Objective Questions 
435
Concepts and Principles
The pressure in a fluid at rest varies with depth h in the fluid 
according to the expression
P5P
0
1rgh 
(14.4)
where P
0
is the pressure at h 5 0 and r is the density of the fluid, 
assumed uniform.
Pascal’s law states that when pressure is applied to an enclosed 
fluid, the pressure is transmitted undiminished to every point in 
the fluid and to every point on the walls of the container.
When an object is partially or fully sub-
merged in a fluid, the fluid exerts on the 
object an upward force called the buoyant 
force. According to Archimedes’s prin-
ciple, the magnitude of the buoyant force is 
equal to the weight of the fluid displaced by 
the object:
B5r
fluid
gV
disp
(14.5)
The flow rate (volume flux) through a pipe that var-
ies in cross-sectional area is constant; that is equivalent 
to stating that the product of the cross-sectional area A 
and the speed v at any point is a constant. This result is 
expressed in the equation of continuity for fluids:
A
1
v
1
5A
2
v
2
5constant 
(14.7)
The sum of the pressure, kinetic energy per unit 
volume, and gravitational potential energy per unit vol-
ume has the same value at all points along a streamline 
for an ideal fluid. This result is summarized in Ber-
noulli’s equation:
P1
1
2
rv1rgy5constant 
(14.9)
of the following statements are valid? (Choose all cor-
rect statements.) (a) The buoyant force on the steel 
object is equal to its weight. (b)The buoyant force on 
the block is equal to its weight. (c) The tension in the 
string is equal to the weight of the steel object. (d) The 
tension in the string is less than the weight of the steel 
object. (e) The buoyant force on the block is equal to 
the volume of water it displaces.
Figure oQ14.3
4. An apple is held completely submerged just below 
the surface of water in a container. The apple is then 
moved to a deeper point in the water. Compared with 
the force needed to hold the apple just below the sur-
face, what is the force needed to hold it at the deeper 
point? (a) larger (b)the same (c) smaller (d) impos-
sible to determine
5. A beach ball is made of thin plastic. It has been 
inflated with air, but the plastic is not stretched. By 
swimming with fins on, you manage to take the ball 
from the surface of a pool to the bottom. Once the ball 
is completely submerged, what happens to the buoyant 
force exerted on the beach ball as you take it deeper?  
(a) It increases. (b) It remains constant. (c) It decreases. 
(d) It is impossible to determine.
1. Figure OQ14.1 shows aerial views from directly above 
two dams. Both dams are equally wide (the vertical 
dimension in the diagram) and equally high (into the 
page in the diagram). The dam on the left holds back 
a very large lake, and the dam on the right holds back a 
narrow river. Which dam has to be built more strongly? 
(a) the dam on the left (b) the dam on the right (c) both 
the same (d) cannot be predicted
Dam
Dam
Figure oQ14.1
2. A beach ball filled with air is pushed about 1 m below 
the surface of a swimming pool and released from rest. 
Which of the following statements are valid, assum-
ing the size of the ball remains the same? (Choose all 
correct statements.) (a) As the ball rises in the pool, 
the buoyant force on it increases. (b) When the ball 
is released, the buoyant force exceeds the gravitational 
force, and the ball accelerates upward. (c) The buoyant 
force on the ball decreases as the ball approaches the 
surface of the pool. (d) The buoyant force on the ball 
equals its weight and remains constant as the ball rises. 
(e) The buoyant force on the ball while it is submerged 
is approximately equal to the weight of a volume of 
water that could fill the ball.
3. A wooden block floats in water, and a steel object is 
attached to the bottom of the block by a string as in 
Figure OQ14.3. If the block remains floating, which 
Objective Questions
1. 
denotes answer available in Student Solutions Manual/Study Guide
Convert pdf into html email - Convert PDF to html files in C#.net, ASP.NET MVC, WinForms, WPF application
How to Convert PDF to HTML Webpage with C# PDF Conversion SDK
convert pdf to html with images; export pdf to html
Convert pdf into html email - VB.NET PDF Convert to HTML SDK: Convert PDF to html files in vb.net, ASP.NET MVC, WinForms, WPF application
PDF to HTML Webpage Converter SDK for VB.NET PDF to HTML Conversion
add pdf to website; how to change pdf to html format
436
chapter 14 Fluid Mechanics
the weight of the boat (d) equal to the weight of the dis-
placed water (e) equal to the buoyant force on the boat
10. A small piece of steel is tied to a block of wood. When 
the wood is placed in a tub of water with the steel on top, 
half of the block is submerged. Now the block is inverted 
so that the steel is under water. (i) Does the amount 
of the block submerged (a) increase, (b) decrease, or  
(c) remain the same? (ii) What happens to the water 
level in the tub when the block is inverted? (a) It rises. 
(b) It falls. (c) It remains the same.
11. A piece of unpainted porous wood barely floats in an 
open container partly filled with water. The container 
is then sealed and pressurized above atmospheric pres-
sure. What happens to the wood? (a) It rises in the 
water. (b) It sinks lower in the water. (c) It remains at 
the same level.
12. A person in a boat floating in a small pond throws an 
anchor overboard. What happens to the level of the 
pond? (a) It rises. (b) It falls. (c) It remains the same.
13. Rank the buoyant forces exerted on the following five 
objects of equal volume from the largest to the smallest. 
Assume the objects have been dropped into a swimming 
pool and allowed to come to mechanical equilibrium. 
If any buoyant forces are equal, state that in your rank-
ing. (a)a block of solid oak (b) an aluminum block (c) a  
beach ball made of thin plastic and inflated with air  
(d) an iron block (e) a thin-walled, sealed bottle of water
14. A water supply maintains a constant rate of flow for water 
in a hose. You want to change the opening of the nozzle 
so that water leaving the nozzle will reach a height that 
is four times the current maximum height the water 
reaches with the nozzle vertical. To do so, should you  
(a) decrease the area of the opening by a factor of 16, 
(b) decrease the area by a factor of 8, (c) decrease the 
area by a factor of 4, (d)decrease the area by a factor of 
2, or (e) give up because it cannot be done?
