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moea_joint_essay 108年 [機械] 熱力學與熱機學、流體力學與流體機械

第 一 題

📖 題組:
五、有一均勻材質的木棍 AB,其截面為直徑 0.38 m 之圓形,其一端有繩子拉住於水面下如【圖 3】所示。試求下列各項:(計算至小數點後第 2 位,以下四捨五入)(20 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

木棍的比重(10 分)
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利用力矩平衡。對水下固定端(即繩子繫點,記作A點)取力矩。木棍重量W作用於質心,浮力F_B作用於沉入水下體積的形心。由於處於平衡狀態,兩力對A點之力矩必須抵銷,藉此可解出木棍的比重。

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設木棍全長為 $L = 8 + 2 = 10 \text{ m}$,截面積為 $A$。 木棍重力 $W = S \cdot \gamma_w \cdot (A \cdot L)$,作用於木棍中心(距A點 $10/2 = 5 \text{ m}$ 處)。 浮力 $F_B = \gamma_w \cdot V_{\text{submerged}}$,因浸入水中的長度為 8 m,故 $F_B = \gamma_w \cdot (A \cdot 8)$,作用於浸水部分的中心(距A點 $8/2 = 4 \text{ m}$ 處)。

小題 (二)

繩子的張力(kN)(10 分)
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利用垂直方向力平衡。向上的浮力等於向下的重力與繩子張力之和,求得張力。

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由垂直方向力平衡 ($\sum F_y = 0$): $T + W = F_B \implies T = F_B - W$ 先計算浮力 $F_B$:

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