Пример 5. Вычислить работу, необходимую для выкачивания масла из вертикального цилиндрического резервуара высотой
м и радиусом основания
м. Удельный вес масла
.
Решение. Величина работы
, затрачиваемой на поднятие некоторого тела, зависит от высоты
его подъема:
,
— вес тела.
Допустим, что работа, затраченная на выкачивание из резервуара слоя масла толщиною
, рис. 1, есть некоторая функция
и найдем дифференциал этой функции.
При увеличении
на величину
объем
слоя масла увеличится на величину
, его вес
увеличится на величину
, а затраченная работа
увеличится на величину
.

Рис. 1
Всю искомую работу
получим при изменении
от 0 до
. Поэтому
(кГм) 
(дж)
(дж).
Пример 6. При условиях предыдущей задачи вычислить работу, необходимую для выкачивания масла из цилиндрического резервуара, если его ось имеет горизонтальное направление.
Решение. Как и в решении предыдущей задачи, полагаем, что работа, затрачиваемая на выкачивание из резервуара слоя масла толщиною
(рис. 2), есть некоторая функция
и найдем дифференциал этой функции.
При увеличении
на величину
объем
слоя масла увеличится на величину
, его вес
увеличится на величину
, а затраченная работа
увеличится на величину
.

Рис. 2
Вся искомая работа
выразится интегралом от
в пределах от
до
:

где переменная
выражена через переменную
из прямоугольного треугольника
.
Для вычисления этого интеграла полагаем
. Тогда
при
при
;
(кГм)
(дж).
Пример 7. Шар лежит на дне бассейна глубиной
дм. Определить работу, необходимую для извлечения шара из воды, если его радиус
дм, а удельный вес
.
Решение. При подъеме шара до поверхности воды сила
, совершающая работу, постоянна и равна разности между весом шара и весом вытесняемой им воды:

Поэтому работа
необходимая для поднятия шара до поверхности воды, определяется элементарным путем как произведение силы
на высоту подъема
:


Рис. 3
При дальнейшем подъеме шара сила
, совершающая работу, будет изменяться в зависимости от высоты
надводной части шара (рис. 3):

где
— вес шара,
— вес воды, вытесняемой подводной частью шара, численно равный объему шарового сегмента с высотой
:

Очевидно, и работа, совершаемая силой
, будет некоторой функцией
. Допуская, что при подъеме шара еще на малую высоту
сила
остается неизменной, найдем приближенную величину приращения работы
![\displaystyle \Delta q\approx p(x)dx=(P_{sh}-p_{v})dx=\frac{\pi }{3}[4R^{3}(\delta -1)-x^{3}+3Rx^{2}]dx=dq.](https://math-helper.ru/wp-content/plugins/latex/cache/tex_c126aba45739511acfcabd2a08b7b7c8.gif)
Интегрируя
в пределах от
до
, найдем работу
, которую надо совершить, чтобы шар, поднятый со дна бассейна до поверхности воды, полностью извлечь из воды:
![\displaystyle Q_{2}=\frac{\pi }{3}\int_{0}^{2R}[4R^{3}(\delta -1)-x^{3}+3Rx^{2}]dx=\frac{\pi }{3}\left [ 4R^{3}(\delta -1)x-\frac{x^{4}}{4}+Rx^{3} \right ] \left.\begin{matrix} \\ \\ \end{matrix}\right| _{0}^{2R}=\frac{4}{3}\pi R^{4}(2\delta -1).](https://math-helper.ru/wp-content/plugins/latex/cache/tex_66fdaf4134640fa63ec7f03534cadd65.gif)
Вся искомая работа
(кГм)
(дж).

