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海洋深处压强很大,人们必须乘坐耐压的深潜设备才能到海洋深处去考察.设有一深潜设备——外壳直径为2米的钢制的潜水球,潜水球

来源:学生作业帮 编辑:搜搜做题作业网作业帮 分类:物理作业 时间:2024/06/17 13:21:22
海洋深处压强很大,人们必须乘坐耐压的深潜设备才能到海洋深处去考察.设有一深潜设备——外壳直径为2米的钢制的潜水球,潜水球侧面有面积为300厘米2
的玻璃观察窗,该潜水球和人及携带的设备的总质量M=3.8吨,如图99所示.
问:
 (1)要使潜水球能潜入海水中,至少向潜水球的水舱充入多少千克海水?
(2)当潜水球深潜到离海平面500米深处时,玻璃观察窗外部所受的压力多大?
(g取10牛顿/千克,海水密度ρ海水取1×103
千克/米3
,球体体积计算公式V球=(4/3)πR3
,其中R为球半径,玻璃观察窗视为平面处理)
海洋深处压强很大,人们必须乘坐耐压的深潜设备才能到海洋深处去考察.设有一深潜设备——外壳直径为2米的钢制的潜水球,潜水球
(1)由题知,R=1m,则球的体积V球=4/3πR3=4/3π
要想使球下沉,(根据浮与沉条件G>F浮力)则球和水的重力G总必须大于所受到的浮力F,
球下沉完全浸没时候,V排=V球,
则此时受到的浮力F=ρ海*gV排=1×10^3kg/m^3×10N/kg×4/3π=4/3×10^4πN≈4.19×10^4N
球连设备的质量m=3.8t=3.8×10^3kg,则其重力G球=mg=3.8×10^3kg×10N/kg=3.8×10^4N,
则至少必须灌入的水的重力G水=F-G球=4.19×10^4N-3.8×10^4N=0.39×10^4N,
则水的质量m水=G水/g=0.39×10^4N/(10N/kg)=0.39×10^3kg,
即必须灌入的水的质量至少要0.39×10^3kg
(2)球面面积S=300c㎡=3×10^-2㎡,在500m深时,球面受到的压强
P=ρ海*g*h=1×10^3kg/m^3×10N/kg×500m=5×10^6Pa,
由P=F/S得,球面此时受到的压力F=PS=5×10^6Pa×3×10^-2㎡=1.5×10^5N