如图所示,实心物体A漂浮在水面上,现利用电动机通过滑轮组拉动A,使A向下运动。已知A的体积为1m3,密度为0.5×103kg/m3.动滑轮重为1×103N,电动机工作时拉绳子的功率为1.2×103w且保持不变,不计绳重、摩擦和水的阻力,求:
(1)A的重力;
(2)A浸没在水中受到的浮力;
(3)A向下运动的最小速度;
(4)A向下运动过程中,滑轮组机械效率的最大值。
解:(1)由ρ=可得,A的质量:
mA=ρAVA=0.5×103kg/m3×1m3=0.5×103kg;
A的重力:
GA=mAg=0.5×103kg×10N/kg=5000N;
(2)A浸没在水中V排=VA=1m3,
A浸没在水中受到的浮力:
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1m3=1×104N;
(3)当A完全浸没时绳子对物体A拉力最大,发动机对绳子的拉力:
F=(F浮﹣G+G动)=(1×104N﹣5000N+1×103N)=2000N,
由P===Fv可得,绳子端向下运动的最小速度:
v绳=v===0.6m/s;
则A向下运动的最小速度v=v绳=×0.6m/s=0.2m/s;
(4)当A完全浸没时绳子对物体A拉力最大,A向下运动过程中的有用功:
W有用=(F浮﹣G)h,
总功W总=Fs=(F浮﹣G+G动)3h=(F浮﹣G+G动)h