2012年9月25日上午,中國首艘航空母艦“遼寧”號正式交接服役,從此中國擺脫了沒有航母的歷史.如圖甲是遼寧號航空母艦的圖片,遼寧號航空母艦以重油(原油提取汽油、柴油后剩余重質油)為燃料,最大艦長304米,艦寬70.5米,滿載排水量67500噸.2012年11月23日上午中國獨立自主研發的航母艦載飛機殲-15首次成功降落在“遼寧艦”甲板上(如圖乙所示).(g取10N/kg)
請回答下列問題:
(1)若飛機殲-15的質量為1.8×104kg,每個輪子與飛行甲板的接觸面積均為0.02m2,(按三個相同的輪子與飛行甲板接觸計算),當飛機殲-15降落在“遼寧艦”甲板上靜止時,飛機對甲板的壓強多大?
(2)當兩名飛機起飛指揮員用“航母style”動作(如圖丙所示)向殲-15飛行員下達起飛指令后,飛機殲-15飛離“遼寧艦”甲板時,則
A.航母將上浮,所受浮力減少
B.航母將上浮,所受浮力增大
C.航母將下沉,所受浮力增大
D.航母將下沉,所受浮力減少
(3)在一次航母補給訓練中,補給艦向航母加注燃料重油的過程中,航母艦底所受海水的壓強怎樣變化?若補給艦向航母加注燃料重油的體積為6.0×103m3,航母排水量將增加多少?(重油的密度為0.8×103kg/m3,海水的密度取1.0×103kg/m3計算)
(4)航母在執行作戰任務時需要其它艦艇護航,組成編隊.一般情況下護航形式有兩種:前后護航形式和“并排”護航形式,若在較近距離時,請你分析那種護航形式好?說明理由.
解:
(1)飛機對甲板的壓力:
F=G=mg=1.8×104kg×10N/kg=1.8×105N
S=0.02m2×3=0.06m2
飛機對甲板的壓強:
p===3×106Pa;
(2)飛機飛離“遼寧艦”甲板后,航母重力減小、受到的浮力減小,由阿基米德原理可知排開水的體積減小,將上浮一些,故選A;
(3)向航母加注燃料重油的過程中,重力增大、受到的浮力增大,由阿基米德原理可知排開水的體積增大,將下沉一些;船底所處的深度變大,由液體壓強公式p=ρgh得出船底受到的壓強增大;
∵ρ=,
∴補給艦向航母加注燃料重油的質量:
△m=ρ△V=0.8×103kg/m3×6.0×103m3=4.8×106kg,
航母排水量將增加:
△m排=△m=4.8×106kg;
(4)前后護航好.因為液體中流速越大,壓強越小.并排航行,兩船間海水流速大,壓強小,兩船容易相撞.
答:(1)當飛機殲-15降落在“遼寧艦”甲板上靜止時,飛機對甲板的壓強為3×106Pa;
(2)A;
(3)增大;航母排水量將增加4.8×106kg;
(4)同上.
(1)知道飛機的質量,利用G=mg求飛機的重力,對甲板的壓力等于飛機的重力,求出受力面積,利用壓強定義式求飛機對甲板的壓強;
(2)飛機飛離“遼寧艦”甲板前后,航空母艦都漂浮,但飛機飛離“遼寧艦”甲板后,重力減小、受到的浮力減小、排開水的體積減小,將上浮一些;
(3)補給艦向航母加注燃料重油的過程中,航空母艦漂浮,但重力增大、受到的浮力增大、排開水的體積增大,將下沉一些;船底所處的深度變大,由液體壓強公式得出船底受到的壓強變化;
知道補給艦向航母加注燃料重油的體積,利用m=ρV求補給艦向航母加注燃料重油的質量,可得航母排水量將增加量;
(4)流體流速大的壓強小、流速小的地方壓強大,據此分析回答.
點評:本題以航母為題考查了相關的物理知識,綜合性很強,計算量比較大,具有一定的難度.