两道物理趣题

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  1.过桥问题
  如图所示,一座桥最多能承受600N的压力,有个人体重580N,带着三个质量为1kg的球,准备过桥.
  
  有人说:他可以像杂技演员那样,轮流把球抛向空中,使得总有一个球在空中,手中只拿着两个球,这样过桥对桥的压力正好是600N,人就能通过桥了.
  但也有人认为:把球抛向空中,对桥的压力超过了600N,是过不了桥的.
  谁的说法更有道理呢?
  解析为了回答这个问题,可以先做一个实验.找一个体重580N的人站在磅秤上,请他手中托一个10N重的球.这时,磅秤指示为590N.但在他抛球、接球过程中,磅秤读数都比590N大.接下来,我们来仔细分析一下导致读数变大的原因.
  当他手托一个球站在磅秤上,体重加球重,当然是590N.从力学角度来分析,球受到的重力和手对球的支持力是二力平衡,球对手的压力也等于10N.这样人作用在磅秤上的压力是590N.
  当把球向上抛出,手对球的作用力必须大于球的重力,球才能向上做加速运动.所以当球即将离手时,此刻人对磅秤的实际作用的压力就大于590N,所以磅秤的读数就大于590N.
  当球下落的时候,由于球在运动中,速度由慢变快,接到球时,手给球的力必须大于球的重力,才能使球减速,把球接稳.根据作用力与反作用力相等,球对手的压力大于10N,所以磅秤的读数也会大于590N.
  根据这个实验,如果这个人在过桥时,一只手拿住一个球,另一只手又抛球和接球,人对桥的压力就一定超过了600N,所以即使像杂技演员那样也无法过桥.
  2.核潜艇问题
  2000年8月12日,质量m=1.4×107kg的俄罗斯“库尔斯克”号核潜艇在巴伦支海遇难,引起国际社会的普遍关注.对此考虑以下问题:
  (1)经研究,“库尔斯克”号的打捞方案之一,是在潜艇周围缠满可充气的负载量大的浮力袋.若每只浮力袋充气后的体积V0
  =10m3,请估算需用这种浮力袋多少只?
  (2)按海难救援国际惯例,8月19日晚,挪威潜水员曾抵达“库尔斯克”号并打开紧急逃生舱盖.若舱盖面积S=0.5m2,海水深106m,则海水对舱盖的压力F约有多大?
  (海水密度近似取ρ=1.0×103kg/m3,g
  =10N/kg)
  解析打捞“库尔斯克”号所需浮力袋的只数可由二力平衡和阿基米德原理求出.知道潜艇沉没的实际深度,根据液体压强的计算公式,求出海水对舱盖的压强.又已知舱盖的面积,即可求出海水对舱盖的压力.
  (1)设需要N个浮力袋,由二力平衡有
  F浮=mg.
  根据阿基米德原理F浮=ρgV排=ρgNV0,
  即ρgNV0=mg.
  N=■=■
  =1.4×103个.
  (2)设海水压强为p,
  由公式p=ρgh和F=pS有
  F=ρghS
  =1.0×103kg/m3×10N/kg×106m×0.5m2
  =5.3×105N.
  
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