如图所示,用滑轮组从水下匀速提起0.02m2、高为2m的实心圆柱体,圆柱体的密度为2.5×103kg/m3.若绕在滑轮上的绳子能承受的最大拉力为400N,不计摩擦及滑轮和绳的质量。若绳端在拉力F作用下以0.2m/s的速度沿竖直方向向下做匀速直线运动,不考虑水位变化。(g=10N/kg,水的密度为1.0×103kg/m3)
求:
(1)圆柱体上表面露出水面多高时,绳子被拉断?
(2)从圆柱体上表面接触水面开始计时,到绳子被拉断经过多长时间?
解析:
(1)不计摩擦及滑轮和绳的质量,滑轮组对圆柱体的拉力
F拉=2F,
当绳中拉力达到400N时,绳子恰好被拉断,设此时圆柱体上表面露出水面高度为h,则
F浮+F拉=G,即:
ρ水gS(h0﹣h)+2F=ρ圆柱体gSh0,
1×103kg/m3×10N/kg×0.02m2×(2m﹣h)+2×400N=2.5×103kg/m3×10N/kg×0.02m2×2m,
解得:
h=1m;
(2)圆柱体上升速度:
经过的时间:
故
(1)圆柱体上表面露出水面1m时,绳子被拉断;
(2)从圆柱体上表面接触水面开始计时,到绳子被拉断经过10s。
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