30. (9 分)《天工开物》中记载了一种农用机械，名为“筒车”，如图甲所示。筒车利用水流冲击水轮，使其旋转。在轮轴上安装的竹筒随着轮轴一起转动，当筒口转到低处时便舀满水，随着轮轴上升，筒口到达高处时倒出水来，以此循环往复，以满足农田灌溉的需求。

(1)筒车的工作原理是把流水的能转化为能。
(2)筒车在匀速转动的过程中，安装在筒车上的竹筒受(选填“平衡”或“非平衡”)力的作用。当水流变湍急时，筒车提升水的功率会变。
(3)竹筒浸没在水里的时候被灌满了水，随筒车转动到高处时泄水，泄出的水落入水槽后被引向农田。若每个竹筒每次可装的水所受重力为 $G$，水轮上有 $n$ 个竹筒，水轮的半径为 $R$，则转动一圈对水做的有用功 $W =$。
(4)某筒车上均匀分布了 $n$ 个相同的竹筒，每个竹筒的容积为 $2.5\ \mathrm{L}$，通过调整水槽的位置，竹筒中 $40\%$ 的水会落入水槽。若筒车的转速为每分钟 $5$ 圈，筒车连续工作 $5\ \mathrm{h}$ 可以通过水槽为农田浇灌 $2.4×10^4\ \mathrm{kg}$ 的水，则 $n$ 为多少？($\rho_{\mathrm{水}} = 1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$，$g$ 取 $10\ \mathrm{N/kg}$)

30.(1)动　重力势　(2)非平衡　大
　(3) $ 2nGR $　　(4)16
　解析:(1)水流具有一定的质量和速度，具有一定的能量，水流通过做功使水的高度增大，重力势能增大，是动能转化为重力势能。
　(2)筒车匀速转动，但运动方向改变，故运动状态发生改变，受非平衡力作用。当水流变湍急时，水的流量更大，可提升更多的水到高处，单位时间内做的功更多，筒车提升水的功率会变大，故筒车应安装在水流湍急的地方。
　(3)筒车转动到高处时泄水，水升高 $ 2R $，水轮上有 $ n $ 个竹筒，每个竹筒每次可装的水所受重力为 $ G $，则筒车旋转一周对水所做的功为 $ W = G_{\mathrm{总}} h = nG × 2R = 2nGR $
　(4)筒车的转速为每分钟 $ 5 $ 圈，连续工作 $ 5 \, \mathrm{h} $，筒车转动的圈数 $ N = 5 × 60 × 5 = 1500 $
　则筒车装水的体积
$ V = \dfrac{m}{40\% \rho_{\mathrm{水}}} = \dfrac{2.4 × 10^{4} \, \mathrm{kg}}{40\% × 1.0 × 10^{3} \, \mathrm{kg/m}^{3}} = 60 \, \mathrm{m}^{3} = 6 × 10^{4} \, \mathrm{L} $
筒车旋转一周装水的体积
$ V_{1} = \dfrac{V}{n} = \dfrac{6 × 10^{4} \, \mathrm{L}}{1500} = 40 \, \mathrm{L} $
筒车上均匀分布了 $ n $ 个相同的竹筒，每个竹筒的容积为 $ 2.5 \, \mathrm{L} $，
则 $ n = \dfrac{V_{1}}{V_{2}} = \dfrac{40 \, \mathrm{L}}{2.5 \, \mathrm{L}} = 16 $