8.如图11所示是小宁同学利用健身器材进行锻炼的示意图,其中横杆AB可绕固定点O在竖直平面内转动,OA长1m,OB长0.6m,在杆的A端用绳子悬挂质量为15kg的配重。他在B端施加竖直向下的拉力$F_1$时,杆AB在水平位置平衡。已知小宁重为450N,两只脚与地面接触的总面积为$0.04\ \mathrm{m}^2$,不计杆重与绳重,$g$取$10\ \mathrm{N/kg}$。求小宁同学对地面的压强。

答案
8.$5× 10^3\ \mathrm{Pa}$
解析
【分析】
要解决本题,需分步骤结合杠杆平衡条件和压强公式计算:首先确定A端配重的重力,将其作为杠杆的阻力,利用杠杆平衡条件求出小宁在B端的拉力;再通过受力分析得到小宁对地面的压力,最后根据压强公式计算压强。
【解析】
1. 计算A端配重的重力:
配重质量$m=15\ \mathrm{kg}$,根据重力公式$G=mg$,得配重重力$G=15\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg}=150\ \mathrm{N}$,即杠杆A端受到的阻力为$150\ \mathrm{N}$。
2. 根据杠杆平衡条件求B端拉力$F_1$:
杠杆平衡条件为$F_1 × OB = G × OA$,已知$OA=1\ \mathrm{m}$,$OB=0.6\ \mathrm{m}$,代入得:
$F_1=\frac{G × OA}{OB}=\frac{150\ \mathrm{N} × 1\ \mathrm{m}}{0.6\ \mathrm{m}}=250\ \mathrm{N}$。
3. 计算小宁对地面的压力:
小宁重力$G_{\mathrm{人}}=450\ \mathrm{N}$,小宁受竖直向下的重力、竖直向上的拉力$F_1$和地面的支持力,受力平衡,故地面支持力$F_{\mathrm{支}}=G_{\mathrm{人}} - F_1=450\ \mathrm{N} -250\ \mathrm{N}=200\ \mathrm{N}$。根据力的相互性,小宁对地面的压力$F_{\mathrm{压}}=F_{\mathrm{支}}=200\ \mathrm{N}$。
4. 计算小宁对地面的压强:
已知受力面积$S=0.04\ \mathrm{m}^2$,根据压强公式$p=\frac{F_{\mathrm{压}}}{S}$,得:
$p=\frac{200\ \mathrm{N}}{0.04\ \mathrm{m}^2}=5 × 10^3\ \mathrm{Pa}$。
【答案】
$5 × 10^3\ \mathrm{Pa}$
【知识点】
杠杆平衡条件、压强计算、重力计算
【点评】
本题是杠杆与压强的综合应用题,解题关键是先通过杠杆平衡求出拉力,再结合受力分析得到压力,最后计算压强,步骤清晰,注重知识点的衔接,属于中等难度的基础综合题。
【难度系数】
0.5
要解决本题,需分步骤结合杠杆平衡条件和压强公式计算:首先确定A端配重的重力,将其作为杠杆的阻力,利用杠杆平衡条件求出小宁在B端的拉力;再通过受力分析得到小宁对地面的压力,最后根据压强公式计算压强。
【解析】
1. 计算A端配重的重力:
配重质量$m=15\ \mathrm{kg}$,根据重力公式$G=mg$,得配重重力$G=15\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg}=150\ \mathrm{N}$,即杠杆A端受到的阻力为$150\ \mathrm{N}$。
2. 根据杠杆平衡条件求B端拉力$F_1$:
杠杆平衡条件为$F_1 × OB = G × OA$,已知$OA=1\ \mathrm{m}$,$OB=0.6\ \mathrm{m}$,代入得:
$F_1=\frac{G × OA}{OB}=\frac{150\ \mathrm{N} × 1\ \mathrm{m}}{0.6\ \mathrm{m}}=250\ \mathrm{N}$。
3. 计算小宁对地面的压力:
小宁重力$G_{\mathrm{人}}=450\ \mathrm{N}$,小宁受竖直向下的重力、竖直向上的拉力$F_1$和地面的支持力,受力平衡,故地面支持力$F_{\mathrm{支}}=G_{\mathrm{人}} - F_1=450\ \mathrm{N} -250\ \mathrm{N}=200\ \mathrm{N}$。根据力的相互性,小宁对地面的压力$F_{\mathrm{压}}=F_{\mathrm{支}}=200\ \mathrm{N}$。
4. 计算小宁对地面的压强:
已知受力面积$S=0.04\ \mathrm{m}^2$,根据压强公式$p=\frac{F_{\mathrm{压}}}{S}$,得:
$p=\frac{200\ \mathrm{N}}{0.04\ \mathrm{m}^2}=5 × 10^3\ \mathrm{Pa}$。
【答案】
$5 × 10^3\ \mathrm{Pa}$
【知识点】
杠杆平衡条件、压强计算、重力计算
【点评】
本题是杠杆与压强的综合应用题,解题关键是先通过杠杆平衡求出拉力,再结合受力分析得到压力,最后计算压强,步骤清晰,注重知识点的衔接,属于中等难度的基础综合题。
【难度系数】
0.5
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