15. A glass of water contains floating ice cubes. When the ice 
melts, does the water level in the glass (a) go up, (b) go  
down, or (c) remain the same?
16. An ideal fluid flows through a horizontal pipe whose 
diameter varies along its length. Measurements would 
indicate that the sum of the kinetic energy per unit 
volume and pressure at different sections of the pipe 
would (a)decrease as the pipe diameter increases,  
(b) increase as the pipe diameter increases, (c) increase 
as the pipe diameter decreases, (d) decrease as the 
pipe diameter decreases, or (e) remain the same as the 
pipe diameter changes.
6. A solid iron sphere and a solid lead sphere of the 
same size are each suspended by strings and are sub-
merged in a tank of water. (Note that the density of 
lead is greater than that of iron.) Which of the fol-
lowing statements are valid? (Choose all correct state-
ments.) (a) The buoyant force on each is the same.  
(b) The buoyant force on the lead sphere is greater 
than the buoyant force on the iron sphere because lead 
has the greater density. (c) The tension in the string 
supporting the lead sphere is greater than the tension 
in the string supporting the iron sphere. (d) The buoy-
ant force on the iron sphere is greater than the buoy-
ant force on the lead sphere because lead displaces 
more water. (e) None of those statements is true.
7. Three vessels of different shapes are filled to the same 
level with water as in Figure OQ14.7. The area of the 
base is the same for all three vessels. Which of the fol-
lowing statements are valid? (Choose all correct state-
ments.) (a) The pressure at the top surface of vessel 
A is greatest because it has the largest surface area. 
(b) The pressure at the bottom of vessel A is greatest 
because it contains the most water. (c)The pressure at 
the bottom of each vessel is the same. (d) The force on 
the bottom of each vessel is not the same. (e) At a given 
depth below the surface of each vessel, the pressure on 
the side of vessel A is greatest because of its slope.
A
B
C
Figure oQ14.7
8. One of the predicted problems due to global warm-
ing is that ice in the polar ice caps will melt and raise 
sea levels everywhere in the world. Is that more of a 
worry for ice (a)at the north pole, where most of the 
ice floats on water; (b) at the south pole, where most 
of the ice sits on land; (c)both at the north and south 
pole equally; or (d) at neither pole?
9. A boat develops a leak and, after its passengers are res-
cued, eventually sinks to the bottom of a lake. When 
the boat is at the bottom, what is the force of the lake 
bottom on the boat? (a) greater than the weight of the 
boat (b) equal to the weight of the boat (c) less than 
Conceptual Questions
1. 
denotes answer available in Student Solutions Manual/Study Guide
1. When an object is immersed in a liquid at rest, why is 
the net force on the object in the horizontal direction 
equal to zero?
2. Two thin-walled drinking glasses having equal base 
areas but different shapes, with very different cross- 
sectional areas above the base, are filled to the same 
level with water. According to the expression P 5 P
0
 
rgh, the pressure is the same at the bottom of both 
glasses. In view of this equality, why does one weigh 
more than the other?
3. Because atmospheric pressure is about 105 N/m2 and the 
area of a person’s chest is about 0.13 m2, the force of the 
C# PDF Convert to Word SDK: Convert PDF to Word library in C#.net
with specified zoom value and save it into stream The magnification of the original PDF page size Description: Convert to DOCX/TIFF with specified resolution and
convert pdf into html online; converting pdfs to html
VB.NET PDF Convert to Word SDK: Convert PDF to Word library in vb.
Create editable Word file online without email. In order to convert PDF document to Word file using VB you have to integrate following assemblies into your VB
convert pdf fillable form to html; embed pdf into website
conceptual Questions 
437
14. Does a ship float higher in the water of an inland lake 
or in the ocean? Why?
15. When ski jumpers are airborne (Fig. CQ14.15), they 
bend their bodies forward and keep their hands at 
their sides. Why?
Figure CQ14.15
©
i
S
t
o
c
k
P
h
o
t
o
/
t
e
c
h
n
o
t
r
16. Why do airplane pilots prefer to take off with the air-
plane facing into the wind?
17. Prairie dogs ventilate their burrows by building a mound 
around one entrance, which is open to a stream of air 
when wind blows from any direction. A second entrance 
at ground level is open to almost stagnant air. How does 
this construction create an airflow through the burrow?
18. In Figure CQ14.18, an airstream moves from right to 
left through a tube that is constricted at the middle. 
Three table-tennis balls are levitated in equilibrium 
above the vertical columns through which the air 
escapes. (a) Why is the ball at the right higher than the 
one in the middle? (b)Why is the ball at the left lower 
than the ball at the right even though the horizontal 
tube has the same dimensions at these two points?
Figure CQ14.18
H
e
n
r
y
L
e
a
p
a
n
d
J
i
m
L
e
h
m
a
n
19. A typical silo on a farm has many metal bands wrapped 
around its perimeter for support as shown in Figure 
CQ14.19. Why is the spacing between successive bands 
smaller for the lower portions of the silo on the left, 
and why are double bands used at lower portions of the 
silo on the right?
atmosphere on one’s chest is around 13 000 N. In view of 
this enormous force, why don’t our bodies collapse?
4. A fish rests on the bottom of a bucket of water while 
the bucket is being weighed on a scale. When the fish 
begins to swim around, does the scale reading change? 
Explain your answer.
