如图是工人将重160N的物体匀速放下的过程,已知物体下降的距离为3m,用时3s,工人的拉力为50N,工*量为...
问题详情:
如图是工人将重160N的物体匀速放下的过程,已知物体下降的距离为3m,用时3s,工人的拉力为50N,工*量为50kg.(物体未浸入水中,且不计绳重及摩擦)
(1)求工人放绳的速度.
(2)求滑轮组的效率η1
(3)如果物体完全浸没水中后滑轮的机械效率为η2,已知η1:η2=4:3(物体在水中仍匀速下降,动滑轮不会浸入水中且不计绳重及摩擦,g=10N/kg).求当物体完全浸没水中后,工人对地面的压力.
【回答】
(1)4m/s.(2)80%;(3)525N
【解析】
(1)根据题意知道,物体下降速度是:v=h/t=3m/3s=1m/s;
由图知道滑轮组的有效绳子段数是n=4,所以工人放绳的速度是:v绳 =4v物 =4×1m/s=4m/s;
(2)因为n=4,所以绳子运动距离是:s=4h=4×3m=12m;
工人放绳子的有用功是:W有用=Gh=160N×3m=480J;
放绳子的总功是:W总 =Fs=50N×12m=600J;
所以,滑轮组的效率是:η1 =W有用/W总×100%=480J/600J×100%=80%;
(3)物体未浸入水中时,不计绳重及摩擦,动滑轮受到重物对它的拉力、本身的重力、绳子的拉力,由F=(G动+G)/n知道,动滑轮重力是:G动=4F-G=4×50N-160N=40N;
又因为η1:η2 =4:3,所以物体完全浸没水中后滑轮组的机械效率是:η2 =3η1/4 =3/4×80%=60%;
物体完全浸没水中后,滑轮组对物体的拉力做的功为有用功,不计绳重及摩擦,克服动滑轮重力做的功为额外功,则此时滑轮组的机械效率是:η2 =W′有用/W′总=F拉物h/F拉物h+G动h=F拉物/F拉物+40N=60%,解得F拉物 =60N;
当完全入水后,动滑轮受到重物向下的拉力、自身向下的重力、4段绳子向上的拉力,由力的平衡条件可知:4F绳=F拉物+G动,故人对绳子的拉力是:F绳=(F拉物 +G动)/4=(60N+40N)/4=25N,
此时人受竖直向下的重力、竖直向下的拉力、竖直向上的支持力,由于物体间力的作用是相互的,所以绳子对人的拉力也为25N;而人的重力是:G人=m人 g=50kg×10N/kg=500N,人受到竖直向上的支持力是:F支 =G人 +F绳=500N+25N=525N,根据物体间力的作用是相互的知道,则人对地面的压力是525N.
点睛:本题考查的是速度、有用功、总功、机械效率公式的应用,滑轮组拉力的计算,解题的关键是需要知道动滑轮重力不变,是一道有难度的试题.
知识点:机械效率
题型:计算题
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