题目内容

【题目】在一次趣味竞赛中,选手需要将一重为1 000 N的均匀厚长钢板借助于一重为100 N的圆柱形铁桶将其一端向上抬起,圆柱形铁桶半径R=0.5 m,厚钢板AO的O端用铰链固定于地面,AO长为5R,各处摩擦均不计,现用通过圆柱形铁桶圆心的水平向左的推力F使铁桶水平向左缓慢滚动。(π取3.14,sin30°=0.5,sin60°=cos30°≈0.866,tan15°≈0.268)

(1)至少在A点施加多大的力可以使平放在地面上的钢板离开地面?

(2)若圆柱形铁桶竖直放置在地面上,对地面的压强是多少?(保留一位小数)

(3)当推动圆柱形铁桶使厚钢板与地面的夹角θ从30°变为60°的过程中,推力F做的功为多少?

【答案】(1)500 N;(2)127.4 Pa;(3)457.5 J

【解析】

(1)钢板平放在地面上,以O点为支点,钢板的重力即阻力

F1=G钢板=1 000 N

阻力臂为

l1=R

在A点施加的最小动力F2应竖直向上,动力臂l2=5R,根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2可知

(2)铁桶与地面的接触面积

S=πR2=3.14×(0.5 m)2=0.785 m2

对地面的压强

(3)如图所示:

当圆柱形铁桶使厚钢板与地面的夹角为30°时,厚钢板的重心高度

h1=OAsinθ=×5R×sin30°=×5×0.5 m×0.5=0.625 m

当圆柱形铁桶使厚钢板与地面的夹角为60°时,厚钢板的重心高度

h2=OAsinθ′=×5R×sin60°=×5×0.5 m×0.866=1.0825 m

厚钢板重心上升的高度

Δh=h2-h1=1.0825 m-0.625 m=0.4575 m

由于不计摩擦,则推力做的功等于厚钢板克服重力做的功,即

W=Fs=G钢板Δh=1 000 N×0.4575 m=457.5 J

答:(1) 至少在A点施加500N的力可以使平放在地面上的钢板离开地面;

(2) 对地面的压强是127.4 Pa;

(3) 推力F做的功为457.5 J。

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