5. You are a passenger on a spacecraft. For your survival 
and comfort, the interior contains air just like that at 
the surface of the Earth. The craft is coasting through 
a very empty region of space. That is, a nearly perfect 
vacuum exists just outside the wall. Suddenly, a mete-
oroid pokes a hole, about the size of a large coin, right 
through the wall next to your seat. (a) What happens? 
(b) Is there anything you can or should do about it?
6. If the airstream from a hair dryer is directed over a 
table-tennis ball, the ball can be levitated. Explain.
7. A water tower is a common sight in many communities. 
Figure CQ14.7 shows a collection of colorful water tow-
ers in Kuwait City, Kuwait. Notice that the large weight 
of the water results in the center of mass of the system 
being high above the ground. Why is it desirable for a 
water tower to have this highly unstable shape rather 
than being shaped as a tall cylinder?
Figure CQ14.7
©
i
S
t
o
c
k
P
h
o
t
o
/
K
l
a
a
s
L
i
n
g
b
e
e
k
-
v
a
n
K
r
a
n
e
n
8. If you release a ball while inside a freely falling eleva-
tor, the ball remains in front of you rather than falling 
to the floor because the ball, the elevator, and you all 
experience the same downward gravitational accelera-
tion. What happens if you repeat this experiment with 
a helium-filled balloon?
9. (a) Is the buoyant force a conservative force? (b) Is a 
potential energy associated with the buoyant force?  
(c) Explain your answers to parts (a) and (b).
10. An empty metal soap dish barely floats in water. A bar 
of Ivory soap floats in water. When the soap is stuck in 
the soap dish, the combination sinks. Explain why.
11. How would you determine the density of an irregularly 
shaped rock?
12. Place two cans of soft drinks, one regular and one diet, 
in a container of water. You will find that the diet drink 
floats while the regular one sinks. Use Archimedes’s 
principle to devise an explanation.
13. The water supply for a city is often provided from res-
ervoirs built on high ground. Water flows from the 
reservoir, through pipes, and into your home when 
you turn the tap on your faucet. Why does water flow 
more rapidly out of a faucet on the first floor of a 
building than in an apartment on a higher floor?
Figure CQ14.19
H
e
n
r
y
L
e
a
p
a
n
d
J
i
m
L
e
h
m
a
n
RasterEdge.com General FAQs for Products
or need additional assistance, please contact us via email (support@rasteredge dedicated to provide powerful & profession imaging controls, PDF document, image
convert pdf into webpage; add pdf to website html
.NET RasterEdge XDoc.PDF Purchase Details
View, Convert, Edit, Process, Protect, SignPDF Files. PDF Print. Support Plans Each RasterEdge license comes with 1-year dedicated support (email, online chat
embed pdf into webpage; pdf to html converters
438
chapter 14 Fluid Mechanics
Note: In all problems, assume the density of air is the 
20°C value from Table 14.1, 1.20 kg/m3, unless noted 
otherwise.
Section 14.1 Pressure
1. A large man sits on a four-legged chair with his feet off 
the floor. The combined mass of the man and chair is 
95.0 kg. If the chair legs are circular and have a radius 
of 0.500 cm at the bottom, what pressure does each leg 
exert on the floor?
2. The nucleus of an atom can be modeled as several pro-
tons and neutrons closely packed together. Each par-
ticle has a mass of 1.67 3 10227 kg and radius on the 
order of 10215 m. (a) Use this model and the data pro-
vided to estimate the density of the nucleus of an atom. 
(b) Compare your result with the density of a material 
such as iron. What do your result and comparison sug-
gest concerning the structure of matter?
3. A 50.0-kg woman wearing high-heeled shoes is invited 
into a home in which the kitchen has vinyl floor cover-
ing. The heel on each shoe is circular and has a radius 
of 0.500cm. (a) If the woman balances on one heel, 
what pressure does she exert on the floor? (b) Should 
the home owner be concerned? Explain your answer.
4. Estimate the total mass of the Earth’s atmosphere. 
(The radius of the Earth is 6.37 3 106 m, and atmo-
spheric pressure at the surface is 1.013 3 105 Pa.)
5. Calculate the mass of a solid gold rectangular bar that 
has dimensions of 4.50 cm 3 11.0 cm 3 26.0 cm.
Section 14.2 Variation of Pressure with Depth
6. (a) A very powerful vacuum cleaner has a hose 2.86 cm 
in diameter. With the end of the hose placed perpen-
dicularly on the flat face of a brick, what is the weight 
of the heaviest brick that the cleaner can lift? (b) What 
If? An octopus uses one sucker of diameter 2.86 cm on 
each of the two shells of a clam in an attempt to pull 
the shells apart. Find the greatest force the octopus 
can exert on a clamshell in salt water 32.3 m deep.
7. The spring of the pressure gauge shown in Figure 
P14.7 has a force constant of 1 250 N/m, and the piston 
has a diameter of 1.20 cm. As the gauge is lowered into 
water in a lake, what change in depth causes the piston 
to move in by 0.750 cm?
Q/C
Q/C
W
M
BIO
M
8. The small piston of a hydraulic lift (Fig. P14.8) has a 
cross-sectional area of 3.00 cm2, and its large piston 
has a cross-sectional area of 200 cm2. What downward 
force of magnitude F
1
must be applied to the small 
piston for the lift to raise a load whose weight is F
g
 
15.0 kN?
F
1
S
F
g
= 15.0 kN
Figure P14.8
9. What must be the contact area between a suction cup 
(completely evacuated) and a ceiling if the cup is to 
support the weight of an 80.0-kg student?
10. A swimming pool has dimensions 30.0 m 3 10.0 m and a 
flat bottom. When the pool is filled to a depth of 2.00 m  
with fresh water, what is the force exerted by the water 
on (a) the bottom? (b) On each end? (c) On each side?
