Question

如圖所示是打撈沉船中一封閉貨箱的模擬裝置．己知貨箱重6500N，動(dòng)滑輪總重500N，聲音在海水中的傳描速度是1500m/s．在海面上用超聲測位儀向海底垂直發(fā)射聲波，經(jīng)過0.04s后收到回波（不計(jì)繩重和摩擦　g取10N/kg　ρ_海水=1.0×10³kg/m³）求：
（1）沉船在水下的深度是多少？
（2）海水對沉船產(chǎn)生的壓強(qiáng)是多少？（不計(jì)沉船的高度）
（3）貨箱離開水面勻速上升過程中，該滑輪組的機(jī)械效率是多少？
（4）當(dāng)貨箱在水面下勻速上升時(shí)，如果繩子自由端的拉力為1000N，那么貨箱的體積是多少？（不計(jì)動(dòng)滑輪體積）

Answer 1

解：（1）∵v=
∴沉船所在的深度為S=v××t=1500m/s××0.04s=30m；
（2）海水受到的壓強(qiáng)為P=ρgh=1.0×10³kg/m³×10N/kg×30m=3×10⁵Pa；
（3）貨箱出水后滑輪組的機(jī)械效率為η=×100%=×100%≈92.9%；
（4）滑輪組對水下貨箱的拉力為F_拉=5F-G₀=5×1000N-500N=4500N，
貨箱在水下受到的浮力為F_浮=G-F_拉=6500N-4500N=2000N，
貨箱的體積為V=V_排===0.2m³．
答：（1）沉船所在的深度為30m；
（2）海水受到的壓強(qiáng)為3×10⁵Pa；
（3）貨箱出水后滑輪組的機(jī)械效率約為92.9%；
（4）貨箱的體積為0.2m³．
分析：（1）已知超聲波在海水中傳播的速度以及傳播的時(shí)間，利用S=vt可以得到沉船所在的深度；
（2）已知海水的密度和沉船所在的深度，利用P=ρgh計(jì)算受到的壓強(qiáng)；
（3）貨箱出水后，克服重力做的功是有用功，克服動(dòng)滑輪重是額外功，已知貨箱和動(dòng)滑輪重，利用η以得到滑輪組的機(jī)械效率；
（4）已知作用在動(dòng)滑輪上的繩子股數(shù)和自由端的拉力以及動(dòng)滑輪的重力，可以得到滑輪組對水下貨箱的拉力；已知貨箱重力和滑輪組對它的拉力，可以得到貨箱受到的浮力；已知浮力和海水的密度，利用公式V=V_排=得到貨箱的體積．
點(diǎn)評：利用機(jī)械打撈或從水中提升重物時(shí)應(yīng)該清楚，機(jī)械的效率是變化的：出水前較低，出水過程中逐漸增大，出水后最大．