泰坦尼克号经典物理题

泰坦尼克号是一百年前最大的豪华海轮，号称“永不沉没的泰坦尼克”，可是就在泰坦尼克号从南安普顿到纽约下海的处女航之际在北大西洋撞上冰山后沉没。，1912年4月15日凌晨11点到2点泰坦尼克号沉没。泰坦尼克号海难为和平时期死伤人数最惨重的海难之一，同时也是最为人所知的海上事故之一。

（客轮P-1 沉船P-2 救援P-3 断裂P-4 ）

【伟大启程】①在泰坦尼克号巨轮起航时，大批渔船被分散，但还是有航船纽约号向泰坦尼克号冲过来，幸好泰坦尼克的拖船伏尔甘号把纽约号的船身顶了回去。请分析其原因。

②泰坦尼克号从英吉利海峡驶入大西洋时，船身应上浮还是下沉？请结合公式分析。抵达昆斯顿后卸下足够多的货物，整个海面水位将如何变化？（大西洋海水密度大于英国海密度）③泰坦尼克号的最高时速为23节，计划旅程15天到达，请问从南安普顿到纽约大约多少千米（1节=0.5144米/秒）（曲线海路总长为20km）

【奢华构造】①如图客轮P-1，1912年“神之船”泰坦尼克号是世界上速度最快、装潢最豪华的巨型海轮。主机功率为5100马力，以4m/s的速度试航20000km.求：1.它是以什么为燃料推动蒸汽机工作的？2.所用燃料为多少千克？（5100英制马力=3.8*106瓦，所求燃料热值2．73×107J／kg）

②据上题分析，蒸汽机机械效率为58％。求匀速时的航行阻力？并试分析为什么机械效率这么低？

③泰坦尼克号的空载排水量约为46000吨，满载排水量约为66000吨，船长259M，宽为28M，是当时世界上惟一排水量超过40000吨的客轮。求：1.该船载重约为多大？2.如果泰坦尼克号采用的是100个先进“蜂窝”式的密闭船舱，每个船舱约为1000m³，那么大约撞破多少个船舱，满载的泰坦尼克号才会沉没？（海水密度取1.03*10³kg/m³、g取9.8N/kg)

④泰坦尼克号内部的奢华四轮电动电梯自重1000N，工作电压230V，若升到三楼，每层三米，用时10S，电动机效率80﹪。求：1.每轮绳子拉力？2.此时工作所消耗的电流为多少？3.发热效率？

【死亡之吻】①泰坦尼克号瞭望员以为船不会沉没，望远镜没找着就用肉眼观测冰山，发现冰山时到冰山撞上船体只用了37s，船速平均为22.4节，求：泰坦尼克号在发现冰山时离冰山有多少千米远？（1节=0.5144米/秒）

②泰坦尼克号在发现冰山时，大副下令左满舵，但船的右舷还是撞上冰山，请你计算如果船直面撞击冰山和右舷撞击冰山哪一个动能大？（右舷撞击时能量减少2/3，引导公式：

Ek=1/2MV²）

③泰坦尼克号在撞上冰山前就已经发现了前方冰山而紧急改变航向，请试根据能量角度分析，为什么船体大幅度改变航向但船身一侧还是与冰山发生了撞击？

④泰坦尼克号撞击后，头等舱与二等舱乘客感只是微微颠簸，但三等舱乘客却被巨大震动震醒，请根据力学角度分析反差原因。

⑤泰坦尼克号撞破了船头五个大船舱，而设计时能保证撞破六个大船舱不沉没，甚至能漂浮2天，关键在于什么？由此，请你运用浮力知识进一步分析泰坦尼克号后来断成两截的原因。

⑥泰坦尼克号的排水工作做得很好，但还是控制不住海水的灌入速度。泰坦尼克号上有一排水工作水位器，有这样一个过程：无盖无水长方体容器的底面是一个边长10CM的正方形。容器上方接有一水管。每秒进水50立方厘米。在长方体的高面上。有一排小孔。小孔之间相隔1CM。且压强每增加100PA，小孔出水速度增加5立方厘米。问：多长时间后水位保持不变？（g取9.8N/kg，小孔直径忽略。最底下的小孔距容器底面1CM）

【冰海沉船】①如图救援P-3，是泰坦尼克号船头即将没入水中是发射的求救火箭，请猜想火箭主要用什么材料制成？为什么用这种材料？这种材料究竟是否合理，说明原因。

②当船长认为船没救的时候，他向大西洋海面发射了求救信号，58英里外的卡帕西亚号首先接到信号，全速往失事地点赶来，预计4小时到达，可是泰坦尼克号从撞击到沉没只用了2小时。请问：电信号几秒后到达卡帕西亚号？（1英里=1.6km）

③世事难料，其实当时离泰坦尼克号最近的航船是19英里外的加利福尼亚号，只是事发时加利福尼亚号关闭了电台。如果加利福尼亚号当时电台接受了此讯号且以卡帕西亚号的速度赶往出事地点，问几小时后可以到达？

④请你回到100年前，根据压强知识和电学知识综合分析全船灯照一直到2点17分才熄灭的原因？（提示：中央电力控制室在船长室下方，本题用函数方法解答）

⑤如图断裂P-4，2点18分船头与船尾断裂成两截，船头部分沉入海中，后半截砸回海面，因为船尾进水和船头的拉扯，船尾又快速翘了起来，和海面呈90度。因为巨大的压力，船头在水下和船尾分离，船头高速沉了下去。船尾因为不断进水，垂直的插下海中，于2点20分完完全全消失在大西洋的海面上。请将上述现象用物理学浮力和气力差进行解释。（可作图，推引公式）

⑥泰坦尼克号的首航没有一个人会认为它会沉没，所以所带救生艇只有有二十艘，能承载1230人，而此次出海有2224人，但是实际载人却是702人，一等舱成活率为45％，二等舱成活248人。求遇难率、救生艇利用率和三等舱成活率。

⑦泰坦尼克号沉没后仅有六个人因为获得一个木板而得以生还，假如人的质量为53kg，人体的密度为1.06×10³3kg／m3，当人在水中必须有的体积露出水面才能保证正常的呼吸.木板的密度为0.6×10³kg／m3．（海水密度取1.03*10³kg/m³、g取9.8N/kg)请问：1.当该人全部掉入海水中，受到的浮力为多大？在水中的浮沉状态怎样？2.若该人抓到的木板恰能使他的体积露出水面，求木板对他向上托的力为多大？

⑧泰坦尼克号之所以死伤那么多，其一原因是当时正值冬季午夜，海面温度28华氏度，海水温度接近0摄氏度，请统一国际单位。

⑨泰坦尼克号在冰海沉没时，局部海水升温多少度？（提示：仅考虑八台全发热内燃机与两台动能蒸汽机与六台发电机所释放的内能大小，所谓升温是指瞬时区域性升温值，三式功率机一切信息值统一于上题所有标准值，g取9.8N/kg、海水密度取1.03*10³kg/m³、5100英制马力=3.8*106瓦，所求燃料热值2．73×107J／kg、电动机效率80﹪、蒸汽机机械效率为58％）