如图所示,放在水平地面上的杠杆AC能以B点为支点在竖直平面内转动,AC=0.8m,BC=0.6m.细绳的一端系在杠杆的A端,另一端绕过动滑轮固定在天花板上,物体E挂在动滑轮的挂钩上,动滑轮的质量m0=1kg.物体H通过细绳挂在杠杆的C端,物体H的质量mH=2kg,体积VH=1000cm3.在物体H下有一个垫块D,H与D放在一个大水槽F中,杠杆、细绳的质量及摩擦均忽略不计,g取10N/kg.
(1)为使杠杆AC保持水平平衡,求物体E的最大质量m;
(2)若将垫块D撤走,并往水槽F中注水,为使杠杆AC保持水平平衡,求物体E的最小质量m′.
解析:
(1)当E质量最大时,A端受到的拉力是:
FA= | 1 | (m+m0) g |
2 |
当E质量最大时,H对D的压力等于零。故C端受到的拉力为:FC=mHg
根据杠杆的平衡条件得
FA×AB=FC×BC 即
1 | (m+m0) g×AB= mHg×BC |
2 |
1 | (m+1) ×(0.8-0.6)= 2×0.6 |
2 |
解析得:m=11(kg)
(2)当E的质量最小(设为mA’)时,右侧H浸没水中。H受到水的浮力为:
F浮=ρ水gV=1.03kg/m3×10N/kg×1000×10-6m3
=10N
C受到的拉力为:
FC’=GH-F浮=mHg-F浮=2kg×10N/kg-10N
=10N
此时,A端受到拉力设为FA’,则由杠杆平衡条件得
FA’×AB=10N×BC
FA’ ×(0.8m-0.6m)=10N×0.6m
FA’=30N
A最小的质量:
因FA’=(m0g+m’g)/2
所以
m’=(2FA’-m0g)/2=(2×10N-1kg×10N/kg)/2
=5kg
微信扫码关注三人行问答社区 公众号