如图所示,质量为70kg的工人站在岸边通过一滑轮组打捞一块沉没在水池底部的石材,该滑轮组中动滑轮质量为5kg.当工人用120N的力拉滑轮组的绳端时,石材仍沉在水底不动.工人继
◎ 题目
如图所示,质量为70kg的工人站在岸边通过一滑轮组打捞一块沉没在水池底部的石材,该滑轮组中动滑轮质量为5kg.当工人用120N的力拉滑轮组的绳端时,石材仍沉在水底不动.工人继续增大拉力将石材拉起,在整个提升过程中,石材始终以0.2m/s的速度匀速上升.在石材还没有露出水面之前滑轮组的机械效率为η1,当石材完全露出水面之后滑轮组的机械效率为η2,且η1:η2=63:65.绳重及滑轮的摩擦均可忽略不计,石材的密度 ρ石=2.5×103kg/m3,取g=10N/kg,求: (1)当人用120N的力拉绳端时,岸边地面对人的支持力为多大; (2)在石材脱离水池底部至完全露出水面的过程中,地面对人的支持力的最大值与最小值之比; (3)当石材露出水面之前,人拉绳子的功率; (4)此人用这个滑轮组提升重物的最大机械效率. |
◎ 答案
工人的重力: G人=m人g=70kg×10N/kg=700N, 动滑轮的重力: G动=m动g=5kg×10N/kg=50N, 未露出水面滑轮组的机械效率: η=
露出水面后滑轮组的机械效率: η=
∵η1:η2=63:65, 即
将石块的密度和水的密度代入求得: V石=0.04m3, 石块的重力: G石=m石g=ρ石V石g=2.5×103kg/m3×10N/kg×0.04m3=1000N, (1)地面对人的支持力: F=G人-F拉=700N-120N=580N; (2)石材在水中,受到水的浮力,此时人的拉力最小,地面对人的支持力最大, 石材受到的浮力: F浮=ρ水V排g=1×103kg/m3×10N/kg×0.04m3=400N, F拉1=
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