11. (a) Calculate the absolute pressure at the bottom of 
a freshwater lake at a point whose depth is 27.5 m. 
Assume the density of the water is 1.00 3 103 kg/m3 
and that the air above is at a pressure of 101.3 kPa.  
(b) What force is exerted by the water on the window 
of an underwater vehicle at this depth if the window is 
circular and has a diameter of 35.0cm?
12. Why is the following situation impossible? Figure P14.12 
shows Superman attempting to drink cold water 
W
M
AMT
Problems
The problems found in this  
chapter may be assigned 
online in Enhanced WebAssign
1.
 straightforward; 
2. 
intermediate;  
3. 
challenging
1.
full solution available in the Student 
Solutions Manual/Study Guide
AMT
Analysis Model tutorial available in 
Enhanced WebAssign
GP
Guided Problem
M
Master It tutorial available in Enhanced 
WebAssign
W
Watch It video solution available in 
Enhanced WebAssign
BIO
Q/C
S
Vacuum
k
F
S
Figure P14.7
About RasterEdge.com - A Professional Image Solution Provider
Email to: support@rasteredge.com. We are dedicated to provide powerful & profession imaging controls, PDF document, image to pdf files and components for
convert pdf into html file; convert from pdf to html
C# Create PDF from Excel Library to convert xlsx, xls to PDF in C#
Free online Excel to PDF converter without email. Quick integrate online C# source code into .NET class. C# Demo Code: Convert Excel to PDF in Visual C# .NET
how to convert pdf into html; convert fillable pdf to html form
problems 
439
17. Review. Piston  in Figure P14.17 has a diameter of 
0.250 in. Piston  has a diameter of 1.50 in. Determine 
the magnitude F of the force necessary to support the 
500-lb load in the absence of friction.
500 lb
2.0 in.
10 in.
F
S
Figure P14.17
18. Review. A solid sphere of brass (bulk modulus of  
14.0 3 1010 N/m2) with a diameter of 3.00 m is thrown 
into the ocean. By how much does the diameter of the 
sphere decrease as it sinks to a depth of 1.00 km?
Section 14.3 Pressure Measurements
19. Normal atmospheric pressure is 1.013 3 105 Pa. The 
approach of a storm causes the height of a mercury 
barometer to drop by 20.0 mm from the normal height. 
What is the atmospheric pressure?
20. The human brain and spinal cord are immersed in the 
cerebrospinal fluid. The fluid is normally continuous 
between the cranial and spinal cavities and exerts a 
pressure of 100 to 200 mm of H
2
O above the prevail-
ing atmospheric pressure. In medical work, pressures 
are often measured in units of millimeters of H
2
because body fluids, including the cerebrospinal fluid, 
typically have the same density as water. The pressure 
of the cerebrospinal fluid can be measured by means 
of a spinal tap as illustrated in Figure P14.20. A hollow 
tube is inserted into the spinal column, and the height 
to which the fluid rises is observed. If the fluid rises 
to a height of 160 mm, we write its gauge pressure as 
160 mm H
2
O. (a) Express this pressure in pascals, in 
atmospheres, and in millimeters of mercury. (b)Some 
conditions that block or inhibit the flow of cerebrospi-
nal fluid can be investigated by means of Queckenstedt’s 
test. In this procedure, the veins in the patient’s neck 
are compressed to make the blood pressure rise in the 
brain, which in turn should be transmitted to the cere-
brospinal fluid. Explain how the level of fluid in the 
spinal tap can be used as a diagnostic tool for the con-
dition of the patient’s spine.
BIO
Q/C
through a straw of length , 5 12.0 m. The walls of the 
tubular straw are very strong and do not collapse. With 
his great strength, he achieves maximum possible suc-
tion and enjoys drinking the cold water.
Figure P14.12
13. For the cellar of a new house, a hole is dug in the 
ground, with vertical sides going down 2.40 m. A con-
crete foundation wall is built all the way across the 
9.60-m width of the excavation. This foundation wall 
is 0.183 m away from the front of the cellar hole. Dur-
ing a rainstorm, drainage from the street fills up the 
space in front of the concrete wall, but not the cellar 
behind the wall. The water does not soak into the clay 
soil. Find the force the water causes on the founda-
tion wall. For comparison, the weight of the water is 
given by 2.40 m 3 9.60 m 3 0.183 m 3 1 000 kg/m3 3  
9.80 m/s2 5 41.3 kN.
14. A container is filled to a depth of 20.0 cm with water. 
On top of the water floats a 30.0-cm-thick layer of oil 
with specific gravity 0.700. What is the absolute pres-
sure at the bottom of the container?
15. Review. The tank in Figure P14.15 is filled with water 
of depth d 5 2.00 m. At the bottom of one sidewall is a 
rectangular hatch of height h 5 1.00 m and width w 5  
2.00m that is hinged at the top of the hatch. (a) Deter-
mine the magnitude of the force the water exerts 
on the hatch. (b)Find the magnitude of the torque 
exerted by the water about the hinges.
d
w
h
Figure P14.15 
Problems 15 and 16.
16. Review. The tank in Figure P14.15 is filled with water of 
depth d. At the bottom of one sidewall is a rectangular 
hatch of height h and width w that is hinged at the top 
of the hatch. (a) Determine the magnitude of the force 
the water exerts on the hatch. (b) Find the magnitude 
of the torque exerted by the water about the hinges.
S
Figure P14.20
C# Create PDF from PowerPoint Library to convert pptx, ppt to PDF
public override void ConvertToDocument(DocumentType targetType, Stream stream). Description: Convert to PDF/TIFF and save it into stream. Parameters:
create html email from pdf; adding pdf to html page
C# Create PDF from Word Library to convert docx, doc to PDF in C#.
public override void ConvertToDocument(DocumentType targetType, Stream stream). Description: Convert to PDF/TIFF and save it into stream. Parameters:
convert pdf into html; convert pdf form to html form
440
chapter 14 Fluid Mechanics
scale and submerged in water, the scale reads 3.50 N 
(Fig. P14.26). Find the density of the object.
