边长为0.1m质量均匀的正方体物体M,单独放在水平地面上对地面的压强为5.4×103?Pa.如图所示装置,横杆可绕固定点O在竖直平面内转动,系在横杆B?端的细绳绕过动滑轮,动滑轮连着物体M.用力F在A点竖直向上提横杆时,横杆在水平位置平衡,此时物体M?对地面的压强为1.8×103?Pa,若仍用力F在距离A点0.1m处竖直向上提横杆,使横杆仍在水平位置平衡,此时物体M?对地面压强为1.0×103?Pa,已知横杆上AB部分的长为0.2m,AB:OA=1:3,g取10N/kg,不计横杆质量、绳质量和摩擦.则力F的大小为________N.
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解析分析:根据正方体物体的边长,求出物体的底面积,知道压强,求出地面受到的压力,求出物体M的重力;当力F作用在A点时,求出地面受到的压力,求出杠杆对动滑轮的拉力,根据杠杆平衡条件列出方程①.若仍用力F在距离A点0.1m处竖直向上提横杆,使横杆仍在水平位置平衡,物体对地面的压强减小,压力减小,一定是增大了动力臂,所以拉力向左移动了0.1m.根据杠杆平衡条件列出方程②;解方程组得出拉力F和动滑轮的重力.
解答:S=0.1m×0.1m=0.01m2,物体的重力G=F=pS=5.4×103Pa×0.01m2=54N;设动滑轮的重力为G动,当在杠杆A端施加F大小的力杠杆平衡时,地面受到的压强为1.8×103Pa,地面受到的拉力为F'=p'S=1.8×103Pa×0.01m2=18N,滑轮对物体的拉力为F1=G-F'=54N-18N=36N,∵不计横杆质量、绳质量和摩擦,∴杠杆B端受到的拉力:FB=(F1+G动)∵AB:OA=1:3,AB=0.2m∴OA=0.6m,OB=0.8m,根据杠杆平衡条件得,FB×OB=F×OA,即:(F1+G动)×OB=F×OA,(36N+G动)×0.8m=F×0.6m-------①若仍用力F在距离A点0.1m处竖直向上提横杆,使横杆仍在水平位置平衡,物体对地面的压强减小,压力减小,一定是增大了动力臂,所以拉力向左移动了0.1m,当在杠杆A端施加F大小的力杠杆平衡时,地面受到的压强为1.0×103?Pa,地面受到的拉力为F″=p″S=1.0×103?Pa×0.01m2=10N,滑轮对物体的拉力为F2=G-F″=54N-10N=44N,杠杆B端受到的拉力:FB′=(F2+G动)根据杠杆平衡条件得:FB×OB=F×OA′,即:(F2+G动)×OB=F×OA′,(44N+G动)×0.8m=F×(0.6m+0.1m)-------②由①②得:F=32N.故