如图是液压汽车起重机提升重物的示意图.A是动滑轮,B是定滑轮,C是卷扬机,D是油缸,E是柱塞.卷扬机转动使钢丝绳带动动滑轮上升,同时提升重物.提升重物前,起重机对地面的压强 p1=1.8×107Pa,当提升重物甲匀速上升时,起重机对地面的压强p2=2.175×107Pa,当提升重物乙匀速上升时,起重机对地面的压强p3=2.3×107Pa.假设起重时柱塞沿竖直方向,提升重物甲、乙柱塞对吊臂的支撑力分别为N1和N2,N1=3.6×104N、N2=4.5×104 N.吊臂、定滑轮、钢丝绳的重以及轮与绳的摩擦不计.(g取10N/kg)求:
(1)被提升两物体的重力之比;
(2)提升重物乙匀速上升时,滑轮组AB的机械效率;
(3)如果匀速提升重物甲时卷扬机牵引力的功率为4.56kw,重物甲上升的速度为0.4m/s,那么重物甲的重力是多少?
解:(1)设起重机重为G,被提升重物甲重力为G甲,被提升重物乙重力为G乙;
提升物体前,起重机对地面的压力:G=p1S,
匀速提升重物甲时,起重机对地面的压力:G+G甲=p2S,
匀速提升重物乙时,起重机对地面的压力:G+G乙=p3S,
∴G甲=(P2-P1)S,G乙=(P3-P1)S,
∴==═=;
(2)设在匀速提升重物甲、乙时,钢丝绳上的力分别为F1、F2,柱塞对吊臂力的力臂为L1,钢丝绳对吊臂力的力臂为L2.
根据杠杆平衡条件可知:N1L1=3F1L2,N2L1=3F2L2,
=====.
将=代入上式解得:
G乙=4G动,G甲=3G动,
η=====80%;
(3)匀速提升重物甲时,钢丝绳上的力:
F1===3800N,
又∵F1==,
∴G甲=F1=×3800N=8550N.
答:(1)被提升两物体的重力之比为3:4;
(2)提升重物乙匀速上升时,滑轮组AB的机械效率为80%;
(3)重物甲的重力是8550N.
(1)知道提升物体前、匀速提升重物甲时、匀速提升重物乙时对地面的压强,而底面积相同,根据压强公式求出对地面的压力(由起重机和提升物体产生),求出两物体重的表达式,再求被提升两物体的重力之比;
(2)设在匀速提升重物甲、乙时,钢丝绳上的力分别为F1、F2,柱塞对吊臂力的力臂为L1,钢丝绳对吊臂力的力臂为L2.
拉力F=(G物+G动),知道对吊臂的支撑力大小,上面求出了被提升两物体的重力之比,根据杠杆平衡条件可求物体甲、乙的重和动滑轮重的关系,再利用η===求机械效率;
(3)匀速提升重物甲时,P=Fv,据此求钢丝绳上的力,再利用F=求物体甲的重.
点评:本题为力学综合题,考查了学生对压强公式、杠杆平衡条件、机械效率公式、功率公式的掌握和运用,本题关键:一是利用好功率推导公式P=Fv,二是利用好不计摩擦和绳重F=(G物+G动),三是利用好杠杆平衡条件.