Question

如圖為我國海軍某型號的先進導(dǎo)彈核潛艇．該艇在水面航行時的排水量為16600噸，在水下航行時的排水量為18700噸．艇長170.7m、艇寬12.8m．下潛深度可達300m．（海水密度ρ_水=1.0×10³kg/m3，g=10N/kg）
（1）若潛水艇潛入水中，艇背面距海面的深度為300m時，則該處受到海水的壓強是多少？
（2）它在水下航行時所受浮力是多少？
（3）它在水面航行時，露出水面的體積是多少？
（4）簡要說明：潛水艇是怎樣實現(xiàn)上浮和下沉？

Answer 1

（1）潛艇背面所受壓強：p=ρgh=10³kg/m³×10N/kg×300m=3×10⁶Pa；
（2）水下航行所受浮力：F_浮下=G_排下=m_排下g=1.87×10⁷kg×10N/kg=1.87×10⁸N；
（3）核潛艇在水面上排開水的體積為：V_排上=

m排上

ρ水

=

16600×103kg

103kg/m3

=1.66×10⁴m³；
總體積為：V=V_排下=

m排下

ρ水

=

1.87×107kg

103kg/m3

=1.87×10⁴m³；
所以：V_露=V-V_排上=1.87×10⁴m³-1.66×10⁴m³=2.1×10³m³；
（4）在水中，潛水艇受到水的浮力和重力的作用，潛水艇的體積不變，排開水的體積不變，根據(jù)阿基米德原理F_浮=ρ_水v_排g，潛水艇受到水的浮力不變；
把空氣壓入潛水艇的壓力艙，將海水排出，潛水艇自重G減小，當(dāng)F_浮＞G時，潛水艇上浮；
打開壓力艙的閥門，讓海水進入壓力艙內(nèi)，潛水艇自重G增大，當(dāng)F_浮＜G時，潛水艇下沉；
當(dāng)F_浮=G時，潛水艇懸浮，可以停留在任何深度；
由此可見，潛水艇通過調(diào)節(jié)水倉水量的多少來改變自身重力實現(xiàn)浮沉．
答：（1）該處受到海水的壓強是3×10⁶Pa；
（2）在水下航行時所受浮力是多1.87×10⁸N；
（3）在水面航行時，露出水面的體積是2.1×10³m³；
（4）潛水艇通過調(diào)節(jié)水倉水量的多少來改變自身重力實現(xiàn)浮沉．