Question

在建筑工地上常用塔吊搬运建筑材料，塔吊可以简化成如图所示的装置，此装置在1min内能将500kg的建筑材料匀速提高20m，所用拉力F的大小为2000 N，g取10牛/千克．求：
（1）在此过程中拉力所做的有用功．
（2）该装置的机械效率．
（3）动滑轮重．（不计绳重和摩擦）

Answer

分析滑轮组结构，物重由3股绳子承担，n=3，
（1）已知建筑材料的质量，利用重力公式求建筑材料重，知道建筑材料升高的高度，根据公式W=Gh可求拉力做的有用功；
（2）已知拉力大小，求出拉力移动的距离s=3h；利用W=Fs求总功率和时间，有用功与总功的比值就是该装置的机械效率；
（3）不计绳重和摩擦，知道拉力和建筑材料重，利用F=（G物+G轮）求动滑轮的重．
【解析】
（1）建筑材料重：
G=mg=500kg×10N/kg=5000N，
拉力做的有用功：
W有用=Gh=5000N×20m=1×105J；
（2）s=3h=3×20m=60m，
拉力做的总功：
W总=Fs=2000N×60m=1.2×105J；
该装置的机械效率：
η==≈83.3%；
（3）∵不计绳重和摩擦，
∴F=（G物+G轮），
即：2000N=×（5000N+G轮），
∴G轮=1000N．
答：（1）在此过程中拉力所做的有用功为1×105J；
（2）该装置的机械效率为83.3%；
（3）动滑轮重为1000N．