kwamba hakuna hasara ya shinikizo kutokana na upinzani katika mfumo wa mzunguko (dhana nzuri, tangu mishipa kubwa ni kubwa).
Suluhisho
\(ΔP=38.7 mm Hg\), Mguu wa shinikizo la damu\(=\frac{159}{119}.\)
73. Manowari imepigwa chini ya bahari na hatch yake 25.0 m chini ya uso. Tumia nguvu inayohitajika kufungua hatch kutoka ndani, kutokana na mviringo na 0.450 m mduara. Shinikizo la hewa ndani ya manowari ni 1.00 atm.
74. Kutokana matairi ya baiskeli ni rahisi kabisa na kusaidia uzito wa baiskeli na mpanda farasi kwa shinikizo peke yake, kuhesabu eneo la jumla la matairi katika kuwasiliana na ardhi. Baiskeli pamoja na mpanda farasi ina uzito wa kilo 80.0, na shinikizo la kupima katika matairi ni\(3.50×10^5Pa\).
Suluhisho
\(22.4cm^2\)
11.7: Kanuni ya Archimedes
75. Ni sehemu gani ya barafu inayoingia inapoelea katika maji safi, kutokana na wiani wa maji kwenye 0°C ni karibu sana na\(1000 kg/m^3\)?
Suluhisho
\(91.7%\)
76. Magogo wakati mwingine huelea wima katika ziwa kwa sababu mwisho mmoja umekuwa na maji mengi na denser kuliko nyingine. Je! Ni wiani wa wastani wa logi ya kipenyo cha sare ambayo inaelea na 20.0% ya urefu wake juu ya maji?
77. Pata wiani wa maji ambayo hydrometer ina wiani wa\(0.750 g/mL\) kuelea na kiasi chake\(92.0%\) kilichomwa.
Suluhisho
\(815 kg/m^3\)
78. Kama mwili wako ina wiani wa\(995 kg/m^3\), ni sehemu gani ya wewe itakuwa iliyokuwa wakati floating upole katika:
(a) Maji ya maji safi?
(b) Maji ya chumvi, ambayo ina wiani wa\(1027 kg/m^3\)?
79. Mifupa ya ndege huwa na mifuko ya hewa ndani yake ili kupunguza uzito wao—hii pia inawapa wiani wa wastani kiasi kikubwa chini ya ule wa mifupa ya wanyama wengine. Tuseme ornithologist hupima mfupa wa ndege katika hewa na ndani ya maji na hupata molekuli yake ni\(45.0 g\) na molekuli yake inayoonekana wakati imefungwa ni\(3.60 g\) (mfupa hauna maji).
(a) Ni umati gani wa maji unaohamishwa?
(b) Ni kiasi gani cha mfupa?
(c) Wiani wake wa wastani ni nini?
Suluhisho
(a)\(41.4 g\)
(b)\(41.4cm^3\)
(c)\(1.09 g/cm^3\)
80. Mwamba wenye masi ya 540 g hewani hupatikana kuwa na molekuli dhahiri ya 342 g wakati umejaa ndani ya maji.
(a) Ni umati gani wa maji unaohamishwa?
(b) Kiasi cha mwamba ni nini?
(c) Wiani wake wa wastani ni nini? Je, hii ni sambamba na thamani ya granite?
81. Kanuni ya Archimedes inaweza kutumika kuhesabu wiani wa maji pamoja na ile ya imara. Tuseme chunk ya chuma yenye wingi wa 390.0 g katika hewa inapatikana kuwa na wingi wa dhahiri wa 350.5 g wakati umejaa kabisa katika kioevu haijulikani.
(a) Ni kiasi gani cha maji ambacho chuma hubadilisha?
(b) Kiasi cha chuma ni nini, kwa kutumia wiani wake kama ilivyoelezwa katika [kiungo]
(c) Tumia wiani wa maji na uitambue.
Suluhisho
(a) 39.5 g
(b)\(50cm^3\)
(c)\(0.79g/cm^3\)
Ni pombe ya ethyl.
82. Katika kipimo cha kuzamishwa kwa wiani wa mwanamke, anaonekana kuwa na uzito wa kilo 62.0 katika hewa na uzito wa dhahiri wa kilo 0.0850 wakati umejaa kabisa na mapafu tupu.
(a) Je, yeye hubadilisha maji gani?
(b) Kiasi chake ni nini?
(c) Tumia wiani wake.