Scale
b
Figure P14.26 
Problems 26 and 27.
27. A 10.0-kg block of metal measuring 12.0 cm by 10.0 cm 
by 10.0 cm is suspended from a scale and immersed in 
water as shown in Figure P14.26b. The 12.0-cm dimen-
sion is vertical, and the top of the block is 5.00 cm below 
the surface of the water. (a) What are the magnitudes of 
the forces acting on the top and on the bottom of the 
block due to the surrounding water? (b) What is the 
reading of the spring scale? (c)Show that the buoyant 
force equals the difference between the forces at the top 
and bottom of the block.
28. A light balloon is filled with 400 m3 of helium at atmo-
spheric pressure. (a) At 0°C, the balloon can lift a pay-
load of what mass? (b) What If? In Table 14.1, observe 
that the density of hydrogen is nearly half the density 
of helium. What load can the balloon lift if filled with 
hydrogen?
29. A cube of wood having an edge dimension of 20.0 cm 
and a density of 650 kg/m3 floats on water. (a) What 
is the distance from the horizontal top surface of the 
cube to the water level? (b) What mass of lead should 
be placed on the cube so that the top of the cube will 
be just level with the water surface?
30. The United States possesses the ten largest warships 
in the world, aircraft carriers of the Nimitz class. Sup-
pose one of the ships bobs up to float 11.0 cm higher 
in the ocean water when 50 fighters take off from it in 
a time interval of 25 min, at a location where the free-
fall acceleration is 9.78m/s2. The planes have an aver-
age laden mass of 29 000kg. Find the horizontal area 
enclosed by the waterline of the ship.
31. A plastic sphere floats in water with 50.0% of its vol-
ume submerged. This same sphere floats in glycerin 
with 40.0% of its volume submerged. Determine the 
densities of (a)the glycerin and (b) the sphere.
32. A spherical vessel used for deep-sea exploration has a 
radius of 1.50 m and a mass of 1.20 3 104 kg. To dive, 
the vessel takes on mass in the form of seawater. Deter-
mine the mass the vessel must take on if it is to descend 
at a constant speed of 1.20 m/s, when the resistive force 
on it is 1 100 N in the upward direction. The density of 
seawater is equal to 1.03 3 103 kg/m3.
33. A wooden block of volume 5.24 3 1024 m3 floats in 
water, and a small steel object of mass m is placed on 
top of the block. When m 5 0.310 kg, the system is in 
W
M
AMT
M
Q/C
21. Blaise Pascal duplicated Torricelli’s barometer using a 
red Bordeaux wine, of density 984 kg/m3, as the work-
ing liquid (Fig. P14.21). (a) What was the height h of 
the wine column for normal atmospheric pressure?  
(b) Would you expect the vacuum above the column to 
be as good as for mercury?
P
0
h
Figure P14.21
22. Mercury is poured into a U-tube as shown in Figure 
P14.22a. The left arm of the tube has cross-sectional 
area A
1
of 10.0cm2, and the right arm has a cross- 
sectional area A
2
of 5.00 cm2. One hundred grams of 
water are then poured into the right arm as shown in 
Figure P14.22b. (a)Determine the length of the water 
column in the right arm of the U-tube. (b) Given that 
the density of mercury is 13.6 g/cm3, what distance h 
does the mercury rise in the left arm?
h
Mercury
A
1
A
2
A
1
A
2
a
b
Figure P14.22
23. A backyard swimming pool with a circular base of 
diameter 6.00 m is filled to depth 1.50 m. (a) Find the 
absolute pressure at the bottom of the pool. (b) Two 
persons with combined mass 150 kg enter the pool and 
float quietly there. No water overflows. Find the pres-
sure increase at the bottom of the pool after they enter 
the pool and float.
24. A tank with a flat bottom of area A and vertical sides is 
filled to a depth h with water. The pressure is P
0
at the 
top surface. (a) What is the absolute pressure at the bot-
tom of the tank? (b) Suppose an object of mass M and 
density less than the density of water is placed into the 
tank and floats. No water overflows. What is the result-
ing increase in pressure at the bottom of the tank?
Section 14.4 Buoyant Forces and archimedes’s Principle
25. A table-tennis ball has a diameter of 3.80 cm and aver-
age density of 0.084 0 g/cm3. What force is required to 
hold it completely submerged under water?
26. The gravitational force exerted on a solid object is  
5.00 N. When the object is suspended from a spring 
Q/C
W
S
XDoc.Converter for .NET Purchase information
VB.NET Read: PDF Image Extract; VB.NET Write: Insert text into PDF; Convert to HTML. Online PDF Editor (beta); Online Document Viewer; Online Convert PDF to Word;
converting pdf to html code; convert pdf to web pages
RasterEdge Product Refund Policy
send back RasterEdge Software Refund Agreement that we will email to you We are dedicated to provide powerful & profession imaging controls, PDF document, image
change pdf to html; how to convert pdf into html code
problems 
441
fiduciary marks are to be placed along the rod to indi-
cate densities of 0.98 g/cm3, 1.00 g/cm3, 1.02 g/cm3, 
1.04 g/cm3, . . . , 1.14 g/cm3. The row of marks is to start 
0.200 cm from the top end of the rod and end 1.80 cm 
from the top end. (a) What is the required length of the 
rod? (b) What must be its average density? (c) Should 
the marks be equally spaced? Explain your answer.
