在实现登月“访吴刚、会嫦娥”千年夙愿的同时,我们一直在追寻着下海“闯龙宫、见龙王”的梦想.2011年7月,我国首台自主设计、自主集成的载人潜水器“蛟龙”号(如图所示,其主要技术参数如下表),在经过布放、下潜、上浮、回收等一系列操作后,顺利完成5000m级海试任务.2012年6月3日赴马里亚纳海沟向7000m级发起冲击,“上九天揽月、下五洋捉鳖”成为现实.
规格:长8.2m 宽3.0m 高3.4m
空重:22t(不含乘员体重及压载铁重)
最大载荷:220kg(不包括乘员体重)
最大速度:25节(巡航1节)
目前最大下潜深度:7000m
乘员:3人(每名乘员的体重不超过80kg)
(1)运用你学过的知识说明,潜水器“下五洋”最大的困难是什么?
(2)根据表中提供的信息,计算说明设计制造时,“蛟龙”号至少承受的压强是多大?
(3)“蛟龙”号采用“深潜器无动力下潜上浮技术”,其两侧配备4块相同的压载块,当其到达设定深度时,可抛卸其中2块压载块,使其处于悬浮状态,从而实现各种实验作业.粗略计算小铁块的体积为多大时,才能使“蛟龙”号最大负载时实现悬浮静止状态?(海水的密度取1.0×103kg/m3,g取10N/kg,铁的密度是7.9×103kg/m3,计算结果保留1位小数)
解析:
(1) 最大的困难是深水区的压强太大,潜水器难承受。
(2) 若潜入水下7000m深处,故其承受的压强为:
P=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×7000m=7×107Pa
(3)其体积为:
V=8.2m×3m×3.4m=83.64m3
浸入水中后受到的浮力为:
F浮=ρ水gV排=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×83.64m3
=8.364×105N
除铁块外的总重力为:
G=m总g=(22×103kg+220kg+3×80kg)×10N/kg=2.2268×105N
设每个铁块的的体积为V铁,则悬浮时,浮力跟重力相等。故:
8.364×105+1.0×103×10×2×V铁=2.2268×105+4×7.9×103×10×V铁
(注:铁块并未抛入水底,而是在仓体外与其固定)
解之得:V=4.4m3
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