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12月22日 在海底23m深处沉睡800多年的“南海一号”古沉船 被“华天龙号”打捞

时间:2019-01-25 16:50:56

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12月22日 在海底23m深处沉睡800多年的“南海一号”古沉船 被“华天龙号”打捞

问题补充:

12月22日,在海底23m深处沉睡800多年的“南海一号”古沉船,被“华天龙号”打捞船整体打捞成功.整体打捞是为了保存好文物,将“南海一号”船体和船上满载的货物连带周围的淤泥一起,按照原状固定在特殊的钢制“沉箱”内,沉箱分为上下两部分,上沉箱质量为5000T,底面积为S,高为a=7m,上沉箱整体搬到专门为它建造的广东海上丝绸之路博物馆“水晶宫”内.下沉箱底面积为S,高为5m,打捞过程中将留在海底.“华天龙”打捞船的吊臂臂架长达109m.起吊时,电动机带动绞盘拉动直径为76mm的钢丝绳,钢丝绳总长度2200m,分成64根钢丝绳通过吊臂顶端的定滑轮拉动动滑轮和吊钩,吊钩下用直径为110mm的32根钢缆拴住沉箱的16个吊点,平稳地缓缓竖直上升,上升过程底面始终保持水平,此时钢丝绳的拉力为F1,如图1所示.当沉箱被吊起离开水面,露出高h?时,吊臂对动滑轮组的竖直向上拉力是F拉.它们的数量关系如图2所示.钢丝绳、钢缆所受重力,钢缆在水中的浮力不计,海水的密度为1.0×103kg/m3,g取10N/kg.求:

(1)当沉箱在水底时,海水对上沉箱顶部的压强.

(2)当沉箱在水中匀速竖直上升过程中钢丝绳的拉力F1和机械效率(保留1位小数).

答案:

解:

(1)海面至上沉箱的深度为h=23m-12m=11m.

海水对上沉箱顶部的压强:

p=ρ海水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×11m=1.1×105Pa;

(2)当上沉箱完全浸没在海水时,吊钩和动滑轮组的受力为重力G′,钢缆的拉力F钢缆1,

64根钢丝绳的拉力F拉1,如左图所示,上沉箱匀速上升,F拉1=F钢缆1+G′,

F钢缆1=G沉箱-F浮1

F浮1=ρ海水gV沉箱=ρ海水?g?a?S

F拉1=G沉箱+G′-ρ海水?g?a?S????①

当上沉箱露出海水1m时,吊钩和动滑轮组的受力为重力G′,钢缆的拉力F钢缆2,64根钢丝绳的拉力F拉2,如右图所示,上沉箱匀速上升,F拉2=F钢缆2+G′

F钢缆2=G沉箱-F浮2

F浮2=ρ海水?g?V沉箱′=ρ海水?g?(a-h)?S

F拉2=G沉箱+G′-ρ海水?g?(a-h)?S???②

由题中表格可以知道:F拉1=3.04×107N,F拉2=3.58×107N,

②-①式,得到:F拉2-F拉1=ρ海水?g?a?S-ρ海水?g?(a-h)?S=ρ海水?g?S?h

3.58×107N-3.04×107N=103kg/m3×10N/kg×1m?S

解出:S=5.4×102m2,

G沉箱=m沉箱?g=5×106kg×10N/kg=5×107N,

F浮1=ρ海水?g?V排=5.4×102m2×7m×10N/kg×103kg/m3=3.78×107N,

G′=F拉1-G沉箱+F浮1=3.04×107N-5×107N+3.78×107N=1.82×107N,

钢丝绳的拉力:F1=F拉1=×3.04×107N=4.75×105N;

设沉箱匀速上升lm,则拉力移动距离s=64×1m=64m,

拉力做功W总=F1s=F1×64m,有用功为W有=F钢缆1h=(G-F浮1)×1m,

所以机械效率为:η=×100%=×100%=×100%≈40.1%.

答:(1)当沉箱在水底时,海水对上沉箱顶部的压强1.1×105Pa;

(2)当沉箱在水中匀速竖直上升过程中钢丝绳的拉力F1为4.75×105N;机械效率为40.1%.

解析分析:(1)求出上沉箱顶部到水面的深度,根据p=ρgh求出压强;

(2)对沉箱分为两种情况--浸没在水中和离开水面进行受力分析,列出方程组,解出拉力F1的大小;

然后根据公式W=Fs分别求出有用功和总功,根据η=求出机械效率.

点评:此题主要考查的是学生对液体压强、机械效率计算公式和对物体进行受力分析的理解和掌握,根据受力分析列出方程组是解决此题的关键,难度较大.

12月22日 在海底23m深处沉睡800多年的“南海一号”古沉船 被“华天龙号”打捞船整体打捞成功.整体打捞是为了保存好文物 将“南海一号”船体和船上满载的

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