38. On October 21, 2001, Ian Ashpole of the United King-
dom achieved a record altitude of 3.35 km (11 000ft) 
powered by 600 toy balloons filled with helium. Each 
filled balloon had a radius of about 0.50 m and an esti-
mated mass of 0.30 kg. (a) Estimate the total buoyant 
force on the 600balloons. (b) Estimate the net upward 
force on all 600balloons. (c) Ashpole parachuted to 
the Earth after the balloons began to burst at the high 
altitude and the buoyant force decreased. Why did the 
balloons burst?
39. How many cubic meters of helium are required to lift 
a light balloon with a 400-kg payload to a height of 
8 000 m? Take r
He
5 0.179 kg/m3. Assume the balloon 
maintains a constant volume and the density of air 
decreases with the altitude z according to the expres-
sion r
air
5 r
0
e2z/8 000, where z is in meters and r
0
 
1.20 kg/m3 is the density of air at sea level.
Section 14.5 Fluid Dynamics
Section 14.6 Bernoulli’s Equation
40. Water flowing through a garden hose of diameter 
2.74 cm fills a 25-L bucket in 1.50 min. (a) What is the 
speed of the water leaving the end of the hose? (b) A 
nozzle is now attached to the end of the hose. If the 
nozzle diameter is one-third the diameter of the hose, 
what is the speed of the water leaving the nozzle?
41. A large storage tank, open at the top and filled with 
water, develops a small hole in its side at a point 16.0 m  
below the water level. The rate of flow from the leak 
is found to be 2.50 3 1023m3/min. Determine (a) the 
speed at which the water leaves the hole and (b) the 
diameter of the hole.
42. Water moves through a constricted pipe in steady, ideal 
flow. At the lower point shown in Figure P14.42, the 
pressure is P
1
5 1.75 3 104 Pa and the pipe diameter 
is 6.00cm. At another point y 5 0.250 m higher, the 
pressure is P
2
5 1.203 104 Pa and the pipe diameter is  
3.00 cm. Find the speed of flow (a) in the lower section 
and (b) in the upper section. (c) Find the volume flow 
rate through the pipe.
P
1
P
2
y
Figure P14.42
43. Figure P14.43 on page 442 shows a stream of water in 
steady flow from a kitchen faucet. At the faucet, the 
Q/C
M
M
equilibrium and the top of the wooden block is at the 
level of the water. (a) What is the density of the wood? 
(b) What happens to the block when the steel object is 
replaced by an object whose mass is less than 0.310 kg? 
(c) What happens to the block when the steel object 
is replaced by an object whose mass is greater than  
0.310 kg?
34. The weight of a rectangular block of low-density mate-
rial is 15.0 N. With a thin string, the center of the hori-
zontal bottom face of the block is tied to the bottom of 
a beaker partly filled with water. When 25.0% of the 
block’s volume is submerged, the tension in the string is 
10.0 N. (a) Find the buoyant force on the block. (b) Oil  
of density 800 kg/m3 is now steadily added to the bea-
ker, forming a layer above the water and surround-
ing the block. The oil exerts forces on each of the 
four sidewalls of the block that the oil touches. What 
are the directions of these forces? (c) What happens 
to the string tension as the oil is added? Explain how 
the oil has this effect on the string tension. (d) The 
string breaks when its tension reaches 60.0 N. At this 
moment, 25.0% of the block’s volume is still below the 
water line. What additional fraction of the block’s vol-
ume is below the top surface of the oil?
35. A large weather balloon whose mass is 226 kg is filled 
with helium gas until its volume is 325 m3. Assume the 
density of air is 1.20 kg/m3 and the density of helium is 
0.179 kg/m3. (a) Calculate the buoyant force acting on 
the balloon. (b) Find the net force on the balloon and 
determine whether the balloon will rise or fall after it 
is released. (c) What additional mass can the balloon 
support in equilibrium?
36. hydrometer is an instrument used to determine liquid 
density. A simple one is sketched in Figure P14.36. The 
bulb of a syringe is squeezed and released to let the 
atmosphere lift a sample of the liquid of interest into a 
tube containing a calibrated rod of known density. The 
rod, of length L and average density r
0
, floats partially 
immersed in the liquid of density r. A length h of the 
rod protrudes above the surface of the liquid. Show 
that the density of the liquid is given by
r5
r
0
L
L2h
96
98
102
104
100
L
h
Figure P14.36 
Problems 36 and 37.
37. Refer to Problem 36 and Figure P14.36. A hydrometer is 
to be constructed with a cylindrical floating rod. Nine 
Q/C
Q/C
S
Q/C
442
chapter 14 Fluid Mechanics
water must be pumped if it is to arrive at the village? 
(b) If 4 500 m3 of water is pumped per day, what is 
the speed of the water in the pipe? Note: Assume the 
free-fall acceleration and the density of air are con-
stant over this range of elevations. The pressures you 
calculate are too high for an ordinary pipe. The water 
is actually lifted in stages by several pumps through 
shorter pipes.
48. In ideal flow, a liquid of density 850 kg/m3 moves from 
a horizontal tube of radius 1.00 cm into a second hori-
zontal tube of radius 0.500 cm at the same elevation as 
the first tube. The pressure differs by DP between the 
liquid in one tube and the liquid in the second tube. 
(a) Find the volume flow rate as a function of DP. Eval-
uate the volume flow rate for (b) DP 5 6.00 kPa and  
(c) DP 5 12.0 kPa.
49. The Venturi tube discussed in Example 14.8 and shown 
in Figure P14.49 may be used as a fluid flowmeter. 
Suppose the device is used at a service station to mea-
sure the flow rate of gasoline (r 5 7.00 3 102 kg/m3) 
through a hose having an outlet radius of 1.20 cm. If 
the difference in pressure is measured to be P
1
P
2
1.20 kPa and the radius of the inlet tube to the meter 
is 2.40 cm, find (a) the speed of the gasoline as it leaves 
the hose and (b) the fluid flow rate in cubic meters per 
second.
