Question

【題目】．2014年4月14日，為尋找失聯(lián)的MH370航班，啟用了“藍(lán)鰭金槍魚(yú)﹣21”（簡(jiǎn)稱“金槍魚(yú)”）自主水下航行器進(jìn)行深海搜尋。其外形與潛艇相似（如圖甲所示），其相關(guān)參數(shù)為：體積1m3、重量7500N，最大潛水深度4500m，最大航速7.4km/h（為簡(jiǎn)化計(jì)算，不考慮海水密度變化，海水密度ρ取1.0×103kg/m3，g取10N/kg）。

（1）假設(shè)“金槍魚(yú)”上有面積為2×10-3m2的探測(cè)窗口，當(dāng)它下潛至4000m深度處時(shí)，該探測(cè)窗口承受海水的壓力是多少？

（2）“金槍魚(yú)”搜尋任務(wù)完成后，變?yōu)樽灾貢r(shí)，能靜止漂浮在海面上，求此時(shí)“金槍魚(yú)”露出海面的體積為多大？

（3）若上述漂浮在海面的“金槍魚(yú)”，由起重裝置將其勻速豎直吊離海面。從某時(shí)刻計(jì)時(shí)起，起重裝置拉力的功率隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示，圖中P3=3P1。請(qǐng)分析出t3時(shí)刻起重裝置對(duì)“金槍魚(yú)”拉力，并求出t1時(shí)刻起重裝置對(duì)“金槍魚(yú)”拉力（不考慮水的阻力）。

Answer 1

【答案】（1）8×104N； （2）0.25m3；（3）2500N

【解析】

試題分析：（1）當(dāng)它下潛至4000m深度處受到海水的壓強(qiáng)：P=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×4000m=4×107Pa，

探測(cè)窗口承受海水的壓力：由P=F/S得F=PS=4×107Pa×2×10-3m2=8×104N； （2）“金槍魚(yú)”搜尋任務(wù)完成后，靜止漂浮在海面上，所以有F浮=G=7500N；由F浮=ρ液gV排得V排=F浮/（ρ液g）=7500N/（1.0×103kg/m3×10N/kg）=0.75m3，露出海面體積為：V露=V﹣V排=1m3﹣0.75m3=0.25m3；（3）由圖象分析知，在t3時(shí)刻“金槍魚(yú)”離開(kāi)水面，此時(shí)起重裝置對(duì)“金槍魚(yú)”的拉力等于“金槍魚(yú)”的重力，即F3 =G=7500N，由于起重裝置吊起“金槍魚(yú)”是勻速豎直離海面，所以速度保持不變即v1=v3，由P=Fv，得P1=F1v1，P3=F3v3，又P3=3P1，所以有F3=3F1， 所以F1=1/3F3=1/3×7500N=2500N。