(d) Ikiwa uwezo wake wa mapafu ni 1.75 L, anaweza kuelea bila kukanyaga maji na mapafu yake yamejaa hewa?
83. Samaki wengine wana wiani kidogo kidogo kuliko ule wa maji na lazima waweke nguvu (kuogelea) ili kukaa ndani. Ni nguvu gani lazima kikundi cha kilo 85.0-kiweke ili kukaa ndani ya maji ya chumvi ikiwa wiani wa mwili wake ni\(1015kg/m^3\)?
Suluhisho
8.21 N
84. (a) Tumia nguvu ya buoyant kwenye puto ya heliamu ya 2.00-L.
(b) Kutokana na wingi wa mpira katika puto ni 1.50 g, ni nguvu gani ya wima ya wima kwenye puto ikiwa inaruhusiwa? Unaweza kupuuza kiasi cha mpira.
85. (a) Ni wiani gani wa mwanamke anayezunguka katika maji safi na\(4.00%\) kiasi chake juu ya uso? Hii inaweza kupimwa kwa kumtia katika tangi yenye alama upande ili kupima kiasi gani cha maji anachochea wakati wa kuelea na wakati uliofanyika chini ya maji (kwa ufupi).
(b) Ni asilimia gani ya kiasi chake kilicho juu ya uso wakati anaelea katika maji ya bahari?
Solution
(a)\(960kg/m^3\)
(b)\(6.34%\)
Yeye kweli inaelea zaidi katika maji ya bahari.
86. Mtu fulani ana uzito wa kilo 80 na wiani wa\(955kg/m^3\) (ukiondoa hewa katika mapafu yake).
(a) Tumia kiasi chake.
(b) Kupata nguvu buoyant hewa exerts juu yake.
(c) Uwiano wa nguvu ya buoyant kwa uzito wake ni nini?
87. Dira rahisi inaweza kufanywa kwa kuweka sumaku ndogo ya bar kwenye cork inayozunguka ndani ya maji.
(a) Ni sehemu gani ya cork wazi itaingizwa wakati inapozunguka ndani ya maji?
(b) Ikiwa cork ina wingi wa 10.0 g na sumaku ya 20.0 g imewekwa juu yake, ni sehemu gani ya cork itaingizwa?
(c) Je, sumaku ya bar na cork itaelea katika pombe ya ethyl?
Solution
(a)\(0.24\)
(b)\(0.68\)
(c) Ndiyo, cork kuelea kwa sababu\(ρ_{obj}<ρ_{\text{ethyl alcohol}}(0.678g/cm^3<0.79g/cm^3)\)
88. Ni sehemu gani ya uzito wa nanga ya chuma itasaidiwa na nguvu ya buoyant wakati imejaa maji ya chumvi?
89. Scurrilous con wasanii wamekuwa inajulikana kuwakilisha dhahabu plated tungsten ingots kama dhahabu safi na kuuza kwa tamaa kwa bei ya chini sana thamani ya dhahabu lakini deservedly mbali juu ya gharama ya tungsten. Kwa usahihi gani lazima uweze kupima wingi wa ingot hiyo ndani na nje ya maji ili ueleze kuwa ni karibu tungsten safi badala ya dhahabu safi?
Suluhisho Tofauti ni 0.006%.
90. Godoro la hewa la ukubwa wa twin linalotumiwa kwa kambi lina vipimo vya cm 100 na cm 200 na cm 15 wakati unapopigwa. Uzito wa godoro ni kilo 2. Jinsi nzito mtu anaweza kuwa na godoro hewa kushikilia kama ni kuwekwa katika maji safi?
91. Akizungumzia Kielelezo, kuthibitisha kwamba nguvu ya buoyant kwenye silinda ni sawa na uzito wa maji yaliyohamishwa (kanuni ya Archimedes). Unaweza kudhani kuwa nguvu ya buoyant ni\(F_2−F_1\) na kwamba mwisho wa silinda una maeneo sawa\(A\). Kumbuka kwamba kiasi cha silinda (na kile cha maji kinachoondoka) ni sawa\((h_2−h_1)A\).
Suluhisho
\(F_{net}=F_2−F_1=P_2A−P_1A=(P_2−P_1)A\)
\(=(h_2ρ_{fl}g−h_1ρ_{fl}g)A\)
\(=(h_2−h_1)ρ_{fl}gA\)
wapi\(ρ_{fl}\) = wiani wa maji. Kwa hiyo,
\(F_{net}=(h_2−h_1)Aρ_{fl}g=V_{fl}ρ_{fl}g=m_{fl}g=w_{fl}\)
wapi uzito\(w_{fl}\) wa maji yaliyohamishwa.
