如图甲所示,杠杆AB能绕固定点O在竖直平面内转动,水平地面上的配重乙通过细绳竖直拉着杠杆B端.已知AO:OB=2:5,配重乙与地面的接触面积为S且S=0.04m2.当在动滑轮下面挂上重200N的物体甲静止时,竖直向上拉绳子自由端的力为T1,杠杆在水平位置平衡,此时配重乙对地面的压强为P1且P1=8800Pa;如果在物体甲下面挂一个质量为动滑轮质量5倍的物体丙,并把物体丙浸没在水中静止时,竖直向上拉绳子自由端的力为T2,杠杆在水平位置平衡.此时配重乙对地面的压强为P2且P2=8200Pa.已知物体丙的质量与体积的关系的图象如图乙所示,配重乙的体积为5×10-3m3,如果不计杠杆重、绳重和滑轮轴间摩擦,取g=10N/kg.求配重乙的密度.
(1)当动滑轮下挂物体甲时,物体甲和动滑轮有两段绳子承担,
所以绳子自由端受到的拉力T1=
(G动+G甲)=1 2
(G动+200N),1 2
杠杆A点受到的拉力为FA=
(G动+200N),1 2
物体乙对地面的压力为F=p1S=8800Pa×0.04m2=352N,
物体乙受到的支持力为F支=F=352N,
物体乙受到的拉力为F拉=G乙-F=G乙-352N,
杠杆B点受到的拉力为FB=F拉=G乙-352N,
根据杠杆平衡条件得,FA×OA=FB×OB,
所以,
(G动+200N)×2=(G乙-352N)×5--①1 2
(2)物体丙的密度ρ丙=
=m V
=2.5g/cm3,20g 8cm3
当物体甲下挂物体丙,并且物体丙浸没在水中,
物体丙受到浮力为:F浮=ρ水gV丙=ρ水g×
=G丙 ρ丙g
=2G动,ρ水×5G动 ρ丙
绳子自由端受到的拉力T2=
(G动+G甲+G丙-F浮)=1 2
(4G动+200N),1 2
杠杆A点受到的拉力为F'A=
(4G动+200N),1 2
物体乙对地面的压力为F'=p2S=8200Pa×0.04m2=328N,
物体乙受到的支持力为F'支=F'=328N,
物体乙受到的拉力为F'拉=G乙-F'=G乙-328N,
杠杆B点受到的拉力为F'B=F'拉=G乙-328N,
根据杠杆平衡条件得,F'A×OA=F'B×OB,
所以,
(4G动+200N)×2=(G乙-328N)×5--②1 2
由①②得,G动=40N;G乙=400N.
m乙=
=G乙 g
=40kg.400N 10N/kg
ρ乙=
=m乙 V乙
=8×103kg/m3.40kg 5×10-3m3
答:配重乙的密度是8×103kg/m3.