一圆筒形汽缸静置于地面上,如图8-2-12所示.汽缸的质量为M,活塞(连同手柄)的质量为m,汽缸内的横截面积为S,大气压强为p0,平衡时汽缸的容积为V.现用手握住手柄缓慢向上提,设汽缸足够长,在整个上提过程中气体温度保持不变,并不计汽缸内气体的质量及活塞与汽缸壁间的摩擦,求将汽缸刚提离地面时活塞上升的距离.
图8-2-12
一圆筒形汽缸静置于地面上,如图8-2-12所示.汽缸的质量为M,活塞(连同手柄)的质量为m,汽缸内的横截面积为S,大气压强为p0,平衡时汽缸的容积为V.现用手握住手柄缓慢向上提,设汽缸足够长,在整个上提过程中气体温度保持不变,并不计汽缸内气体的质量及活塞与汽缸壁间的摩擦,求将汽缸刚提离地面时活塞上升的距离.
图8-2-12
设开始状态汽缸内气体的压强为p1,汽缸刚要离开地面时缸内气体压强为p2,体积为V2,开始时,活塞受到重力mg、大气压力p0S和缸内气体的压力p1S而达到平衡,根据平衡条件得:p1S=p0S+mg
∴p1=p0+mg/S
当汽缸刚要离开地面时,汽缸体受到重力Mg、外面大气压力p0S和缸内气体压强的压力p2S作用而平衡.
则p2S+Mg=p0S
∴p2=p0-Mg/S
由于初、末状态的变化过程中,缸内气体的质量和温度都保持不变,遵守玻意耳定律.根据玻意耳定律有:p1V=p2V2
即(p0+mg/S)V=(p0-Mg/S)V2
∴
活塞上升的距离为