题目内容

【题目】如图是一种新型吊运设备的简化模型示意图,图中OC是一根以O点为支点的水平杠杆,AB表示对杠杆起固定作用且不可伸缩的缆绳,OCAB的长度均为5mBC的长度为1m。图中滑轮组绳子的自由端由电动机拉动,定滑轮的轴和电动机均固定在B点。在某次作业中,该吊运设备匀速竖直提升重为2000N物体,电动机对绳子自由端拉力为625N,拉力的功率为500W.不考虑杠杆的质量、滑轮组绳子的质量、滑轮与轴间的摩擦:

1)求此次作业中物体匀速上升的速度为多大?

2)另一次作业中,利用该设备以相同的速度匀速提升重为3500N的物体,求此过程中滑轮组的机械效率是多少?

3)两次作业中缆绳AB的拉力变化了3000N,求缆绳AB拉力的力臂为多少m

【答案】(1) 0.2m/s(2) 87.5%(3) 2

【解析】

(1)P===Fv可得拉力端移动速度:

v===0.8m/s

由图知,使用的滑轮组承担物重的绳子股数n=4,则物体匀速上升的速度:

v=v=×0.8m/s=0.2m/s

(2)不考虑滑轮组绳子的质量、滑轮与轴间的摩擦,拉力F=G+G),则动滑轮重力:

G=4F-G=4×625N-2000N=500N

利用该设备匀速提升重为3500N的物体,拉力:

F′=G′+G=×3500N+500N=1000N

滑轮组的机械效率:

η=====×100%=87.5%

(3)不考虑杠杆的质量、滑轮组绳子的质量、滑轮与轴和绳子间的摩擦,设缆绳AB拉力F1的力臂为l1B处受到向下的拉力为F2,其力臂为:

l2=OC-BC=5m-1m=4m

拉力F2为:

F2=G+G+G+G电动机

匀速提升重为2000N的物体时,根据杠杆平衡条件可得F1l1=F2l2

即:

F1l1=G+G+G+G电动机l2---------

匀速提升重为3500N的物体时,缆绳AB的拉力:

F1′=F1+3000N

拉力F2

F2′=G′+G+G+G电动机

匀速提升重为3500N的物体时,根据杠杆平衡条件可得F1l1=F2l2

即:

F1+3000Nl1=G′+G+G+G电动机l2---------

-①得:

3000N×l1=3500N-2000N×4m

解得:

l1=2m

答:(1)此次作业中物体匀速上升的速度为0.2m/s
(2)此过程中滑轮组的机械效率是87.5%
(3)缆绳AB拉力的力臂为2m

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