以建筑工程為背景的物理考題例析

物理學知識來源于人們長期對自然界的觀察和研究，而物理知識又應用于很多的行業和日常生活。下面通過兩道例題來具體分析。

例1 （2018 .荊州）如圖1所示是蒙華鐵路荊州段長江大橋施工現場，工程師用起吊裝置在江中起吊工件。已知工件重4 000 N，每個滑輪重500 N，聲音在水中的傳播速度是1 500 m/s。在水面上用超聲測位儀向江底的工件垂直發射超聲波，經過0.02 s后收到回波。（不計繩重和摩擦，取g=10 N/kg，p水=1.0×10³ kg/m3）

（1）求工件在水下的深度。

（2）不計工件的高度，求水對工件產生的壓強。

（3）當工件在水面下勻速上升時，繩子自由端的拉力為500 N，求工件的體積。

解：（1）工件在水下的深度s=vt = 15 m。

例2（2017.-煙臺）港珠澳大橋海底隧道是世界上最長的公路沉管隧道，全長5.6 km，由33節沉管和“最終接頭”組成。33節沉管已經全部成功安裝，只剩E29和E30之間留有十多米的空隙，這就是“最終接頭”的位置。“最終接頭”的質量約為6.0×10⁶ kg，雖然和之前的沉管相比小了很多倍，但入水后受洋流、浮動等因素影響，姿態會發生變化，安全平穩地把接頭吊裝到約30 m深的海底是十分艱難的過程。據悉“最終接頭”由“振華30號”吊裝船吊裝（如圖2），通過系列平衡調整，從9時整，“最終接頭”從距離水面20 m高處勻速下放，9時12分，開始入水，完全入水后，吊鉤對“最終接頭”的拉力為2.0×10⁷ N左右，12時，“最終接頭”下沉到位。吊裝起重機的機械效率約為80%。（g取10N/kg，p海水取1.0×10³ kg/m3）求：

（1）“最終接頭”下沉到位后下表面所受水的壓強。

（2）“最終接頭”的平均密度。

（3）吊裝起重機的最大輸出功率。

解：（1）由題意可知，“最終接頭”下沉到位后下表面距離水面^ -30 m，則下表面所受水的壓強p=10海水gh=3×10⁵ Pa。