4. 2024年5月,完全由我国自主设计、建造的首艘弹射型航空母舰福建舰出海,顺利完成首次海试。若福建舰静止在海面时排开海水的体积为$8× 10^{4}\ \mathrm{m}^3$,其水平甲板上停放一辆我国自主研发的飞机牵引车,该牵引车重$5.6× 10^{4}\ \mathrm{N}$,其车轮与水平甲板的接触总面积为$0.4\ \mathrm{m}^2$,海水密度取$1.0× 10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$,$g$取$10\ \mathrm{N/kg}$。
(1)求距离海面4 m深处舰身受到海水的压强;
(2)求牵引车对航母的压强;
(3)求航母此时所受到的浮力。
(1)求距离海面4 m深处舰身受到海水的压强;
(2)求牵引车对航母的压强;
(3)求航母此时所受到的浮力。
答案
解:
(1) 距离海面4 m深处舰身受到海水的压强:
$p_1 = \rho_{\mathrm{海水}}gh = 1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3} × 10\ \mathrm{N/kg} × 4\ \mathrm{m} = 4×10^4\ \mathrm{Pa}$
(2) 牵引车对水平甲板的压力等于自身重力:
$F = G = 5.6×10^4\ \mathrm{N}$
牵引车对航母的压强:
$p_2 = \frac{F}{S} = \frac{5.6×10^4\ \mathrm{N}}{0.4\ \mathrm{m^2}} = 1.4×10^5\ \mathrm{Pa}$
(3) 由阿基米德原理可得航母此时受到的浮力:
$F_{\mathrm{浮}} = \rho_{\mathrm{海水}}gV_{\mathrm{排}} = 1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3} × 10\ \mathrm{N/kg} × 8×10^4\ \mathrm{m^3} = 8×10^8\ \mathrm{N}$
答:(1)距离海面4 m深处舰身受到海水的压强为$4×10^4\ \mathrm{Pa}$;(2)牵引车对航母的压强为$1.4×10^5\ \mathrm{Pa}$;(3)航母此时所受到的浮力为$8×10^8\ \mathrm{N}$。
(1) 距离海面4 m深处舰身受到海水的压强:
$p_1 = \rho_{\mathrm{海水}}gh = 1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3} × 10\ \mathrm{N/kg} × 4\ \mathrm{m} = 4×10^4\ \mathrm{Pa}$
(2) 牵引车对水平甲板的压力等于自身重力:
$F = G = 5.6×10^4\ \mathrm{N}$
牵引车对航母的压强:
$p_2 = \frac{F}{S} = \frac{5.6×10^4\ \mathrm{N}}{0.4\ \mathrm{m^2}} = 1.4×10^5\ \mathrm{Pa}$
(3) 由阿基米德原理可得航母此时受到的浮力:
$F_{\mathrm{浮}} = \rho_{\mathrm{海水}}gV_{\mathrm{排}} = 1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3} × 10\ \mathrm{N/kg} × 8×10^4\ \mathrm{m^3} = 8×10^8\ \mathrm{N}$
答:(1)距离海面4 m深处舰身受到海水的压强为$4×10^4\ \mathrm{Pa}$;(2)牵引车对航母的压强为$1.4×10^5\ \mathrm{Pa}$;(3)航母此时所受到的浮力为$8×10^8\ \mathrm{N}$。
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