问题 问答题

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.

答案

(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=GA

T2+N2=GB

F1=

1
n
(GA+G),③

F2=

1
n
(GB+G),④

解得:

N1
N2
=
GA-T1
GB-T2
=
1
2

其中:

GA=3500N,GB=2000N.

第二状态:

η=

W
W
=
GB
nF2
=80%,

解得:

n=4,

由③④得:

G=500N,

F1=1000N,

由:

P=Fnv,

解得:

v=

P
Fn
=0.2m/s.

(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.

单项选择题
单项选择题