Question

航天員進行失重或微重力訓(xùn)練時，用到的方法是在地面用浮力水槽讓宇航員產(chǎn)生漂然感覺．浮力水槽模擬失重的原理是，通過增減配重和漂浮器，使宇航員懸浮在水中，獲得模擬失重的感覺和效應(yīng)．如圖所示．質(zhì)量為75kg的宇航員，若所帶配重及所著模擬宇航服質(zhì)量為25kg，人自身的密度設(shè)為1.05×10³kg/m³．
求：
（1）宇航員在浮力水槽中訓(xùn)練時所受的浮力；
（2）宇航員在水面以下2m深時受到水的壓強；
（3）宇航員每只腳著地的面積為200cm²，解除配重并脫下模擬宇航服直接站在蓄有4m深水的池底，對池底的壓強多大？

Answer 1

分析：（1）知道人和配重的質(zhì)量，利用重力公式求總重，因為宇航員懸浮，利用物體的懸浮條件求宇航員受到的浮力；
（2）知道宇航員所處的深度，利用液體壓強公式求宇航員受到水的壓強；
（3）利用密度公式求人體的體積（浸沒水中排開水的體積），利用阿基米德原理求宇航員受到水的浮力，從而求出宇航員對池底的壓力，再根據(jù)液體壓強公式求宇航員對池底的壓強．

解答：解：（1）∵人懸浮，
∴F_浮=G_總=m_人g+m_物g=（75kg+25kg）×10N/kg=1000N，
（2）p=ρgh=1×10³kg/m³×10N/kg×2m=2×10⁴Pa，
（3）脫去宇航服解除配重后，人的體積：
V_人=

m人

ρ人

=

75kg

1.05×103kg /m3

=7.14×10^-2m³，
此時人所受浮力：
F'_浮=ρ_水V_人g=1×10³kg/m³×10N/kg×7.14×10^-2m³=714N，
人站在池底，對池底的壓力：
F=G_人-F_浮=750N-714N=36N，
人雙腳站在池底，對池底的壓強：
p=

F

S

=

36N

2×200×10-4m2

=900Pa．
答：（1）宇航員在浮力水槽中訓(xùn)練時所受的浮力為1000N；
（2）宇航員在水面以下2m深時受到水的壓強為2×10⁴Pa；
（3）宇航員對池底的壓強為900Pa．

點評：本題為力學(xué)綜合題，考查了學(xué)生對密度公式、重力公式、阿基米德原理、液體壓強公式、壓強定義式的掌握和運用，計算時要求靈活運用公式，并注意單位統(tǒng)一．