潜水艇的下潜上浮,水下均衡,保持和变换航向、深度等,均由操纵系统来完成.操纵系统中,使潜艇载水舱注满水时,增加的重量抵消其储备浮力,这时潜艇从水面潜入水下;当用

潜水艇的下潜上浮,水下均衡,保持和变换航向、深度等,均由操纵系统来完成.操纵系统中,使潜艇载水舱注满水时,增加的重量抵消其储备浮力,这时潜艇从水面潜入水下;当用

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潜水艇的下潜上浮,水下均衡,保持和变换航向、深度等,均由操纵系统来完成.操纵系统中,使潜艇载水舱注满水时,增加的重量抵消其储备浮力,这时潜艇从水面潜入水下;当用压缩空气把载水舱内的水压出时,重量减小,储备浮力恢复,即潜艇从水下浮出水面;潜航深度则由水下均衡设备来完成.
某满负荷时质量为1.8×105kg、体积为2×103m3的潜水艇,潜行在水面气压为1.0×105Pa、海水密度近似取作1.0×103kg/m3的海中.
(1)请扼要地简述水下均衡设备是如何使潜水艇下潜至预定航深的.
(2)该潜艇载水舱的容积起码应多大,才能在舱中注满水后,使潜艇下潜?
(3)若该潜水艇载水舱中排水泵的排水功率为0.1MW,排水流量为15m3/min,为防止载水舱中的水排不出而不能恢复储备浮力,出现潜航事故,该潜艇最大潜水深度不能超过多深?
答案
(1)下潜时,水下均衡设备必须往载水舱中注水,满足G舱水+G>F,便于潜艇下潜,当快到达预定航深时,水下均衡设备必须适时向外排水,使之至预定航深时刚好处于G舱水+G=F,使潜艇悬浮在预定的航深处;
(2)∵潜水艇潜没在水中时受到的浮力为:
FgV=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×103m3=2×107N
潜水艇的重力为:
G=mg=1.8×105kg×10N/kg=1.8×106N
∴载水舱中应注水的重为:
G=F-G=2×107N-1.8×106N=1.82×107N
应注水的质量为:
m=
G
g
=
1.82×107N
10N/kg
=1.82×106kg
应注水的体积为:
V=
m
ρ
=
1.82×106kg
1.0×103kg/m3
=1.82×103m3
∴载水舱的体积应为:V>1.82×103m3
(3)∵排水泵对载水舱内水的压强为:
p=
F
S
=
F
V
t
=
Ft
V
=
W
V
=
Pt
V

又根据流量的定义式Q=
V
t
可得:
t
V
=
1
Q

∴排水泵的排水压强为:
p=
P
Q
=
105W
15m3/60s
=4×105Pa
∵要能把舱内的水排出,必须满足:p泵>p海水+p大气
则舱外海水对潜水艇的压强必须:
p海水<p-p大气=4×105Pa-105Pa=3×105Pa
∴潜水艇潜水深度不能超过:
h水深=
p海水
ρ海水g
=
3×105Pa
1.0×103kg/m3×10N/kg
=30m
答:(1)如上所述.
(2)该潜艇载水舱的容积不能小于1.82×103m3
(3)该潜艇最大潜水深度不能超过30m.
举一反三
物理兴趣小组的一位同学做了一个实验:这位同学把一块长方体木块浮在水面上,然后在木块上面放砝码,当砝码的总质量为345g时,木块恰好浸没在水中(如图甲).这位同学想用细线把砝码系在木块下面,也使木块恰好浸没在水中(如图乙),这位同学试了几次都不成功.你能否帮助这位同学算出该用多少克砝码?(砝码的密度是7.9g/cm3
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如图所示,两个体积、质量均不同的物块A、B分别浮在U型水槽的左、右臂的水面上,mA>mB.将水槽支于O点,水槽恰好平衡.若将物块A、B交换位置,则水槽______(选填:左端向下倾斜;仍保持平衡;右端向下倾斜);若将物块B从水槽右臂取出,叠放到物块A上.则水槽______(选填:左端向下倾斜;仍保持平衡;右端向下倾斜).
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如图所示,先将轻轻放在水缸中,发现它漂在水面上,此时它受到的浮力大小为F浮1.然后把它按入水面下.发现它沉入水底,此时它受到的浮力大小为F浮2.则F浮1与F浮2的大小关系是(  )
A.F浮1>F浮2B.F浮1=F浮2C.F浮1<F浮2D.无法比较

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如图所示,一个实心小物块的密度为1.2g/cm3,物块的体积为100cm3,悬浮在某种液体中,杯中装有液体的质量为4kg,圆柱形杯底的面积为200cm2,不计容器重.
(1)请你推导出物块的密度ρ与液体的密度ρ的大小关系.
(2)小物块受到的浮力为多少?
(3)杯子对水平桌面的压强为多大?
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2012年11月23日上午,我国“歼-15”舰载机在“辽宁舰”上成功起降,如图所示,意味着“歼-15”和“辽宁舰”舰机合练的技术已具备,“辽宁舰”成为真正意义上的航母,舰载机起飞后航母上的指挥部通过______与舰载机上的飞行员进行联系,舰载机降落在航母甲板上后,则航母受到的浮力与之前相比将______(填“增大”“减小”或“不变”)
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