随着中部倔起的战略的进一步提升,武汉城区建设更是日新月异,如图是某建筑工地的吊塔,用于提升物体.已知,钢绳承受最大的拉力为105N,现在用这个吊塔起吊钢梁,每根钢梁重104N,滑轮的摩擦、绳重均可忽略不计,当吊塔在2s内匀速提升10根钢梁升高2m时,此装置的机械效率为80%.试求:
(1)该吊塔起吊10根钢梁升高2m所做额外功;
(2)机械输出功率;
(3)此装置的机械效率最高可达到多大(结果保留1位小数).
网友回答
已知:G=10×104N=105N? h=2m? η=80%? t=2s? n=4?? F最大=105N
求:(1)W额=?(2)P=?(3)η最大=?
解:
(1)吊塔做的有用功为W有用=Gh=105N×2m=2×105J?
∵η=,
∴W总===2.5×105J
∴额外功为W额=W总-W有用=2.5×105J-2×105J=5×104J;
(2)吊塔的输出功率为P===1.25×105W;
(3)钢梁上升2m时,钢绳拉起的长度为s=4h=4×2m=8m,
∵W总=Fs,
∴此时的拉力为F1===31250N
∵F=(G+G0)
∴动滑轮的重力为G0=4F1-G=4×31250N-105N=25000N
∵F最大=(G最大+G0)
∴吊塔提起的最大物重为G2=4F最大-G0=4×105N-25000N=3.75×105N
∴装置的最大效率为η最大====×100%≈93.8%.
答:(1)该吊塔起吊10根钢梁升高2m所做额外功为5×104J;
(2)机械的输出功率为1.25×105W;
(3)装置的最大效率为93.8%.
解析分析:(1)已知每根钢梁重,可以得到10根钢梁的总重;已知钢梁总重和上升高度,可以得到有用功;已知有用功和机械效率,可以得到总功,总功与有用功之差就是额外功;
(2)已知吊塔做的总功和所用时间,利用公式P=得到输出功率;
(3)由图知,承担钢梁重力的绳子有4段,已知第一次吊起钢梁做的总功和起吊高度,可以得到施加的拉力;已知物重、拉力和绳子段数,可以得到动滑轮的重力;
已知钢绳能够承受的最大拉力和绳子的段数,可以得到吊塔能够提起的最大总重;已知吊塔能够提起的最大总重和动滑轮重,可以得到吊塔提起的最大物重;已知吊塔提起的最大物重和动滑轮重,利用公式η=得到吊塔的最大机械效率.
点评:此题考查了机械效率和功率的有关计算,其中机械效率的变化问题,容易被我们忽视,需要清楚的是:在机械能够承受的限度内,效率随物重的增加而增大,不要误以为装置确定,效率就不变化了.