92. (a) Mtu mwenye kilo 75.0 anaelea katika maji safi na kiasi chake juu\(3.00%\) ya maji wakati mapafu yake yapo tupu, na\(5.00%\) kwa kiasi chake juu ya maji wakati mapafu yake yamejaa. Tumia kiasi cha hewa anachocheza-kinachoitwa uwezo wake wa mapafu-katika lita.
(b) Je! Kiwango hiki cha mapafu kinaonekana kuwa cha busara?
11.8: Ushirikiano na Kushikamana katika Vinywaji: Mvutano wa uso na Action ya Cap
93. Je! Shinikizo ndani ya alveolus lina radius\(2.50×10^{−4}m\) ikiwa mvutano wa uso wa ukuta wa maji ni sawa na maji ya sabuni? Unaweza kudhani shinikizo ni sawa na ile iliyoundwa na Bubble spherical.
Suluhisho
\(592N/m^2\)
94. (a) Shinikizo ndani ya alveolus yenye radius\(2.00×10^{−4}\) -m ni\(1.40×10^3Pa\), kwa sababu ya kuta zake za maji. Kutokana na alveolus vitendo kama Bubble spherical, ni nini mvutano wa uso wa maji?
(b) Tambua uwezekano wa maji. (Unaweza haja ya extrapolate kati ya maadili katika Jedwali.)
95. Je! Shinikizo la kupima katika milimita ya zebaki ndani ya Bubble ya sabuni 0.100 m mduara?
Suluhisho
\(2.23×10^{−2}mm Hg\)
96. Tumia nguvu kwenye waya ya slide kwenye Kielelezo ikiwa ni urefu wa 3.50 cm na maji ni pombe ya ethyl.
97. Kielelezo (a) kinaonyesha athari za radius ya tube kwenye urefu ambao hatua ya capillary inaweza kuongeza maji.
(a) Kuhesabu urefu\(h\) wa maji katika tube ya kioo yenye radius ya sentimita 0.900 —tube kubwa sana kama ile upande wa kushoto.
(b) Je, ni radius ya tube ya kioo upande wa kulia ikiwa inaleta maji hadi 4.00 cm?
Suluhisho
(a)\(1.65×10^{−3}m\)
(b)\(3.71×10^{–4}m\)
98. Sisi alisema katika Mfano kwamba tube xylem ni ya Radius\(2.50×10^{−5}m\). Thibitisha kwamba tube hiyo inaleta sap chini ya mita kwa kutafuta h kwa ajili yake, na kufanya mawazo sawa ambayo wiani wa sampuli ni\(1050kg/m^3\), angle yake ya kuwasiliana ni sifuri, na mvutano wake wa uso ni sawa na ile ya maji\(20.0º C\).
99. Ni maji gani yaliyo kwenye kifaa kilichoonyeshwa kwenye Kielelezo ikiwa nguvu ni\(3.16×10^{−3}N\) na urefu wa waya ni 2.50 cm? Tumia mvutano wa uso\(γ\) na kupata mechi inayowezekana kutoka Jedwali.
Suluhisho
\(6.32×10^{−2}N/m\)
Kulingana na maadili katika meza, maji ni pengine glycerini.
100. Ikiwa shinikizo la kupima ndani ya puto ya mpira na radius ya 10.0-cm ni 1.50 cm ya maji, ni mvutano gani wa uso wa puto?
101. Tumia shinikizo la kupima ndani ya Bubbles 2.00-cm-radius ya maji, pombe, na maji ya sabuni. Ambayo kioevu hufanya Bubbles imara zaidi, kupuuza madhara yoyote ya uvukizi?
Suluhisho
\(P_w=14.6N/m^2,\)
\(P_a=4.46N/m^2,\)
\(P_{sw}=7.40N/m^2.\)
Pombe huunda Bubble imara zaidi, kwani shinikizo kabisa ndani ni karibu na shinikizo la anga.
102. Tuseme maji hufufuliwa na hatua ya capillary hadi urefu wa cm 5.00 katika tube ya kioo.
(a) Je, ni urefu gani utafufuliwa katika tube ya parafini ya radius sawa?
(b) Katika tube ya fedha ya radius sawa?
