Question

一種廁所便桶水箱結(jié)構(gòu)如圖10-7（圖中略去了向水箱中注水的裝置）。出水口上的橡膠蓋是空心的，放水時(shí)它漂浮在水面上，水從出水口流出，如圖(a)。隨著水的流出，水面降低，直到橡膠蓋蓋住出水口，放水過(guò)程結(jié)束。注水過(guò)程中和注滿水后，橡膠蓋都蓋住出水口，如圖(b)。

（1）請(qǐng)你判斷，圖(a)中空心橡膠蓋所受的重力與它所受的浮力大小有什么關(guān)系。

（2）請(qǐng)你說(shuō)明，圖(b)中為什么橡膠蓋能緊緊地蓋在出水口而不浮起。

（3）這種裝置的一個(gè)重要缺點(diǎn)是，每次沖便桶都要用掉一箱水。為節(jié)約用水，請(qǐng)你對(duì)橡膠蓋做些改造，使得按下手柄時(shí)橡膠蓋抬起放水，放開(kāi)手柄后橡膠蓋能立即蓋上出水口，停止放水。

Answer 1

（1）圖(a)中，水從出水口流出時(shí)，橡膠蓋漂浮在水面上，顯然此時(shí)橡膠蓋所受的重力與它所受的浮力是相等的。

（2）圖(b)中，橡膠蓋和出水口緊密接觸了，此時(shí)橡膠蓋的下部沒(méi)有水而上部有水，橡膠蓋受到水對(duì)它的向下的壓力，卻幾乎不受水對(duì)它的從下向上的壓力，所以橡膠蓋不受浮力，則它在其自身重力和上部水的壓力作用下，會(huì)緊壓出水口而不可能浮起。

（3）若要放開(kāi)手柄后橡膠蓋就能立即蓋上出水口，即要使如圖(a)放水時(shí)，橡膠蓋不能浮在水面上，即要求其重力應(yīng)大于其可能受到的浮力。因此，只需將橡膠蓋適當(dāng)加重即可。例如，在橡膠蓋上打孔，填人砂�；蛘咴谙鹉z蓋上加重物使它們所受到的總重力大于它們完全浸沒(méi)入水中時(shí)所受到的浮力。