Question

某市區準備興建一棟高100m的高層建筑，請你用所學的知識解決建筑工中的幾個問題（g=10N/10kg）．
（1）該建筑物的部分墻體是用空心磚砌成的，請你從物理學角度說明使用空心磚有哪些主要優點？（限舉2例）
（2）完成此建筑需要澆筑鋼筋混凝土2.8×10⁴m³（ρ=2.5×10³kg/m³），還需要其他材料5×10⁷kg．求此建筑物的總質量及其對地面的壓力．
（3）若要從地面向房頂提供自來水，加壓設備至少需要給水施加多大的壓強？

Answer 1

解：
（1）空心磚與實心磚相比使用好處：
①在磚的體積相同的情況下，空心磚比實心磚使用的材料少，質量小；
②當磚的表面與地面接觸時，用空心磚比用實心磚對地面的壓強小．
（2）∵ρ=，
∴鋼筋混凝土的質量：
m₁=ρV=ρ=2.5×10³kg/m³×2.8×10⁴m³=7×10⁷kg，
建筑物的總質量：
m=m₁+m₂=7×10⁷kg+5×10⁷kg=1.2×10⁸kg，
對地面的壓力：
F=G=mg=1.2×10⁸kg×10N/kg=1.2×10⁹N；
（3）由題意知加壓設備至少給水施加的壓強P_至少等于100m高水柱產生的壓強．
p_至少=ρ_水gh=1.0×10³kg/m³×10N/kg×100m=1×10⁶Pa．
答：（1）使用空心磚有哪些主要優點：一是使用的材料少，質量小；二是用空心磚比用實心磚對地面的壓強小；
（2）此建筑物的總質量為1.2×10⁸kg，其對地面的壓力為1.2×10⁹N；
（3）若要從地面向房頂提供自來水，加壓設備至少需要給水施加1×10⁶Pa的壓強．
分析：（1）空心磚質量小，這樣建造房屋時用料就相對較少；結合壓強公式p=可知，在受力面積相同時，壓力減小，壓強減小．
（2）知道澆筑鋼筋混凝土的體積和密度，利用m=ρV求其質量，知道其他材料的質量，可求總質量；再利用F=G=mg求對地面的壓力．
（3）知道樓高，利用p=ρgh計算加壓設備至少需要給水施加多大的壓強．
點評：本題考查了學生對重力公式、密度公式、液體壓強公式的掌握和運用，用空心磚做建筑材料比用實心磚更好，能保溫、隔音、防震；另外還有搬運輕便、減少煤耗和二氧化碳的排放量、節約能源等優點．因此空心磚是國家大力推廣的建筑材料．