图(甲)所示是使用汽车打捞水下重物的示意图,汽车通过定滑轮牵引水下一个圆柱形重物,在整个打捞过程中,汽车以恒定的速度V=0.2m/s向右运动。图(乙)是此过程中汽车拉动重物的功率P随时间t的变化图象,设t=0时汽车开始提升重物,忽略水的重力和滑轮的摩擦,g取10N/kg。
求:
(1)圆柱型重物的质量?
(2)圆柱型重物的密度?
(3)打捞前,圆柱形重物的上表面所受的水的压力?
(4)从打捞开始到圆柱形重物刚刚全部露出水面,汽车共对重物做了多少功?
解析:
(1)汽车在CD阶段对重物的拉力
所以物体受到的重力为
G=F1=4000N,
物体的质量为
(2)同理汽车在AB阶段对重物的拉力为
此时物体受到的浮力为
F浮=G﹣F2=4000N﹣3500N=500N,
物体的体积为
物体的密度为
(3)重物从上表面接触到水面到刚好整个物体全部出水经历的时间为
t=60s﹣50s=10s,
物体的高度
h=0.2m/s×10s=2m,
物体的表面积
由图乙AB阶段可知,物体从水底上升到上表面刚好接触水面用时50s,上升高度为
H=0.2m/s×50s=10m,
所以水对上表面产生的压力
F压=pS=ρ水gHS
=1×103kg/m3×10N/kg×10m×2.5×10﹣2m2
=2.5×103N
(4)从开始打捞到物体上表面露出水面拉力做的功为
W1=PAB×t1=700W×50s=35000J;
物体从上表面露出水面到完全离开水面拉力做的功为
整个打捞过程拉力做的功为
W=W1+W2=35000J+7500J=42500J。
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