Question

跳水運動員從腳底高于水面H=10米的跳臺自由落下，假設運動員的質量m=60千克，其體形可等效為一長度L=1.0米、直徑d=0.30米的圓柱體，略去空氣阻力．運動員入水后，水的等效阻力F（非浮力）作用于圓柱體的下端面，F的數值隨入水深度y變化的函數曲線如圖．該曲線可近似看圓周的弧長、圓心在O點，圓與oy軸相交于y=h處，與F軸相交于F=處．為了確保運動員的安全，試計算水池中水的深度h至少應等于多少．（水的密度取ρ=1.0×10³千克/米³）．

Answer 1

【答案】分析：在整個運動過程中，重力、水的浮力、水的阻力對運動員做功，由動能定理可以求出水的深度．
解答：解：在整個運動過程中，由動能定理可得：
mg（H+h）-W_浮-W_阻=0-0，
在向下運動過程中，水的浮力均勻增大，
浮力做功W_浮=-ρLπgL-πρLd²（h-L）g，
水的阻力做的功W_阻=-?mgh=-πmgh，
解得：h==4.9m；
答：水池中水的深度至少為4.9m．
點評：應用動能定理即可正確解題，本題的難點是求水的浮力與阻力做的功．