Question

如图甲是水中沉物打捞过程，打捞沉物所用的滑轮组可以建立为图乙所示的物理模型，现将一体积为10m³、质量为16t的物体在水中匀速提升5m（物体未露出水面），若滑轮重1000N，不计绳重、各种摩擦和水的阻力，求：
（1）物体在水中匀速上升时受到的浮力是多少？
（2）物体在水中匀速上升时绳端的拉力F是多少？
（3）物体在水中匀速上升时滑轮组的机械效率是多少？（g=10N/kg）

Answer

（1）因为物体全部浸没在水中，所以根据阿基米德原理即可求出物体所受的浮力．
（2）因为物体在水中匀速上升．所以受竖直向下的重力和竖直向上的浮力，再根据图中有3段绳子连着动滑轮，即可求出物体在水中匀速上升时绳端的拉力F．
（3）根据（2）求出的物体受到的重力和（1）求出的物体受到的浮力，滑轮组对物体的拉力等于物体重减去物体受到的浮力，而滑轮组对物体做的有用功W有用=F拉h，W总=G物-F浮+G动，然后再根据公式η==可求滑轮组的机械效率．
【解析】
（1）物体所受的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×10m3=1.0×105N．
（2）因为3段绳子连着动滑轮，所以物体在水中匀速上升时绳端的拉力
G物=m物g=16×103kg×10N/kg=1.6×105N，
F===2.03×104N．
（3）物体受到的重力：G=1.6×105N，
物体受到的浮力：F浮=1.0×105N．
滑轮组对物体的拉力：
F拉=G-F浮=1.6×105N-1.0×105N=0.6×105N，
滑轮组对物体做的有用功：
W有用=F拉×5m=0.6×105N×5m=3×105J，
W总=×nh=（1.6×105N-1.0×105N+1000N）×5m=3.05×105J，
滑轮组的机械效率：
η=×100%=×100%≈98.36%．
答：（1）物体在水中匀速上升时受到的浮力是1.0×105N．
（2）物体在水中匀速上升时绳端的拉力F是2.03×104N．
（3）物体在水中匀速上升时滑轮组的机械效率是98.36%．