16. (2025·鄂州模拟)长期航行于海洋的船舶，水下船体易附着贝类、藻类，并会生锈，需每年至少清洗一次。如图所示，某科技公司研发的水下清洗机器人，集潜水、巡检、清洗于一体，靠 $4$ 个电动螺旋桨驱动，能灵活地浮游、翻转、前行、下潜，可在 $50\ \mathrm{m}$ 深水下对船舶进行高压水柱喷射清洗。该机器人质量为 $180\ \mathrm{kg}$，无水舱设计，浸没在水中的排水体积为 $0.2\ \mathrm{m}^{3}$，线缆对机器人的作用力可忽略不计，$\rho_{\mathrm{海水}} = 1.03×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^{3}$，$g$ 取 $10\ \mathrm{N/kg}$。问：
(1)完全浸没在海水中时清洗机器人受到的浮力为多少？
(2)正在水下 $30\ \mathrm{m}$ 处作业的机器人，其摄像头处的一块 $20\ \mathrm{cm}^{2}$ 的平面玻璃罩受到的海水压力是多少？
(3)清洗机器人自主下潜时，$4$ 个电动螺旋桨旋转到竖直方向驱动，使清洗机器人受到竖直方向的推力，以 $0.5\ \mathrm{m/s}$ 的速度从水面匀速竖直下潜至 $50\ \mathrm{m}$ 处作业。此过程中机器人受到水对它竖直向上的阻力恒为 $60\ \mathrm{N}$，消耗的总电能为 $0.006\ \mathrm{kW·h}$，则电动机驱动螺旋桨的效率为多少？(百分数结果保留到 $1\%$)

(1) $\boldsymbol{2060\ \mathrm{N}}$
(2) $\boldsymbol{618\ \mathrm{N}}$
(3) $\boldsymbol{74\%}$

(1) 根据阿基米德原理，完全浸没在海水中时清洗机器人受到的浮力：
$F_{\mathrm{浮}} = \rho_{\mathrm{海水}}gV_{\mathrm{排}} = 1.03×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^{3}×10\ \mathrm{N/kg}×0.2\ \mathrm{m}^{3} = 2060\ \mathrm{N}$
(2) 先计算水下30m处海水的压强：
$p = \rho_{\mathrm{海水}}gh = 1.03×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^{3}×10\ \mathrm{N/kg}×30\ \mathrm{m} = 3.09×10^{5}\ \mathrm{Pa}$
再计算平面玻璃罩受到的海水压力，注意单位转换：$S = 20\ \mathrm{cm}^{2} = 20×10^{-4}\ \mathrm{m}^{2}$
$F = pS = 3.09×10^{5}\ \mathrm{Pa}×20×10^{-4}\ \mathrm{m}^{2} = 618\ \mathrm{N}$
(3) 先计算清洗机器人的重力：
$G = mg = 180\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg} = 1800\ \mathrm{N}$
机器人匀速下潜时受力平衡，设竖直向下的推力为$F_{\mathrm{推}}$，则：
$G + F_{\mathrm{推}} = F_{\mathrm{浮}} + f$
解得推力：
$F_{\mathrm{推}} = F_{\mathrm{浮}} + f - G = 2060\ \mathrm{N} + 60\ \mathrm{N} - 1800\ \mathrm{N} = 320\ \mathrm{N}$
推力做的有用功：
$W_{\mathrm{有}} = F_{\mathrm{推}}h = 320\ \mathrm{N}×50\ \mathrm{m} = 1.6×10^{4}\ \mathrm{J}$
消耗的总电能转换为焦耳：
$W_{\mathrm{总}} = 0.006\ \mathrm{kW·h} = 0.006×3.6×10^{6}\ \mathrm{J} = 2.16×10^{4}\ \mathrm{J}$
电动机驱动螺旋桨的效率：
$\eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}}×100\% = \frac{1.6×10^{4}\ \mathrm{J}}{2.16×10^{4}\ \mathrm{J}}×100\% ≈ 74\%$