水力学吴持恭课后习题答案
第一章 绪论
1-1．20℃的水2.5m 3
，当温度升至80℃时，其体积增加多少？ [解] 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度3
1/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 32
1
125679.2m V V ==
∴ρρ 则增加的体积为3
120679.0m V V V =-=?
1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度ν增加15%，重度γ减少10%，问此时动力粘度μ增加多少（百分数）？ [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+==
原原原μρν035.1035.1==
035.0035.1=-=-原
原
原原原μμμμμμ
此时动力粘度μ增加了3.5%
1-3．有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02
y hy g u -=，式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度，h 为水深。试求m h 5.0=时渠底（y =0）处的切应力。 [解] μρ/)(002.0y h g dy
du
-=
)(002.0y h g dy
du
-==∴ρμ
τ 当h =0.5m ，y =0时
)05.0(807.91000002.0-??=τ
Pa 807.9=
1-4．一底面积为45×50cm 2，高为1cm 的木块，质量为5kg ，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s ，油层厚1cm ，斜坡角22.620 （见图示），求油的粘度。
[解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时，等速下滑
y
u A
T mg d d sin μθ== 001
.0145.04.062
.22sin 8.95sin ????=
=
δθμu A mg s Pa 1047.0?=μ
1-5．已知液体中流速沿y 方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律y
u
d d μ
τ=，定性绘出切应力沿y 方向的分布图。 [解]
1-6．为导线表面红绝缘，将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。已知导线直径0.9mm ，长度20mm ，涂料的粘度μ=0.02Pa ．s 。若导线以速率50m/s 拉过模具，试求所需牵拉力。（1.O1N ）
[解] 2
53310024.51020108.014.3m dl A ---?=????==π
N A h u F R 01.110024.510
05.05002.053=????==∴--μ
1-7．两平行平板相距0.5mm ，其间充满流体，下板固定，上板在2Pa 的压强作用下以0.25m/s 匀速移动，
求该流体的动力粘度。
[解] 根据牛顿内摩擦定律，得
y u
u u
u
y
u u
y
ττ= 0y ττy 0
τττ=0
y
dy
du /
τμ= s Pa ??=?=∴--33
10410
5.025
.0/
2μ 1-8．一圆锥体绕其中心轴作等角速度16rad
s
ω=旋转。锥体与固定壁面间的距离δ=1mm ，用
0.1Pa s μ=?的润滑油充满间隙。锥体半径R=0.3m ，高H=0.5m 。求作用于圆锥体的阻力矩。
（39.6N ·m ）
[解] 取微元体如图所示
微元面积：θ
ππcos 22dh
r dl r dA ?=?= 切应力：δ
ωμμ
τ0-==r dy du 阻力：dA dT τ=
阻力矩：r dT dM ?=
dA r rdT dM M ???===τ
dh r r H
??
?=0
cos 1
2θ
πτ )(cos 1203
h tg r dh r H
?=???=?θθπδωμ ?????=H
dh h tg 0
33
cos 12θθπδωμ
Nm H tg 6.392
857.0106.05.0161.0cos 423
3
443=??????==-πθδπμω 1-9．一封闭容器盛有水或油，在地球上静止时，其单位质量力为若干？当封闭容器从空中自由下落时，其
单位质量力又为若干？ [解] 在地球上静止时：
g f f f z y x -===；0
自由下落时：
00=+-===g g f f f z y x ；
第二章 流体静力学
2-1．一密闭盛水容器如图所示，U 形测压计液面高于容器内液面h=1.5m ，求容器液面的相对压强。
[解] gh p p a ρ+=0
kPa gh p p p a e 7.145.1807.910000=??==-=∴ρ
