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我国载人潜水器下潜深度5000m,长、宽、高分别是8.0m、3.0m与5.0m,空重为22t,舱内的压强为1标准大气压,最大荷载是300kg,最大工作设计深度为7000m.已知ρ海水=l.0×103kg/m3,g=10N/kg,p
 更新时间:2024-03-29 06:02:54
1人问答
问题描述:

我国载人潜水器下潜深度 5000m,长、宽、高分别是 8.0m、3.0m 与 5.0m,空重为 22t,舱内的压强为 1 标准大气压,最大荷载是 300kg,最大工作设计深度为 7000m.已知 ρ海水=l.0×103kg/m3,g=10N/kg,p 0=76cmHg=1.0l3×103Pa=l0.336m 水柱.设海水密度不随深度的变化而改变,计算结果保留 3 位小数.

(1)若把潜水器简化成如图所示的长方体,当它悬停在水中长方体的六个面是否都受到来自水的压力?哪些力之间是相互平衡的力?请在右图中画出竖直方向的受力.(设前、后、左、右、上、下各表面依次用 S1、S2、S3、S4、S5、S6 表示)

(2)当潜水器下潜深度达 5000m 时(长方体的下表面距水面距离),下表面 S6 所受的压强和压力各是多少?

(3)若空重为 22t,荷载 300kg 的潜水器下潜深度达到 7000m,当潜水器悬停在海水中时受到的浮力是多少?水箱中应注入多少 kg 的海水?

冯博琴回答:
  (1)浸在水中的长方体6个面都受到水对它的压力.前后两面、左右两面,所处的深度相同,所以前后两面以及左右两面所受的压力大小相等、方向相反、作用在同一直线上,分别是一对平衡力;上下两面所处的深度不同,所受水的压力大小不同,所以上下两面所受的水的压力不是一对平衡力,下表面受到的向上的压力大于上表面受到的向下的压力,两个力的差即为浮力的大小,所以在竖直方向上受到的力有浮力和重力,潜水器悬停在水中,所以浮力与重力是一对平衡力.竖直方向的受力示意图如下:   (2)当潜水器下潜深度达 5000m 时,下表面 S6 所受的压强P=ρ海水gh=l.0×103kg/m3×10N/kg×5000m=5×107Pa,   S6=8.0m×3.0m=24m2,   所受的压力:F=PS=5×107Pa×24m2=1.2×109N.   答:下表面 S6 所受的压强和压力各是5×107Pa和1.2×109N.   (3)V排=V=8.0m×3.0m×5.0m=120m3,   潜水器悬停在海水中时受到的浮力F浮=ρ海水gV排=l.0×103kg/m3×10N/kg×120m3=1.2×106N,   ∵此时F浮=G=(m空+m荷载+m注入的海水)g   ∴m注入的海水=F
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