Question

一瀑布落差为h=20m，水流量为Q=0.10m³/s，水的密度ρ=1.0×10³kg/m³，水在最高点和落至石头上后的速度都认为是零，试估算水对石头的冲击力的大小（落在石头上的水立即流走，在讨论石头对水的作用时可以不考虑水的重力，g=10m/s²）．（ ）
A．1×10³N
B．2×10³N
C．3×10³N
D．4×10³N

Answer

以水开始流下到落到石头上静止全过程分析，由动量定理可求得水对石头的冲击力．
【解析】
水从h高处落下可认为是自由落体运动，速度为v，则由v2=2gh
解得：v==20m/s ①
设在很短时间t内有质量为m的水落到石头上，设石头对水的平均作用力为F，取竖直向下为正方向，由动量定理得，
-Ft=0-mv ②
而 m=ρQt ③
由①②③式代入数据解得，F=2.0×103N；
根据牛顿第三定律可知，水对石头的反作用力F′=2.0×103N；
故选B．