Question

我国某颗返回式卫星约是一边长为2m的封闭式正方体，其总质量为1.0×l0⁴ kg。回收时，落回预定水域的10m深处，假没用如图所示的打捞船上的装置匀速吊起，从卫星的上表面露出水面到下表面刚好离开水面的过程中，卫星受到的浮力是变化的，我们可以用一个恒力来代替，这个恒力的大小等于卫星受到的最大浮力的，不计绳重和绳在水中受到的浮力，以及绳与滑轮间的摩擦。（g取10 N/kg，ρ_水=1 0 ×l0³ kg/m³) 求：
（1）定滑轮的作用是什么？
（2）起吊之前，卫星下表面受到水的压力是多大？
（3）将卫星匀速吊起后在上表面未露出水面之前，作用在钢绳上A点的水平拉力是多大？
（4）将卫星从水底打捞至下表面刚好离开水面的过程中，作用在A点的水平拉力做了多少功？

Answer 1

解：
（1）定滑轮的特点是改变作用力的方向
（2）p =ρ_水gh =1. 0×10³ kg/m³×10 N/kg×10m=l.0×10⁵ Pa， 由p=F/S得F=pS=l.0×10⁵Pa×4m²=4×10⁵N；
（3）G= mg =l.0×10⁴ kg×10 N/kg=l.0×10⁵ N，F_浮 =ρ_水gV_排=l.0×10³kg/m³ ×10 N/kg ×8m³ =8×10⁴N，因为F_拉+ F_浮=G    
 所以F_拉 =G-F_浮 =l.0×10⁵ N -8×10⁴ N=2×10 ⁴ N
（4）因为F_拉'+F_浮=G     
所以F_拉'=G -F_浮=1.0×10⁵N -× 8×10⁴ N    =6×10⁴N    
 所以W₁= F_拉（h -l）=2×10⁴N ×（10m -2 m）=1.6×10⁵J     
 W₂=F_拉'l=6×10⁴N×2m=l.2×10⁵J，W_总=W₁+W₂=1.6×10 ⁵J +1.2×10⁵ J=2.8×10⁵J。