2-2．密闭水箱，压力表测得压强为4900Pa 。压力表中心比A 点高0.5m ，A 点在液面下1.5m 。求液面的绝对压强和相对压强。
[解] g p p A ρ5.0+=表
Pa g p g p p A 49008.9100049005.10-=?-=-=-=ρρ表 Pa p p p a 9310098000490000
=+-=+=' 2-3．多管水银测压计用来测水箱中的表面压强。图中高程的单位为m 。试求水面的绝对压强p abs 。
[解] )2.13.2()2.15.2()4.15.2()4.10.3(0-+=-+---+g p g g g p a 汞水汞水ρρρρ
g p g g g p a 汞水汞水ρρρρ1.13.11.16.10+=+-+
kPa g g p p a 8.3628.9109.28.9106.132.2980009.22.2330=??-???+=-+=水汞ρρ
2-4． 水管A 、B 两点高差h 1=0.2m ，U 形压差计中水银液面高差h 2=0.2m 。试求A 、B 两点的压强差。（22.736N
／m 2）
[解] 221)(gh p h h g p B A 水银水ρρ+=++
Pa h h g gh p p B A 22736)2.02.0(8.9102.08.9106.13)(33212=+??-???=+-=-∴水水银ρρ
2-5．水车的水箱长3m,高1.8m ，盛水深1.2m ，以等加速度向前平驶，为使水不溢出，加速度a 的允许值是多少？
[解] 坐标原点取在液面中心，则自由液面方程为： x g
a z -
=0 当m l
x 5.12-=-
=时，m z 6.02.18.10=-=，此时水不溢出 20/92.35
.16
.08.9s m x gz a =-?-=-=∴
2-6．矩形平板闸门AB 一侧挡水。已知长l =2m ，宽b =1m ，形心点水深h c =2m ，倾角α=45，闸门上
缘A 处设有转轴，忽略闸门自重及门轴摩擦力。试求开启闸门所需拉力。
[解] 作用在闸门上的总压力：
N A gh A p P c c 392001228.91000=????=?==ρ
作用点位置：m A y J y y c c c D 946
.21245sin 221121
45sin 23
=????+=+=
m l h y c A 828.12
2
45sin 22sin =-=-= α
)(45cos A D y y P l T -=?∴
kN l y y P T A D 99.3045
cos 2)
828.1946.2(3920045cos )(=?-?=-=
2-7．图示绕铰链O 转动的倾角α=60°的自动开启式矩形闸门，当闸门左侧水深h 1=2m ，右侧水深h 2=0.4m
时，闸门自动开启，试求铰链至水闸下端的距离x 。
[解] 左侧水作用于闸门的压力：
b h h g
A gh F c p ??== 60
sin 21
1111ρρ 右侧水作用于闸门的压力：
b h h g
A gh F c p ??==
60sin 22
2222ρρ
)60sin 31(60sin 2)60sin 31(60sin 22
22111
h x b h h g h x b h h g
-?=-??ρρ
12
1211()()
3sin 603sin 60
p p h h F x F x ∴-
=-
)60
sin 31()60sin 31(22
2121
h x h h x h -=-? )60sin 4.031(4.0)60sin 231(22
2
-?=-??x x m x 795.0=∴
2-8．一扇形闸门如图所示，宽度b=1.0m ，圆心角α=45°，闸门挡水深h=3m ，试求水对闸门的作用力及
方向
[解] 水平分力：
kN b h h g A gh F x c px 145.4432
.381.910002=???=??==ρρ
压力体体积：
3
222
21629.1)45sin 3
(8]321)345sin 3(3[)45sin (8]21)45sin (
[m h h h h h V =-?+-?=-+-=
ππ 铅垂分力：
kN gV F pz 41.111629.181.91000=??==ρ
合力：
kN F F F pz px p 595.4541.11145.44222
2=+=+=
方向：
5.14145
.4441
.11arctan
arctan
===px
pz F F θ
2-9．如图所示容器，上层为空气，中层为3m N 8170=石油ρ的石油，下层为3
m N 12550=甘油ρ
的甘油，试求：当测压管中的甘油表面高程为9.14m 时压力表的读数。 [解] 设甘油密度为1ρ，石油密度为2ρ，做等压面1--1，则有
)66.362.7()66.314.9(211?-?+=?-?=g p g p G ρρ g p g G 2196.348.5ρρ+=
G
B
空 气 石 油
7.623.66
9.14m
1
1