103. Tumia angle ya kuwasiliana\(θ\) kwa mafuta ikiwa hatua ya capillary inaleta hadi urefu wa cm 7.07 katika tube ya kioo na radius ya 0.100 mm. Je, thamani hii ni sawa na kwamba kwa vinywaji vingi vya kikaboni?
Suluhisho
\(5.1º\)
Hii ni karibu na thamani ya vinywaji vingi\(θ=0º\) vya kikaboni.
104. Wakati Bubbles mbili za sabuni zinagusa, kubwa ni umechangiwa na ndogo mpaka kuunda Bubble moja.
(a) Shinikizo la kupima ndani ya Bubble ya sabuni yenye radius 1.50-cm ni nini?
(b) Ndani ya Bubble ya sabuni ya 4.00-cm-radius?
(c) Ndani ya Bubble moja huunda ikiwa hakuna hewa inapotea wanapogusa?
105. Tumia uwiano wa urefu ambao maji na zebaki hufufuliwa na hatua ya capillary katika tube moja ya kioo.
Suluhisho
\(−2.78\)
Uwiano ni hasi kwa sababu maji hufufuliwa wakati zebaki inapungua.
106. Je! Ni uwiano gani wa urefu ambao pombe na maji ya ethyl hufufuliwa na hatua ya capillary katika tube moja ya kioo?
11.9: Shinikizo katika Mwili
107. Wakati wa kutolea nje kwa kulazimishwa, kama vile wakati wa kupiga puto, misuli ya diaphragm na kifua hufanya shinikizo la 60.0 mm Hg kati ya mapafu na ukuta wa kifua. Ni nguvu gani katika newtons je, shinikizo hili linajenga kwenye eneo la\(600cm^2\) uso wa diaphragm?
Suluhisho
479 N
108. Unaweza kutafuna vitu vikali sana na incisors zako kwa sababu hutumia nguvu kubwa kwenye eneo ndogo la jino lililoelekezwa. Ni shinikizo gani katika pascals unaweza kuunda kwa kutumia nguvu ya\(500 N\) na jino lako kwenye eneo la\(1.00mm^2\)?
109. Njia moja ya kulazimisha hewa ndani ya mapafu ya mtu asiyefahamu ni itapunguza puto inayounganishwa vizuri na somo. Ni nguvu gani lazima exert juu ya puto kwa mikono yako kujenga shinikizo kupima ya 4.00 cm maji, kuchukua wewe itapunguza juu ya eneo ufanisi wa\(50.0cm^2\)?
Suluhisho
1.96 N
110. Heroes katika sinema kujificha chini ya maji na kupumua kwa njia ya mwanzi mashimo (wahalifu kamwe kupata juu ya hila hii). Katika mazoezi, huwezi kuingiza kwa namna hii ikiwa mapafu yako ni zaidi ya cm 60.0 chini ya uso. Je! Ni shinikizo la kupima hasi ambalo unaweza kuunda kwenye mapafu yako kwenye nchi kavu, ukidhani unaweza kufikia shinikizo la\(−3.00 cm\) maji na mapafu yako 60.0 cm chini ya uso?
Suluhisho
\(−63.0 cm\)\(H_2O\)
111. Shinikizo la kupima katika maji yanayozunguka ubongo wa mtoto huweza kupanda hadi 85.0 mm Hg (5 hadi 12 mm Hg ni ya kawaida), na kujenga nguvu ya nje kubwa ya kutosha kufanya fuvu kukua kwa kawaida kubwa.
(a) Kuhesabu nguvu hii ya nje katika newtons kila upande wa fuvu la mtoto kama eneo madhubuti ya kila upande ni\(70.0cm^2\).
(b) Nguvu ya wavu inafanya kazi gani kwenye fuvu?
112. Fetus kamili ya kawaida ina wingi wa kilo 3.50.
(a) Ni shinikizo gani uzito wa fetusi kama huunda ikiwa hutegemea kibofu cha mama, kinachoungwa mkono kwenye eneo la\(90.0cm^2\)?
(b) Kubadilisha shinikizo hili kwa milimita ya zebaki na kuamua ikiwa peke yake ni kubwa ya kutosha kusababisha reflex micturition (itaongeza shinikizo lolote tayari lililopo katika kibofu cha kibofu).
