Question

我國某顆返回式衛星約是一邊長為2m的封閉式正方體，其總質量為1.0×l0⁴ kg。回收時，落回預定水域的10m深處，假沒用如圖所示的打撈船上的裝置勻速吊起，從衛星的上表面露出水面到下表面剛好離開水面的過程中，衛星受到的浮力是變化的，我們可以用一個恒力來代替，這個恒力的大小等于衛星受到的最大浮力的，不計繩重和繩在水中受到的浮力，以及繩與滑輪間的摩擦。（g取10 N/kg，ρ_水=1 0 ×l0³ kg/m³) 求：
（1）定滑輪的作用是什么？
（2）起吊之前，衛星下表面受到水的壓力是多大？
（3）將衛星勻速吊起后在上表面未露出水面之前，作用在鋼繩上A點的水平拉力是多大？
（4）將衛星從水底打撈至下表面剛好離開水面的過程中，作用在A點的水平拉力做了多少功？

Answer 1

解：
（1）定滑輪的特點是改變作用力的方向
（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，因為F_拉+ F_浮=G    
 所以F_拉 =G-F_浮 =l.0×10⁵ N -8×10⁴ N=2×10 ⁴ N
（4）因為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_總=W₁+W₂=1.6×10 ⁵J +1.2×10⁵ J=2.8×10⁵J。