某教師用“試管爬升”的實(shí)驗(yàn)裝置來實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證大氣壓的存在,其做法如下:取兩個(gè)直徑相差很小的平底試管,將細(xì)管底部插入裝滿水的粗試管內(nèi),再將兩試管迅速倒置(保持豎直),會看到細(xì)試管慢慢“爬進(jìn)”粗試管里,如圖所示,細(xì)試管能否在粗試管內(nèi)豎直向上“爬升”,取決于開始時(shí)細(xì)試管插入粗試管的深度,如果插入過淺細(xì)試管就不能自動上升.
若細(xì)試管的重為G、外直徑為d,水的密度為ρ
0,大氣壓強(qiáng)為p
0,請你通過推導(dǎo)計(jì)算,回答下列問題:
![](http://hiphotos.baidu.com/zhidao/pic/item/a71ea8d3fd1f41347f49f9cf261f95cad1c85e01.jpg)
(1)細(xì)試管在“爬升”時(shí),受到大氣對它豎直向上的壓力是多少?
(2)細(xì)試管開始插入的深度h
0滿足什么條件時(shí),它剛好可以向上“爬升”?
(1)大氣壓作用的面積:
S=πr
2=π(
)
2=
,
根據(jù)p=
可得,細(xì)試管在“爬升”時(shí)受到大氣對它豎直向上的壓力:
F
0=p
0S=p
0×
=
;
(2)細(xì)試管受力情況如圖所示:
![](http://hiphotos.baidu.com/zhidao/pic/item/962bd40735fae6cd6c8157d00cb30f2442a70f4d.jpg)
細(xì)管剛好能“爬升”時(shí),細(xì)試管受力平衡,則
F
0=G+F,
細(xì)試管受到水的壓強(qiáng):
p
水=p
0-ρ
0gh
0,
細(xì)試管受到水的壓力:
F=p
水S=(p
0-ρ
0gh
0)S,
∴p
0S=G+(p
0-ρ
0gh
0)S,
解得:h
0=
=
=
.
答:(1)細(xì)試管在“爬升”時(shí),受到大氣對它豎直向上的壓力是
;
(2)細(xì)試管開始插入的深度h
0不小于
時(shí),它剛好可以向上“爬升”.