Suluhisho
(a)\(3.81×10^3N/m^2\)
(b)\(28.7 mm Hg\), ambayo inatosha kusababisha reflex micturition
113. Ikiwa shinikizo katika mkojo ni\(−2.00 mm Hg\) wakati huo ndani ya tumbo ni\(+20.0 mm Hg\), kwa urefu gani unaweza kuongezeka kwa maji ya tumbo katika kijiko, kuchukua wiani wa 1.10 g/ml? (Mwendo huu hautatokea ikiwa misuli ya kufunga mwisho wa chini ya mimba inafanya kazi vizuri.)
114. Shinikizo katika maji ya mgongo hupimwa kama inavyoonekana kwenye Kielelezo. Ikiwa shinikizo katika maji ya mgongo ni 10.0 mm Hg:
(a) Kusoma kwa manometer ya maji katika maji ya cm ni nini?
(b) Kusoma ni nini ikiwa mtu anakaa juu, akiweka juu ya maji 60 cm juu ya bomba? Uzito wa maji ni 1.05 g/ml.
Manometer ya maji kutumika kupima shinikizo katika maji ya mgongo. Urefu wa maji katika manometer hupimwa jamaa na safu ya mgongo, na manometer iko wazi kwa anga. Shinikizo la kipimo litakuwa kubwa zaidi ikiwa mtu anakaa.
Solution
(a) 13.6 m maji
(b) 76.5 cm maji
115. Kuhesabu nguvu ya kiwango cha juu katika newtons exerted na damu kwenye aneurysm, au ballooning, katika ateri kubwa, kutokana na kiwango cha juu cha shinikizo la damu kwa mtu huyu ni 150 mm Hg na eneo la ufanisi la aneurysm ni\(20.0cm^2\). Kumbuka kuwa nguvu hii ni kubwa ya kutosha kusababisha utvidgningen zaidi na hatimaye nguvu zaidi juu ya milele-nyembamba chombo ukuta.
116. Wakati wa kuinua nzito, diski kati ya vertebrae ya mgongo inakabiliwa na nguvu ya kuchanganya 5000-N.
(a) Ni shinikizo gani linaloundwa, kwa kuzingatia kwamba disk ina sehemu ya mviringo ya mviringo ya 2.00 cm katika radius?
(b) Ni deformation gani inayozalishwa ikiwa disk ni 0.800 cm nene na ina moduli ya Young ya\(1.5×10^9N/m^2\)?
Suluhisho
(a)\(3.98×10^6Pa\)
(b)\(2.1×10^{−3}cm\)
117. Wakati mtu anakaa imara, kuongeza msimamo wa wima wa ubongo wao kwa cm 36.0, moyo lazima uendelee kupiga damu kwenye ubongo kwa kiwango sawa.
(a) Ni faida gani katika nishati ya uwezo wa mvuto kwa 100 ml ya damu iliyofufuliwa cm 36.0?
(b) Kushuka kwa shinikizo ni nini, kukataa hasara yoyote kutokana na msuguano?
(c) Jadili jinsi faida katika nishati ya uwezo wa mvuto na kupungua kwa shinikizo yanahusiana.
118. (a) Je! Maji ya juu yatatokea kwenye tube ya capillary ya kioo yenye radius 0.500-mm?
(b) Ni kiasi gani cha nishati ya mvuto ambacho maji hupata?
(c) Jadili vyanzo vinavyowezekana vya nishati hii.
Suluhisho
(a) 2.97 cm
(b)\(3.39×10^{−6}J\)
(c) Kazi inafanywa na nguvu ya mvutano wa uso kupitia umbali wa ufanisi\(h/2\) ili kuongeza safu ya maji.
119. Shinikizo hasi la atm 25.0 wakati mwingine linaweza kupatikana kwa kifaa kwenye Kielelezo kabla ya maji kutenganisha.
(a) Je! Shinikizo la kupima hasi linaweza kuongeza maji kwa urefu gani?
(b) Ni kiasi gani cha waya cha chuma cha kipenyo sawa na urefu kama kunyoosha kapilari hii ikiwa imesimamishwa kutoka juu?
(a) Wakati pistoni inapofufuliwa, inaweka kioevu kidogo, kuiweka chini ya mvutano na kujenga shinikizo hasi kabisa\(P=−F/A\) (b) Kioevu hatimaye hutenganisha, kutoa kikomo cha majaribio kwa shinikizo hasi katika kioevu hiki.
