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moea_joint_essay 114年 [機械] 熱力學與熱機學、流體力學與流體機械

第 一 題

📖 題組:
四、在一平台放置一裝有水銀(比重 S = 13.6)之容器,今將一立方體鋼塊放置其中,該鋼塊浮於水銀面上之體積為鋼塊總體積 35 %,請回答下列問題(計算至小數點後第 2 位,以下四捨五入):(2 題,每題 5 分,共 10 分) (一)該立方體鋼塊之比重為何? (二)若將水倒入水銀面上,使水面恰與立方體鋼塊之頂部齊平,則水深佔鋼塊高度之百分比為何?
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

該立方體鋼塊之比重為何?

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根據浮力原理,浮體的重量等於排開液體的重量。由沒入水銀的體積比例可推算鋼塊比重。

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鋼塊浮於水銀面上體積佔 35%,故沒入水銀體積佔總體積的 65% (即 0.65)。 根據浮力原理,鋼塊重量 = 排開水銀之重量: S_鋼塊 × V_總 = S_水銀 × V_沒入

小題 (二)

若將水倒入水銀面上,使水面恰與立方體鋼塊之頂部齊平,則水深佔鋼塊高度之百分比為何?

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設鋼塊總高度為 h,水深(浸於水中的高度)為 x,則浸於水銀中的高度為 (h-x)。利用兩層液體提供的總浮力等於鋼塊重量列式求解。

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設鋼塊高度為 h,截面積為 A,水深為 x。此時鋼塊沒入水銀的深度為 (h - x)。 系統平衡時,水與水銀共同提供的總浮力等於鋼塊總重: S_水 × (x × A) + S_水銀 × ((h - x) × A) = S_鋼塊 × (h × A)

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