Question

如圖是一個上肢力量健身器示意圖．配重A受到的重力為1200N，其底面積為5×10^-2m²．B、C都是定滑輪，D是動滑輪；杠桿EH可繞O點在豎直平面內轉動，OE：0H=2：5．小成受到的重力為600N，他通過細繩在H點施加豎直向下的拉力為T₁時，杠桿在水平位置平衡，小成對地面的壓力為F₁，配重A受到的拉力為F_A1，配重A對地面的P₁為6×10³pa．小成在H點施加豎直向下的拉力為T₂時，杠桿仍在水平位置平衡，小成對地面的壓力為F₂，配重A受到的拉力為F_A2，配重A對地面的壓強P₂為4×10³pa．已知F₁：F₂=20：19，杠桿EH和細繩的質量均忽略不計．求：
（1）拉力F_A2；
（2）拉力T₂；
（3）動滑輪D受到的重力G．

Answer 1

【答案】分析：（1）求解物體配重A受到的拉力，先要對配重A受到的拉力和小成進行受力分析，根據處于平衡狀態的物體，所受的合力為零求解，配重A對地面的壓力根據壓強公式得出的F=PS公式計算．
（2）動滑輪D的重力和物體配重A對繩子的拉力共同作用的杠桿的左端，要求解小成在H點施加豎直向下的拉力為T₂和動滑輪的重力需通過分析杠桿的兩次平衡，根據杠桿的平衡條件列出方程，結合F₁：F₂=20：19的關系組成方程組進行求解．
解答：解：（1）當小成在H點施加豎直向下的拉力為T₂時，靜止的配重A的受力情況如圖1：
則：N_A2=F″=P₂S=4×10³pa×5×10^-2m² =200N．
∵G=F_A2+N_A2
∴F_A2=G-N_A2=1200N-200N=1000N．
（2）當小成在H點施加豎直向下的拉力為T₁時，靜止的配重A的受力情況如圖2：
則：N_A1=F′=P₁S=6×10³pa×5×10^-2m² =300N．
∵G=F_A1+N_A1
∴F_A1=G-N_A1=1200N-300N=900N．
又∵動滑輪D的優點是省一半力．∴對杠桿EH的E的拉力為F_拉1=．
小成本身的受力情況如圖3：
則：T₁=G_人-F₁．
對杠桿EH受力分析如圖4中甲圖：
∵在水平位置平衡．∴由杠桿平衡條件得：=．
即：=，代入數據得：=--------①．
同理，當小成在H點施加豎直向下的拉力為T₂時，杠桿EH受力分析如圖4中乙圖：
可得：=，代入數據得：=-------②．
根據題意可知：-------③．
解由①②③組成的方程組得：
G_動=100N；F₁=400N；F₂=380N．
∴T₂=G_人-F₂=600N-380N=220N．
答：（1）拉力F_A2=1000N；
（2）拉力T₂=220N；
（3）動滑輪D受到的重力G=100N．
點評：本題是力學中難度較大的計算題，涉及簡單機械（杠桿、滑輪）和壓強的綜合，求解時注意根據題干先分清研究的對象，對其進行受力分析，然后逐個解答．