Question

一種廁所便桶水箱結構如圖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，放水過程結束。注水過程中和注滿水后，橡膠蓋都蓋住出水口，如圖(b)。

（1）請你判斷，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系。

（2）請你說明，圖(b)中為什么橡膠蓋能緊緊地蓋在出水口而不浮起。

（3）這種裝置的一個重要缺點是，每次沖便桶都要用掉一箱水。為節(jié)約用水，請你對橡膠蓋做些改造，使得按下手柄時橡膠蓋抬起放水，放開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，橡膠蓋漂浮在水面上，顯然此時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，此時橡膠蓋的下部沒有水而上部有水，橡膠蓋受到水對它的向下的壓力，卻幾乎不受水對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，會緊壓出水口而不可能浮起。

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