以建筑工程为背景的物理考题例析

物理学知识来源于人们长期对自然界的观察和研究，而物理知识又应用于很多的行业和日常生活。下面通过两道例题来具体分析。

例1 （2018 .荆州）如图1所示是蒙华铁路荆州段长江大桥施工现场，工程师用起吊装置在江中起吊工件。已知工件重4 000 N，每个滑轮重500 N，声音在水中的传播速度是1 500 m/s。在水面上用超声测位仪向江底的工件垂直发射超声波，经过0.02 s后收到回波。（不计绳重和摩擦，取g=10 N/kg，p水=1.0×10³ kg/m3）

（1）求工件在水下的深度。

（2）不计工件的高度，求水对工件产生的压强。

（3）当工件在水面下匀速上升时，绳子自由端的拉力为500 N，求工件的体积。

解：（1）工件在水下的深度s=vt = 15 m。

例2（2017.-烟台）港珠澳大桥海底隧道是世界上最长的公路沉管隧道，全长5.6 km，由33节沉管和“最终接头”组成。33节沉管已经全部成功安装，只剩E29和E30之间留有十多米的空隙，这就是“最终接头”的位置。“最终接头”的质量约为6.0×10⁶ kg，虽然和之前的沉管相比小了很多倍，但入水后受洋流、浮动等因素影响，姿态会发生变化，安全平稳地把接头吊装到约30 m深的海底是十分艰难的过程。据悉“最终接头”由“振华30号”吊装船吊装（如图2），通过系列平衡调整，从9时整，“最终接头”从距离水面20 m高处匀速下放，9时12分，开始入水，完全入水后，吊钩对“最终接头”的拉力为2.0×10⁷ N左右，12时，“最终接头”下沉到位。吊装起重机的机械效率约为80%。（g取10N/kg，p海水取1.0×10³ kg/m3）求：

（1）“最终接头”下沉到位后下表面所受水的压强。

（2）“最终接头”的平均密度。

（3）吊装起重机的最大输出功率。

解：（1）由题意可知，“最终接头”下沉到位后下表面距离水面^ -30 m，则下表面所受水的压强p=10海水gh=3×10⁵ Pa。