Question

（2011?犍为县模拟）航天员进行失重或微重力训练时，用到的方法是在地面用浮力水槽让宇航员产生漂然感觉，模拟训练航天员在失重时进行工作和维修．浮力水槽模拟失重的原理是，通过增减配重和漂浮器，使宇航员悬浮在水中，获得模拟失重的感觉和效应．一般是将1：1的航太器放入水槽中，航天员穿上改制的舱外航天服，进行出舱活动程序的模拟和技能的训练，如图所示．质量为75kg的宇航员，若所带配重及所着模拟宇航服质量为25kg，人自身的密度设为1.05×10³kg/m³．g取10N/kg．
求：
（1）宇航员在浮力水槽中训练时所受的浮力；
（2）宇航员在水面以下2m深时受到水的压强；
（3）宇航员每只脚着地的面积为200cm²，解除配重并脱下模拟宇航服直接站在蓄有4m深水的池底，对池底的压强多大？

Answer 1

分析：（1）知道人和配重的质量，利用重力公式求总重，因为宇航员漂浮，利用物体的漂浮条求宇航员受到的浮力；
（2）知道宇航员所处的深度，利用液体压强公式求宇航员受到水的压强；
（3）利用密度公式求人体的体积（浸没水中排开水的体积），利用阿基米德原理求宇航员受到水的浮力，从而求出宇航员对池底的压力，再根据液体压强公式求宇航员对池底的压强．

解答：解：（1）∵宇航员漂浮，
∴F_浮=G_总=m_人g+m_物g=（75kg+25kg）×10N/kg=1000N，
（2）p=ρgh=1×10³kg/m³×10N/kg×2m=2×10⁴Pa，
（3）脱去宇航服解除配重后，人的体积：
V_人=

m人

ρ人

=

75kg

1.05×103kg /m3

=7.14×10^-2m³，
此时人所受浮力：
F'_浮=ρ_水V_人g=1×10³kg/m³×10N/kg×7.14×10^-2m³=714N，
人站在池底，对池底的压力：
F=G_人-F_浮=750N-714N=36N，
人双脚站在池底，对池底的压强：
p=

F

S

=

36N

2×200×10-4m2

=900Pa．
答：（1）宇航员在浮力水槽中训练时所受的浮力为1000N；
（2）宇航员在水面以下2m深时受到水的压强为2×10⁴Pa；
（3）宇航员对池底的压强为900Pa．

点评：本题为力学综合题，考查了学生对密度公式、重力公式、阿基米德原理、液体压强公式、压强定义式的掌握和运用，计算时要求灵活先用公式，并注意单位统一．