打捞沉船时,常先将金属浮箱注满水,沉入水底,再用钢绳将其固定在沉船上,然后向浮箱中压入气体排出浮箱内的水,这样浮箱就可上浮把沉船拉起.某次打捞作业中,所用的浮箱边长为2m的正方体,自重2000N.当浮箱上表面沉到距水面20m处时(g取10N/kg),求:
(1)浮箱上表面受到水的压强;
(2)浮箱受到水的浮力;
(3)当把浮箱内水全部排出,浮箱与沉船一起匀速上浮时,浮箱对沉船的拉力.
答案:
分析:(1)知道浮箱上表面所处深度和水的密度,利用液体压强公式计算水对浮箱上表面的压强;
(2)知道浮箱边长,计算浮箱的体积(排开水的体积),利用阿基米德原理计算浮箱受到的浮力;
(3)知道浮箱与沉船一起匀速上浮,浮箱受到的浮力等于浮箱受到的重力加上沉船对浮箱的拉力,根据力的作用是相互的求出浮箱对沉船的拉力.
解答:解:(1)浮箱上表面受到水的压强:
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×20m=2×105Pa;
(2)由题知,v排=v箱=(2m)3=8m3,
浮箱受到水的浮力:
F浮=ρ水gv排=1.0×103kg/m3×10N/kg×8m3=8×104N;
(3)∵浮箱与沉船一起匀速上浮,
∴浮箱受到的浮力等于浮箱受到的重力加上沉船对浮箱的拉力,
即:F浮=G+F,
∴F=F浮-G=8×104N-2000N=7.8×104N;
∴浮箱对沉船的拉力:
F′=F=7.8×104N.
答:(1)浮箱上表面受到水的压强为2×105Pa;
(2)浮箱受到水的浮力为8×104N;
(3)浮箱对沉船的拉力为7.8×104N.