120. Tuseme wewe hit chuma msumari nyundo 0.500-kg, awali kusonga kwa\(15.0 m/s\) ukubwa 12 {"15" “.” 0`"m/s "} {} na kuleta kupumzika katika 2.80 mm. (a) Ni nguvu gani ya wastani inayotumiwa kwenye msumari? (b) Je, msumari umesisitizwa kiasi gani ikiwa ni 2.50 mm kipenyo na urefu wa 6.00-cm? (c) Ni shinikizo gani linaloundwa kwenye ncha ya msumari ya 1.00-mm-kipenyo?
Suluhisho
(a)\(2.01×10^4N\)
(b)\(1.17×10^{−3}m\)
(c)\(2.56×10^{10}N/m^2\)
121. Kuhesabu shinikizo kutokana na bahari chini ya Mariana Mariana karibu Philippines, kutokana na kina chake ni\(11.0 km\) na kuchukua wiani wa maji ya bahari ni mara kwa mara njia yote chini.
(b) Kuhesabu asilimia kupungua kwa kiasi cha maji ya bahari kutokana na shinikizo kama hilo, kuchukua moduli yake ya wingi ni sawa na maji na ni mara kwa mara.
(c) Je, ongezeko la asilimia katika wiani wake ni nini? Je, dhana ya wiani wa mara kwa mara halali? Je! Shinikizo halisi litakuwa kubwa au ndogo kuliko ile iliyohesabiwa chini ya dhana hii?
122. Mfumo wa majimaji ya backhoe hutumiwa kuinua mzigo kama inavyoonekana kwenye Kielelezo.
(a) Tumia nguvu ambayo silinda\(F\) ya mtumwa inapaswa kuunga mkono mzigo wa kilo 400 na brace ya kilo 150 na koleo.
(b) Ni shinikizo gani katika maji ya majimaji ikiwa silinda ya mtumwa ni kipenyo cha 2.50 cm?
(c) Ni nguvu gani unapaswa kutumia kwenye lever na faida ya mitambo ya 5.00 inayofanya silinda ya bwana 0.800 cm ya kipenyo ili kuunda shinikizo hili?
Mifumo ya lever ya hydraulic na mitambo hutumiwa katika mashine nzito kama vile jembe hili la nyuma.
Suluhisho
(a)\(1.38×10^4N\)
(b)\(2.81×10^7N/m^2\)
(c) 283 N
123. Baadhi ya wachimbaji wanataka kuondoa maji kutoka shimoni mgodi. Bomba linapungua kwa maji 90 m chini, na shinikizo hasi hutumiwa kuongeza maji.
(a) Tumia shinikizo linalohitajika ili kuongeza maji.
(b) Ni nini kisicho na maana kuhusu shinikizo hili?
(c) Ni nini kisicho na maana kuhusu Nguzo?
124. Unasukumia tairi ya baiskeli na pampu ya mkono, pistoni ambayo ina radius 2.00-cm.
(a) Nini nguvu katika newtons lazima exert kujenga shinikizo la\(6.90×10^5Pa\)
(b) Je, ni busara kuhusu matokeo haya (a)?
(c) Ambayo majengo ni busara au haiendani?
Suluhisho
(a) 867 N
(b) Hii ni nguvu sana ya kutumia kwa pampu ya mkono.
(c) Radius kudhani ya pampu ni kubwa mno; itakuwa karibu inchi mbili katika kipenyo - kubwa mno kwa pampu au hata silinda bwana. Shinikizo ni busara kwa matairi ya baiskeli.
125. Fikiria kundi la watu wanajaribu kukaa afloat baada ya mashua yao kugonga logi katika ziwa. Kujenga tatizo ambalo unahesabu idadi ya watu ambao wanaweza kushikamana na logi na kuweka vichwa vyao nje ya maji. Miongoni mwa vigezo vinavyozingatiwa ni ukubwa na wiani wa logi, na kile kinachohitajika kuweka kichwa na silaha za mtu juu ya maji bila kuogelea au kukanyaga maji.
126. Alveoli katika waathirika wa emphysema huharibiwa na kwa ufanisi huunda sacs kubwa. Kujenga tatizo ambalo unahesabu kupoteza shinikizo kutokana na mvutano wa uso katika alveoli kwa sababu ya kipenyo chao kikubwa cha wastani. (Sehemu ya uwezo wa mapafu ya kufukuza matokeo ya hewa kutokana na shinikizo lililoundwa na mvutano wa uso katika alveoli.) Miongoni mwa mambo ya kuzingatia ni mvutano wa kawaida wa uso wa maji ya kitambaa cha alveoli, radius ya wastani ya alveolar katika watu wa kawaida na wastani wake katika wagonjwa wa emphysema.