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中性浮力水槽
为了在地面模拟航天员在太空中所处的失重环境,我国建设了特殊的“潜水池”——中性浮力水槽,如图甲所示。当物体受到的浮力大于自身重力时,这个浮力称为“正浮力”;当物体受到的浮力小于自身重力时,这个浮力称为“负浮力”。训练时,航天员通过增减配重的方法使自身的重力与浮力基本相等,以获得与太空中相似的失重感,此时的浮力称为“中性浮力”。
为了充分模拟出舱任务,如图乙所示,航天员需穿着厚重的水下训练服,在机械臂和若干潜水员的协助下进行水下活动。潜水员小明携带的气瓶配有如图丙所示的气压表。潜水前,有3000L的空气被压缩至瓶中;潜水时,通过气压表示数可以知道瓶内空气量(两者的关系如表所示)。小明结合自身在水下的平均耗气速度v与所处深度h的关系(如图丁所示),便能估算出潜水时间:
其中:当瓶内空气消耗量的单位为L、耗气速度的单位为L/min时,潜水时间的单位为min。
气压表示数/bar | 300 | 210 | 120 | 30 |
瓶内空气量/L | 3000 | 2100 | 1200 | 300 |
(1)在机械臂的协助下,水槽中的航天员匀速向下运动,其动能,受到水的压强(以上两空均选填“变小”、“不变”或“变大”);
(2)航天员在水槽中处于“中性浮力”状态时,受到的重力(选填“等于”或“不等于”)零;
(3)航天员也可在水槽中模拟“月球漫步”。但与太空中的失重环境不同,月球引力为地球引力的 , 因此需要在水槽中营造(选填“正”、“中性”或“负”)浮力的环境;
(4)质量为70kg的航天员,身着130kg的训练服在水槽中进行模拟失重训练时,训练服与配重的总体积约为 , 其所受浮力大小约为N,其配重的质量约为kg(已知 , );
(5)某次潜水时,潜水员小明在水深8m处停留一段时间后,气压表示数由210bar降到120bar,则这段停留时间约为min。