结构推理 一桶水以匀角速度绕铅直的桶轴旋转,试证明当水与水桶相对静止时,桶内水的自由表面形状是一个旋转抛物面。
【正确答案】证明 取直角坐标系,如图所示,取一质量为dm的小水块,它受到重力和压力的作用,这两个力的合力就是使dm绕y轴匀速转动的向心力。质量元dm所在处水表面曲线的斜率为 (1) 由图中的几何关系可知 (2) 由(1)式和(2)式得 (3) 由初始条件, 有 积分得描写水面形状的曲线方程为 这正是旋转抛物面的方程。
【答案解析】