Question

如图为我国海军某型号的先进导弹核潜艇．该艇在水面航行时的排水量为16600吨，在水下航行时的排水量为18700吨．艇长170.7m、艇宽12.8m．下潜深度可达300m．（海水密度ρ_水=1.0×10³kg/m3，g=10N/kg）
（1）若潜水艇潜入水中，艇背面距海面的深度为300m时，则该处受到海水的压强是多少？
（2）它在水下航行时所受浮力是多少？
（3）它在水面航行时，露出水面的体积是多少？
（4）简要说明：潜水艇是怎样实现上浮和下沉？

Answer 1

（1）潜艇背面所受压强：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）核潜艇在水面上排开水的体积为：V_排上=

m排上

ρ水

=

16600×103kg

103kg/m3

=1.66×10⁴m³；
总体积为：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，潜水艇受到水的浮力和重力的作用，潜水艇的体积不变，排开水的体积不变，根据阿基米德原理F_浮=ρ_水v_排g，潜水艇受到水的浮力不变；
把空气压入潜水艇的压力舱，将海水排出，潜水艇自重G减小，当F_浮＞G时，潜水艇上浮；
打开压力舱的阀门，让海水进入压力舱内，潜水艇自重G增大，当F_浮＜G时，潜水艇下沉；
当F_浮=G时，潜水艇悬浮，可以停留在任何深度；
由此可见，潜水艇通过调节水仓水量的多少来改变自身重力实现浮沉．
答：（1）该处受到海水的压强是3×10⁶Pa；
（2）在水下航行时所受浮力是多1.87×10⁸N；
（3）在水面航行时，露出水面的体积是2.1×10³m³；
（4）潜水艇通过调节水仓水量的多少来改变自身重力实现浮沉．