Question

航天員進行失重或微重力訓練時，用到的方法是在地面用浮力水槽讓宇航員產生漂然感覺，模擬訓練航天員在失重時進行工作和維修．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．一般是將1：1的航太器放入水槽中，航天員穿上改制的艙外航天服，進行出艙活動程序的模擬和技能的訓練，如圖所示．質量為75kg的宇航員，若所帶配重及所著模擬宇航服質量為25kg，人自身的密度設為1.05×10³kg/m³．g取10N/kg．
求：
（1）宇航員在浮力水槽中訓練時所受的浮力；
（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

【答案】分析：（1）知道人和配重的質量，利用重力公式求總重，因為宇航員漂浮，利用物體的漂浮條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，再根據液體壓強公式求宇航員對池底的壓強．
解答：解：（1）∵宇航員漂浮，
∴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===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===900Pa．
答：（1）宇航員在浮力水槽中訓練時所受的浮力為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：本題為力學綜合題，考查了學生對密度公式、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，計算時要求靈活先用公式，并注意單位統一．