透過“雪龍2號(hào)”破冰引航看力學(xué)

【新聞背景】

2023年12月12日，執(zhí)行中國(guó)第40次南極考察任務(wù)的“雪龍2號(hào)”（如圖1）在羅斯海新考察站完成了物資卸運(yùn)和人員登陸工作．“雪龍2號(hào)”和“天惠”輪兩船在剛剛進(jìn)入浮冰區(qū)時(shí)．就遭遇到了難題．9到10級(jí)大風(fēng)和密集的浮冰使它們很難前行，浮冰厚度普遍達(dá)到了2 m.面對(duì)這種情況，作為全球第一艘采用船艏、船艉雙向破冰技術(shù)的極地科考破冰船．“雪龍2號(hào)”開始為“天惠”輪破冰引航．它通過各種手段．歷時(shí)近6h，經(jīng)過5次破冰開道，終于把厚厚的密集冰區(qū)沖開，打開了能夠航行的一條路．

“雪龍2號(hào)”極地科考破冰船總長(zhǎng)約122.5 m，排水量近1.4萬(wàn)噸，雙向均具備以2～3節(jié)（1節(jié)=1.852 km/h）船速連續(xù)破1.5 m冰加0.2 m積雪的能力．新一代雪龍船耐寒，船身短而寬，底部首尾上翹，在冰層小于一定厚度時(shí)，通常采用螺旋槳的力量和船頭的沖擊力劈開冰層．這種方式稱為“連續(xù)式”破冰．當(dāng)遇到超過1.5 m厚的冰層時(shí)，則需要通過“雪龍2號(hào)”破冰船的巨大質(zhì)量來破冰，先讓破冰船向后退，然后向冰塊猛撞上去，這時(shí)質(zhì)量巨大的破冰船將會(huì)具有很大的能量，能像撞錘似的對(duì)厚厚的冰層做功，對(duì)冰層進(jìn)行破壞，這種方式稱為“沖撞式”破冰．

【知識(shí)提煉】

1．力是物體對(duì)物體的作用，力的作用效果包括力能改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和力能改變物體的形狀．破冰船靠螺旋槳的旋轉(zhuǎn)將水向后推出，以獲得水對(duì)船向前的動(dòng)力．這是根據(jù)力的作用是相互的原理工作的，破冰船壓冰面或撞擊冰面，使冰面破裂，這是通過力可以改變物體的形狀的原理工作的．

2．壓強(qiáng)的大小跟壓力的大小和受力面積的大小有關(guān)，在壓力一定時(shí)，受力面積越小，壓強(qiáng)越大，因此，“雪龍2號(hào)”底部做成“首尾上翹”的形狀，就是為了減小受力面積．增大壓強(qiáng)，這樣更容易破冰．另外，當(dāng)破冰船壓向冰面時(shí)，由于船所受的重力非常大，故船對(duì)冰面的壓力也非常大，這是通過增大對(duì)冰面的壓力的方法來增大對(duì)冰面的壓強(qiáng)的．

3．物體能夠?qū)ν庾龉?，就說這個(gè)物體具有能量，物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量叫作動(dòng)能，動(dòng)能的大小與物體質(zhì)量的大小和運(yùn)動(dòng)速度的大小有關(guān)，質(zhì)量越大、速度越大，物體具有的動(dòng)能越大．當(dāng)破冰船向冰塊猛撞過去時(shí)．船的質(zhì)量非常大，并且運(yùn)動(dòng)速度很大，因此，船具有很大的動(dòng)能，這樣能對(duì)冰塊做更多的功．使冰面發(fā)生破裂．

【原創(chuàng)題目】

全球第一艘采用雙向破冰技術(shù)的“雪龍2號(hào)”成功地為“天惠”輪破冰引航，其中涉及很多物理知識(shí)和原理，下列說法正確的是（ ）.

A．破冰船猛撞冰塊時(shí)，具有很大的重力勢(shì)能

B．“雪龍2號(hào)”完成物資卸運(yùn)后，所受浮力不變

C．破冰船加速猛撞冰塊是為了增大慣性

D．“雪龍2號(hào)”底部做成“首尾上翹”是通過減小受力面積的方法來增大壓強(qiáng)的

參考答案：D