P
1
P
2
Figure P14.49
50. Review. Old Faithful Geyser in Yellowstone National 
Park erupts at approximately one-hour intervals, 
and the height of the water column reaches 40.0 m 
(Fig. P14.50). (a)Model the rising stream as a series 
of  separate  droplets. Analyze the free-fall motion of 
Q/C
Q/C
diameter of the stream is 0.960 cm. The stream fills a 
125-cm3 container in 16.3 s. Find the diameter of the 
stream 13.0 cm below the opening of the faucet.
Figure P14.43
.
C
e
n
g
a
g
e
L
e
a
r
n
i
n
g
/
G
e
o
r
g
e
S
e
m
p
l
e
44. A village maintains a large tank with an open top, con-
taining water for emergencies. The water can drain 
from the tank through a hose of diameter 6.60 cm. The 
hose ends with a nozzle of diameter 2.20 cm. A rubber 
stopper is inserted into the nozzle. The water level in 
the tank is kept 7.50 m above the nozzle. (a) Calculate 
the friction force exerted on the stopper by the nozzle. 
(b) The stopper is removed. What mass of water flows 
from the nozzle in 2.00h? (c) Calculate the gauge pres-
sure of the flowing water in the hose just behind the 
nozzle.
45. A legendary Dutch boy saved Holland by plugging a 
hole of diameter 1.20 cm in a dike with his finger. If 
the hole was 2.00 m below the surface of the North Sea 
(density 1 030 kg/m3), (a) what was the force on his fin-
ger? (b) If he pulled his finger out of the hole, during 
what time interval would the released water fill 1 acre 
of land to a depth of 1ft? Assume the hole remained 
constant in size.
46. Water falls over a dam of height h with a mass flow rate 
of R, in units of kilograms per second. (a) Show that 
the power available from the water is
P 5 Rgh
where g is the free-fall acceleration. (b) Each hydro-
electric unit at the Grand Coulee Dam takes in water at 
a rate of 8.50 3 105 kg/s from a height of 87.0 m. The 
power developed by the falling water is converted to 
electric power with an efficiency of 85.0%. How much 
electric power does each hydroelectric unit produce?
47. Water is pumped up from the Colorado River to sup-
ply Grand Canyon Village, located on the rim of the 
canyon. The river is at an elevation of 564 m, and the 
village is at an elevation of 2 096 m. Imagine that  
the water is pumped through a single long pipe 15.0 cm  
in diameter, driven by a single pump at the bottom 
end. (a) What is the minimum pressure at which the 
Figure P14.50
V
i
d
e
o
w
o
k
a
r
t
/
S
h
u
t
t
e
r
s
t
o
c
k
.
c
o
m
problems 
443
4.00 m 3 1.50 m. Assume the density of the air to be 
constant at 1.20 kg/m3. The air inside the building is at 
atmospheric pressure. What is the total force exerted 
by air on the windowpane? (b) What If? If a second 
skyscraper is built nearby, the airspeed can be espe-
cially high where wind passes through the narrow sepa-
ration between the buildings. Solve part (a) again with 
a wind speed of 22.4 m/s, twice as high.
55. A hypodermic syringe contains a medicine with the 
density of water (Fig. P14.55). The barrel of the syringe 
has a cross-sectional area A 5 2.50 3 1025 m2, and the 
needle has a cross-sectional area a 5 1.00 3 1028 m2. 
In the absence of a force on the plunger, the pressure 
everywhere is 1.00 atm. A force F
S
of magnitude 2.00 N  
acts on the plunger, making medicine squirt hori-
zontally from the needle. Determine the speed of the 
medicine as it leaves the needle’s tip.
A
a
F
S
v
S
Figure P14.55
additional Problems
56. Decades ago, it was thought that huge herbivorous 
dinosaurs such as Apatosaurus and Brachiosaurus habit-
ually walked on the bottom of lakes, extending their 
long necks up to the surface to breathe. Brachiosaurus 
had its nostrils on the top of its head. In 1977, Knut 
Schmidt-Nielsen pointed out that breathing would be 
too much work for such a creature. For a simple model, 
consider a sample consisting of 10.0 L of air at absolute 
pressure 2.00 atm, with density 2.40 kg/m3, located at 
the surface of a freshwater lake. Find the work required 
to transport it to a depth of 10.3 m, with its tempera-
ture, volume, and pressure remaining constant. This 
energy investment is greater than the energy that can 
be obtained by metabolism of food with the oxygen in 
that quantity of air.
57. (a) Calculate the absolute pressure at an ocean depth of 
1 000 m. Assume the density of seawater is 1 030 kg/m3  
and the air above exerts a pressure of 101.3 kPa. (b) At  
this depth, what is the buoyant force on a spherical 
submarine having a diameter of 5.00 m?
58. In about 1657, Otto von Guericke, inventor of the air 
pump, evacuated a sphere made of two brass hemi-
spheres (Fig. P14.58). Two teams of eight horses each 
could pull the hemispheres apart only on some trials 
and then “with greatest difficulty,” with the resulting  
M
BIO
BIO
W
S
one of the droplets to determine the speed at which 
the water leaves the ground. (b) What If? Model the 
rising stream as an ideal fluid in streamline flow. 
Use Bernoulli’s equation to determine the speed of 
the water as it leaves ground level. (c) How does the 
answer from part (a) compare with the answer from 
part (b)? (d) What is the pressure (above atmospheric) 
in the heated underground chamber if its depth is  
175 m? Assume the chamber is large compared with 
the geyser’s vent.
