■向陳健 王 凱(指導教師：向汝星)

作者單位：1.江淮工業(yè)學校機電專業(yè)2014屆

2.江淮工業(yè)學校機電專業(yè)2020屆

物理學知識來源于人們長期對自然界的觀察和研究，而物理知識又應用于很多的行業(yè)和日常生活。下面通過兩道例題來具體分析。

圖1

例1(2018·荊州)如圖1所示是蒙華鐵路荊州段長江大橋施工現(xiàn)場，工程師用起吊裝置在江中起吊工件。已知工件重4000 N，每個滑輪重500N，聲音在水中的傳播速度是1500m/s。在水面上用超聲測位儀向江底的工件垂直發(fā)射超聲波，經(jīng)過0.02s后收到回波。(不計繩重和摩擦，取103kg/m3)

(1)求工件在水下的深度。

(2)不計工件的高度，求水對工件產(chǎn)生的壓強。

(3)當工件在水面下勻速上升時，繩子自由端的拉力為500N，求工件的體積。

解：(1)工件在水下的深度s=vt=15m。

例2(2017·煙臺)港珠澳大橋海底隧道是世界上最長的公路沉管隧道，全長5.6km，由33節(jié)沉管和“最終接頭”組成。33節(jié)沉管已經(jīng)全部成功安裝，只剩E29 和E30之間留有十多米的空隙，這就是“最終接頭”的位置。“最終接頭”的質(zhì)量約為6.0×106kg，雖然和之前的沉管相比小了很多倍，但入水后受洋流、浮動等因素影響，姿態(tài)會發(fā)生變化，安全平穩(wěn)地把接頭吊裝到約30m 深的海底是十分艱難的過程。據(jù)悉“最終接頭”由“振華30 號”吊裝船吊裝(如圖2)，通過系列平衡調(diào)整，從9 時整，“最終接頭”從距離水面20 m 高處勻速下放，9 時12 分，開始入水，完全入水后，吊鉤對“最終接頭”的拉力為2.0×107N左右，12時，“最終接頭”下沉到位。吊裝起重機的機械效率約為80%。(g取取1.0×103kg/m3)求：

(1)“最終接頭”下沉到位后下表面所受水的壓強。

(2)“最終接頭”的平均密度。

(3)吊裝起重機的最大輸出功率。

圖2

解：(1)由題意可知，“最終接頭”下沉到位后下表面距離水面h=30m，則下表面所受水的壓強。

(2)“最終接頭”的重力G=mg=6.0×107N，“最終接頭”受到的浮力F浮=G-F=4×107N。因物體浸沒時排開液體的體積和自身的體積相等，所以“最終接頭”的體積，“最終接頭”的平均密度。

(3)吊裝起重機勻速下放“最終接頭”，“最終接頭”未入水時，吊裝起重機的輸出功率最大。在此過程中吊裝起重機做的有用功W有=Gh′=1.2×109J，由得W總=，“最終接頭”從勻速下放到開始入水所用的時間t=12min=720s，吊裝起重機的最大輸出功率。