Question

某市区准备兴建一栋高100m的高层建筑，请你用所学的知识解决建筑工中的几个问题（g=10N/10kg）．
（1）该建筑物的部分墙体是用空心砖砌成的，请你从物理学角度说明使用空心砖有哪些主要优点？（限举2例）
（2）完成此建筑需要浇筑钢筋混凝土2.8×10⁴m³（ρ=2.5×10³kg/m³），还需要其他材料5×10⁷kg．求此建筑物的总质量及其对地面的压力．
（3）若要从地面向房顶提供自来水，加压设备至少需要给水施加多大的压强？

Answer 1

解：
（1）空心砖与实心砖相比使用好处：
①在砖的体积相同的情况下，空心砖比实心砖使用的材料少，质量小；
②当砖的表面与地面接触时，用空心砖比用实心砖对地面的压强小．
（2）∵ρ=，
∴钢筋混凝土的质量：
m₁=ρV=ρ=2.5×10³kg/m³×2.8×10⁴m³=7×10⁷kg，
建筑物的总质量：
m=m₁+m₂=7×10⁷kg+5×10⁷kg=1.2×10⁸kg，
对地面的压力：
F=G=mg=1.2×10⁸kg×10N/kg=1.2×10⁹N；
（3）由题意知加压设备至少给水施加的压强P_至少等于100m高水柱产生的压强．
p_至少=ρ_水gh=1.0×10³kg/m³×10N/kg×100m=1×10⁶Pa．
答：（1）使用空心砖有哪些主要优点：一是使用的材料少，质量小；二是用空心砖比用实心砖对地面的压强小；
（2）此建筑物的总质量为1.2×10⁸kg，其对地面的压力为1.2×10⁹N；
（3）若要从地面向房顶提供自来水，加压设备至少需要给水施加1×10⁶Pa的压强．
分析：（1）空心砖质量小，这样建造房屋时用料就相对较少；结合压强公式p=可知，在受力面积相同时，压力减小，压强减小．
（2）知道浇筑钢筋混凝土的体积和密度，利用m=ρV求其质量，知道其他材料的质量，可求总质量；再利用F=G=mg求对地面的压力．
（3）知道楼高，利用p=ρgh计算加压设备至少需要给水施加多大的压强．
点评：本题考查了学生对重力公式、密度公式、液体压强公式的掌握和运用，用空心砖做建筑材料比用实心砖更好，能保温、隔音、防震；另外还有搬运轻便、减少煤耗和二氧化碳的排放量、节约能源等优点．因此空心砖是国家大力推广的建筑材料．