如图所示,是用滑轮组打捞水中物体的示意图,已知物体A的体积为2×10-2m3.当用F1拉绳子自由端时,物体A在水内以0.1m/s的速度匀速上升(未出水面),滑轮组的机械效率为75%.当物体A完全在水外匀速上升时,加在绳子自由端的拉力为F2,此过程中滑轮组的机械效率为80%,不计绳重和摩擦,g取10N/kg.求:
(1)物体A在水中匀速上升时,拉力F1的功率;
(2)物体A的密度
解析:
物体浸没在水中时,受到的浮力:
F浮=ρ水gV排=ρ水gV物=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10-2m3
=200N
设物体A的密度为ρ,则其重力为:
G=mg=ρgV物=ρ×10×2×10-2=0.2ρ
浸没在水中时,其机械效率为:
η= | W有用 | = | (G-F浮)h | = | G-200 | = | 0.2ρ-200 |
W总 | (G+G动-F浮)h | G+G动-F浮 | G+G动-200 |
即:
75%= | 0.2ρ-200 | |
G+G动-200 |
……(1)
同理,当物体完全离开水面,其机构效率:
80%= | 0.2ρ |
G+G动 |
……(2)
联立(1)、(2)可得:
ρ=4×103(kg/m3)
物体A的重力:
G=0.2ρ=0.2×4×103=800N
浸没时,机械效率还可以表示为:
η= | (G-F浮)h | = | 800-200 | |
F1S | 2F1 |
故
F1= | G-F浮 | = | 800N-200N | =400N |
2η | 2×75% |
F1的功率是:
P=F1v=F1×2vA=400N×2×0.1m/s=80W
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