小文的体重为600N,当他使用如图所示的滑轮组匀速提升水中的体积为0.01m3的重物A时(重物始终未出水面),他对地面的压强为8.75×103Pa.已知小文与地面的接触面积为400cm2.当他用此滑轮组在空气中匀速提升重物B时,滑轮组的机械效率是80%.已知重物A重物B所受重力之比GA:GB=5:12,若不计绳重和摩擦,g=10N/kg.
求:(1)提升重物A时小文对地面的压力.
(2)物体A的密度.
(3)在水中提升重物A时滑轮组的机械效率.
(4)重物A完全出水面后,以0.2m/s的速度匀速上升,小文拉绳的功率P.
网友回答
解:
(1)人受地面的支持力:
F支=F压=P人S人=8.75×103Pa×400×10-4m2=350N
则人对地面的压力为350N.
(2)人对绳子的拉力:F拉=G人-F支=600N-350N=250N
A所受浮力为:F浮=ρ水gVA=1×103kg/m3×10N/kg×0.01m3=100N
则物体及动滑轮的重力之和:GA+G动=2F拉+F浮=2×250N+100N=600N
即:GA+G动=600N①
B在空气中:ηB==80%②
GA:GB=5:12③
由①②③式可得
物体A的重力:GA=375N,G动=225N
则物体A的密度:ρA==3.75×103kg/m3
(3)A在水中时,滑轮对物体的拉力为GA-F浮;
则滑轮组的机械效率:ηA===55%
(4)物体离开水面后:拉力的功:P=F'拉?v拉=×2v物=×2×0.2m/s=120W.
答:(1)人对地面的压力为350N; (2)物体A的密度为3.75×103kg/m3;(3)滑轮组的机械效率为55%; (4)拉力的功为120W.
解析分析:(1)由压强的计算公式变形后可求得小文受地面的支持力,由力的相互性可知人对地面的压力;
(2)对人受力分析,由力的合成可求得人受绳子的拉力,则可知人对绳子的拉力;由浮力公式可求得物体A所受浮力,则对动滑轮及物体A由力的合成可求得物体及动滑轮的重力之和;
由提升物体B时的机械效率可得关于物体B及动滑轮重力的表达式,由题意可得A、B重力的关系;则联立以上关系式可得出物体A的重量,由密度公式可求得物体的密度;
(3)由绳子实际对物体的拉力根据机械效率公式可求得机械效率;
(4)A离开水面后,物体A只受重力则由滑轮组的特点可求得绳子的拉力;则由功率公式可求得拉力的功率.
点评:本题综合了受力分析、力的合成及密度、压强的计算,计算量较大,对学生要求较高.