某闸门的形状与大小如图所示,其中直线为对称轴,闸门的上部为矩形,下部由二次抛物线与线段所围成。当水面与闸门的上端相平时,欲使闸门矩形部分承受的水压力与闸门下部承受的水压力之比为,闸门矩形部分的高应为多少?
答案
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设水面向下的深度为 ,忽略两部分共有的因子 。矩形宽为 、高为 ,故矩形部分的压力为
以下长度均按米计。
以弦 为起点向下量深度 ,以对称轴为水平坐标 的原点。抛物线经过 ,顶点为 ,故其方程为 。因此深度 处的宽度为 ,在 处为 ,在最低点缩为 。
该横条位于水下 处,所以闸门下部的压力为
由 ,得 ,即 。
矩形高度必须为正,舍去 ,得到 。此时 、,压力比确为 。