某工地在冬季水利建设中设计了一个提起重物的机械,其中的一部分结构如图所示,OA是一个均匀钢管,每米长度所受重力为30N,O是转动轴;重物的质量m为150kg,挂在B处,OB=1m;拉力F作用在A点,竖直向上。为维持平衡,钢管OA为多长时所用的拉力最小?这个最小拉力是多少?
解析:
由题意可知,杠杆的动力为F,动力臂为OA,阻力分别是重物G物和钢管的重力G钢管,阻力臂分别是OB和OA,
重物的重力
G物=m物g=150kg×10N/kg=1500N,
钢管的重力
G钢管=30N×OA,
由杠杆平衡条件F1L1=F2L2可得:
F•OA=G物•OB+G钢管•OA,
则
F•OA=1500N×1m+30N•OA•OA,
得:
F•OA=1500+15•(OA)2,
移项得:
15•(OA)2﹣F•OA+1500=0,
由于钢管的长度OA是确定的只有一个,所以该方程只能取一个解,
因此应该让根的判别式b2﹣4ac等于0,因为当b2﹣4ac=0时,方程有两个相等的实数根,即有一个解,
则
F2﹣4×15×1500=0,
则
F2﹣90000=0,
得
F=300N,
将F=300N代入方程
15•(OA)2﹣F•OA+1500=0,
解得
OA=10m。
故,为维持平衡,钢管OA为10m长时所用的拉力最小,这个最小拉力是300N。
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