如图为一种新型吊运设备的简化模型示意图,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.工人师傅用该吊运设备先后搬运水平地面上的圆柱形物体A和物体B.物体A的底面积为SA,密度为ρA,高度为h1;物体B的底面积为SB,密度为ρB,高度为h2.当物体A所受竖直向上拉力为1500N时,物体A静止,地面对物体A的支持力为N1,挂在滑轮组挂勾上的物体A匀速竖直上升4m的过程中,电动机对滑轮组绳子自由端的拉力为F1,拉力F1做的功为W.当物体B所受竖直向上的拉力T2为1000N时,物体B静止,地面对物体B的支持力为N2.挂在滑轮组挂钩上的物体B以速度v匀速竖直上升的过程中,电动机对滑轮组绳子自由端的拉力F2为625N,拉力F2做功的功率P为500W,滑轮组的机械效率为80%.已知:N1=2N2,5SA=4SB,8ρA=7ρB,2hA=5hB,不计绳的质量,不计滑轮与轴的摩擦.求:
(1)物体B匀速上升的速度v;
(2)拉力F1做的功W.
(1)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.如图所示:
因为8ρA=7ρB,2hA=5hB,5SA=4SB
所以GA:GB=7:4
T1+N1=GA①
T2+N2=GB ②
F1=
(GA+G动),③1 n
F2=
(GB+G动),④1 n
解得:
=N1 N2
=GA-T1 GB-T2
,1 2
其中:
GA=3500N,GB=2000N.
第二状态:
η=
=W有 W总
=80%,GB nF2
解得:
n=4,
由③④得:
G动=500N,
F1=1000N,
由:
P=Fnv,
解得:
v=
=0.2m/s.P Fn
(2)物体A上升的高度为:h=4m,
则绳子自由端移动的距离为:s=4h=4×4m=16m,
拉力F1做的功为:
W1=F1×s=1.6×104J.
答:(1)物体B匀速上升的速度v为0.2m/s.(2)拉力F1做的功W为1.6×104J.