有一边长为a,密度为ρ的立方体大理石,工人用一根粗细均匀的单位长度重为P牛的铁棒将石块撬起一个很小的角度.如图所示,如果插入的长度为石块边长的四分之一,并保持该长度不

首页 > 考试 > 物理 > 初中物理 > 杠杆的平衡条件/2022-06-09 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

有一边长为a,密度为ρ的立方体大理石,工人用一根粗细均匀的单位长度重为P牛的铁棒将石块撬起一个很小的角度.如图所示,如果插入的长度为石块边长的四分之一,并保持该长度不变,则当选用的铁棒多长时,向上施加的力最小?此最小的力多大?
魔方格

◎ 答案


魔方格
由题意可知,物体的重力为G=mg=ρa3g;
设铁棒长为L,动力为F.由题可知铁棒的重力提供的阻力,作用点在铁棒的重心上,阻力臂为
1
2
L;因重物箱的密度均匀且铁棒插入的长度为箱宽的四分之一,则重物的一半重力提供阻力,阻力臂为
1
4
a;力F提供动力,动力臂为L.由杠杆的平衡条件得:F1L1=F2L2
即:
1
4
a?
1
2
ρa3g+LP?
1
2
L=FL
解得人对杠杆的力:
F=
ρa4g
8
+
pL2
2
L
=
ρa4g
8L
+
p
2
L

由数学知识a2+b2≥2ab,当a=b时取最小值,可得
当=
ρa4g
8L
=
p
2
L
时,即L=
a2
2

ρg
p
时F有最小值.
F的最小值为:F=
a2
2

ρgP

答:当选用的铁棒长度为L=
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