Section 14.7 other applications of Fluid Dynamics
51. An airplane is cruising at altitude 10 km. The pressure 
outside the craft is 0.287 atm; within the passenger 
compartment, the pressure is 1.00 atm and the temper-
ature is 208C. A small leak occurs in one of the window 
seals in the passenger compartment. Model the air as 
an ideal fluid to estimate the speed of the airstream 
flowing through the leak.
52. An airplane has a mass of 1.60 3 104 kg, and each wing 
has an area of 40.0 m2. During level flight, the pressure 
on the lower wing surface is 7.00 3 104 Pa. (a) Suppose 
the lift on the airplane were due to a pressure differ-
ence alone. Determine the pressure on the upper wing 
surface. (b) More realistically, a significant part of the 
lift is due to deflection of air downward by the wing. 
Does the inclusion of this force mean that the pressure 
in part (a) is higher or lower? Explain.
53. A siphon is used to drain water from a tank as illus-
trated in Figure P14.53. Assume steady flow without 
friction. (a)If h 5 1.00 m, find the speed of outflow at 
the end of the siphon. (b) What If? What is the limita-
tion on the height of the top of the siphon above the 
end of the siphon? Note: For the flow of the liquid to be 
continuous, its pressure must not drop below its vapor 
pressure. Assume the water is at 20.08C, at which the 
vapor pressure is 2.3kPa.
h
y
v
S
Figure P14.53
54. The Bernoulli effect can have important consequences 
for the design of buildings. For example, wind can 
blow around a skyscraper at remarkably high speed, 
creating low pressure. The higher atmospheric pres-
sure in the still air inside the buildings can cause win-
dows to pop out. As originally constructed, the John 
Hancock Building in Boston popped windowpanes 
that fell many stories to the sidewalk below. (a) Sup-
pose a horizontal wind blows with a speed of 11.2 m/s 
outside a large pane of plate glass with dimensions 
Q/C
P
0
P
R
F
S
F
S
Figure P14.58
444
chapter 14 Fluid Mechanics
balance with the use of counterweights of density r. 
Representing the density of air as r
air
and the balance 
reading as F9
g
, show that the true weight F
g
is
F
g
5Fr
g
1
a
V2
Fr
g
rg
b
r
air
g
63. Water is forced out of a fire extinguisher by air pres-
sure as shown in Figure P14.63. How much gauge air 
pressure in the tank is required for the water jet to have 
a speed of 30.0m/s when the water level is 0.500 m  
below the nozzle?
0.500 m
v
S
Figure P14.63
64. Review. Assume a certain liquid, with density  
1 230kg/m3, exerts no friction force on spherical 
objects. A ball of mass 2.10 kg and radius 9.00 cm is 
dropped from rest into a deep tank of this liquid from a 
height of 3.30m above the surface. (a) Find the speed at 
which the ball enters the liquid. (b) Evaluate the magni-
tudes of the two forces that are exerted on the ball as it 
moves through the liquid. (c) Explain why the ball 
moves down only a limited distance into the liquid and 
calculate this distance. (d)With what speed will the ball 
pop up out of the liquid? (e) How does the time interval 
Dt
down
, during which the ball moves from the surface 
down to its lowest point, compare with the time interval 
Dt
up
for the return trip between the same two points? 
(f) What If? Now modify the model to suppose the liq-
uid exerts a small friction force on the ball, opposite in 
direction to its motion. In this case, how do the time 
intervals Dt
down
and Dt
up
compare? Explain your answer 
with a conceptual argument rather than a numerical 
calculation.
65. Review. A light spring of constant k 5 90.0 N/m is 
attached vertically to a table (Fig. P14.65a). A 2.00-g 
balloon is filled with helium (density 5 0.179 kg/m3) 
Q/C
AMT
sound likened to a cannon firing. Find the force F 
required to pull the thin-walled evacuated hemispheres  
apart in terms of R, the radius of the hemispheres; P, 
the pressure inside the hemispheres; and atmospheric 
pressure P
0
.
59. A spherical aluminum ball of mass 1.26 kg contains an 
empty spherical cavity that is concentric with the ball. 
The ball barely floats in water. Calculate (a) the outer 
radius of the ball and (b) the radius of the cavity.
60. A helium-filled balloon (whose envelope has a mass of 
m
b
5 0.250 kg) is tied to a uniform string of length , 5 
2.00m and mass m 5 0.050 0 kg. The balloon is spheri-
cal with a radius of r 5 0.400m. When released in air 
of temperature 208C and density r
air
5 1.20 kg/m3, it 
lifts a length h of string and then remains stationary as 
shown in Figure P14.60. We wish to find the length of 
string lifted by the balloon. (a)When the balloon 
remains stationary, what is the appropriate analysis 
model to describe it? (b) Write a force equation for 
the balloon from this model in terms of the buoyant 
force B, the weight F
b
of the balloon, the weight F
He
of 
the helium, and the weight F
s
of the segment of string 
of length h. (c) Make an appropriate substitution for 
each of these forces and solve symbolically for the 
mass m
s
of the segment of string of length h in terms 
of m
b
r, r
air
, and the density of helium r
He
. (d) Find 
the numerical value of the mass m
s
. (e) Find the length 
h numerically.
He
h
Figure P14.60
61. Review. Figure P14.61 shows a valve separating a res-
ervoir from a water tank. If this valve is opened, what 
is the maximum height above point B attained by the 
water stream coming out of the right side of the tank? 
Assume h5 10.0m, L 5 2.00 m, and u 5 30.0°, and 
assume the cross-sectional area at A is very large com-
pared with that at B.
A
h
Valve
L
B
u
Figure P14.61
62. The true weight of an object can be measured in a 
vacuum, where buoyant forces are absent. A measure-
ment in air, however, is disturbed by buoyant forces. An 
object of volume V is weighed in air on an equal-arm 
GP
AMT
S
k
k
L
a
b
Figure P14.65
Documents you may be interested
Documents you may be interested