如图所示是一种新型吊运设备打捞物体的简化模型示意图,图中虚线框里是滑轮组(未画出),滑轮组绳子的自由端由电动机拉动.物体A浸没在水中并悬挂在滑轮组挂钩下端的细绳下.当物体A浸没在水中时,电动机对滑轮组绳子自由端的拉力F1为100N,吊运设备对横杆B点的拉力比不挂物体时增大了N1.然后,将物体A竖直向上提升,当物体A有的体积露出水面静止时,电动机对滑轮组绳子自由端的拉力F2为180N,吊运设备对横杆B点的拉力比不挂物体时增大了N2.已知:物体A的体积为80dm3,N2=3N1.不计绳的质量,不计滑轮与轴的摩擦.g取10N/kg.
求:
(1)物体A的重力GA;
(2)动滑轮的重力G动;
(3)物体完全出水后匀速上升时,滑轮组的机械效率η.
网友回答
解:
(1)当物体A浸没在水中时,以物体A为研究对象,受力分析如图甲所示;
当物体A有的体积露出水面时,以物体A为研究对象,受力分析如图乙所示.?????????
由图甲、乙得:T1=GA-F浮1 ①;? ?T2=GA-F浮2 ②
当物体A浸没在水中时,吊运设备对横杆B点拉力比不挂物体时增大N1
当物体A有的体积露出水面时,吊运设备对横杆B点拉力比不挂物体时增大N2
因此,N1=T1=GA-F浮1 ;N2=T2 =GA-F浮2
已知:N2=3N1 ; 所以:===,
解得:
=,
已知:物体A的体积为80dm3
则:F浮1=1×103kg/m3×10N/kg×80×10-3m3=800N
所以:GA=F浮1=×800N=960N.
(2)当物体A浸没在水中时,以物体A和动滑轮的整体为研究对象,受力分析如图丙所示.当物体A有的体积露出水面时,以物体A和动滑轮的整体为研究对象,受力分析如图丁所示.
nF1=GA +G动-F浮1 ③;?? nF2=GA +G动-F浮2 ④
由④-③式得:
n(F2-F1)=F浮1-F浮2=F浮1=×800N=320N
解得:n=4,
将F1=100N;n=4,代入③式解得:G动=240N.
(3)当物体完全出水后匀速上升时,滑轮组的机械效率η=×100%=×100%=×100%=80%.
答:(1)物体A的重力GA为960N
(2)动滑轮的重力G动为240N
(3)物体完全出水后匀速上升时,滑轮组的机械效率η为80%.
解析分析:首先对物体进行受力分析,此时物体A和物体B在竖直方向受三个力的作用,竖直向上的拉力和支持力,竖直向下的重力.
(1)知道物体A和物体B的底面积、密度和高度可利用公式G=mg=ρvg=ρshg计算出物体A和物体B的重力.从图可知,当物体A和物体B静止时,竖直向上的力等于竖直向下的力,从而可以列出两个等式:GA=T1+N1①,GB=T2+N2②,便可以计算出物体A和物体B的重力、以及N1和N2的大小.
(2)当物体A浸没在水中时,以物体A和动滑轮的整体为研究对象,受力分析如图丙所示.当物体A有的体积露出水面时,以物体A和动滑轮的整体为研究对象,受力分析如图丁所示.列出等式nF1=GA +G动-F浮1 ③;?? nF2=GA +G动-F浮2 ④即可求得动滑轮的重力G动;
(3)物体完全出水后匀速上升时,利用η=可求得滑轮组的机械效率.
点评:此题是简单机械、浮力、机械效率综合计算题,难度较大,能够分析出船在水中的浮力变化是解决此题的关键.