题号:6319    题型:解答题    来源:初中生物理竞赛部分精选
如图14甲所示为手动压力机,厂家己标出部分尺寸,其他相关尺寸可根据图甲估测获得。压力机手柄拆卸下来的结构如图14乙所示,手柄总长度为30 cm,手柄连接的齿轮直径为2 cm。向下压手柄右端时通过齿轮带动齿条向下运动,可对放在台面上的物体施加巨大压力。若此压力机的规格是可产生5000N的压力,总质量为9 kg。请通过估算说明:根据该压力机的设计规格,若手柄转到任何方位时都能正常工作,在将该压力机放在水平桌面上使用时,是否需要用螺栓将其固定在工作台上?(g取10N/kg)
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答案:
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按设计规格, 该压力机可产生 $5000 \mathrm{~N}$ 压力, 在手柄端施加的压力最小为 $F$, 对由手柄和齿轮组成的轮轴列方程, 则 $F \times 30 \mathrm{~cm}=5 \mathrm{kN} \times 1 \mathrm{~cm}$
解得 $F=167 \mathrm{~N}$
说明: 若 $F$ 的力砇选择在 $25 \sim 30$ 之间的, 即 $F$ 在 $167 \mathrm{~N} \sim 200 \mathrm{~N}$ 之间的均得分。
以手动压力机底座最左端为支点, 人对手柄的压力使压力机逆时针唕转, 压力机自身重力使其颗 的乘积, 就不必通过蟤栓固定在特制工作台上。
估计压力机重心位置: 压力机重心位置位于中点至右侧四分之一位置的区间范围内, 设其距底座 最左蝡的水平长度为 $L_0$ (估测重心位罟在中点至最右端范围内均给分, 估测 2 分)
以手柄处于水平状态分析, 估算手柄伸至最长状态时, 估测露出底座左端的长度约为 $24 \mathrm{~cm}$
(估测露出底座左端的长度在 $15 \mathrm{~cm}$ 至 $28 \mathrm{~cm}$ 均给分, 估测 2 分)。
则 $167 \mathrm{~N} \times 24 \mathrm{~cm}=9 \mathrm{~kg} \times 10 \mathrm{~N} / \mathrm{kg} \times L$
解得: $L=44.5 \mathrm{~cm}$ (根据估算数据, 列出合理方程即可得 2 分)
远超出重心应处于的合理区间。因此,必须通过螺栓固定在特制的工作台上。

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