Question

建立模型是物理學(xué)中常用的研究問題的方法之一，例如在研究光的傳播時(shí)，我們建立了光線這一模型．蘇通大橋是我國一個(gè)工程規(guī)模最大，綜合建設(shè)條件復(fù)雜的橋梁工程，它的塔橋和橋面通過鋼索連接，為了研究其受力情況，我們將其視作一個(gè)杠桿，其結(jié)構(gòu)圖簡(jiǎn)化成如圖1所示．
請(qǐng)根據(jù)上面的相關(guān)信息解決下面的問題：
為了保護(hù)太湖水環(huán)境，不以犧牲環(huán)境來換取經(jīng)濟(jì)利益，宜興決定拆除境內(nèi)污染化工企業(yè)，目前，宜興市已有274家污染化工企業(yè)被依法關(guān)停到位．被關(guān)停的化工企業(yè)大部分已經(jīng)轉(zhuǎn)產(chǎn)發(fā)展，這些企業(yè)需要拆除原來的化工鍋爐，現(xiàn)在想要將8m，底面直徑為6m，重為4000N的圓柱形鍋爐推倒．
（1）為了研究方便，我們可以將這個(gè)鍋爐看成是

杠桿

模型（填某種簡(jiǎn)單機(jī)械的名稱）
（2）在確定好模型之后，你認(rèn)為在C處想要用最小的力將鍋爐推翻，這個(gè)力的大小和方向如何？
（要求：在圖2中作出動(dòng)力臂和C點(diǎn)施加的動(dòng)力的方向，并通過計(jì)算說明該最小力的大小，其中AC=10m）．

Answer 1

分析：（1）杠桿是指在力的作用下能夠繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒，繞著轉(zhuǎn)動(dòng)的固定點(diǎn)叫做支點(diǎn)；
（2）根據(jù)杠桿的平衡條件F₁×L₁=F₂×L₂，可知要想施加最小的力，必須其力臂最長，且力和力臂是垂直關(guān)系，根據(jù)此要求來作圖．

解答：解：（1）在推到鍋爐的過程中，它能夠繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此它可以看作是一杠桿模型；
（2）把鍋爐看做是杠桿，其支點(diǎn)在A點(diǎn)，根據(jù)桿的平衡條件F₁×L₁=F₂×L₂，可知要想施加最小的力，必須其力臂最長，即從A點(diǎn)到C點(diǎn)的距離AC就是力臂，且力和力臂是垂直關(guān)系，據(jù)此要求做出動(dòng)力的方向如下圖所示：

重力的力臂L₂=

1

2

AB=

1

2

×6m=3m，動(dòng)力的力臂L₁=AC=10m，
根據(jù)杠桿平衡條件：F×L₁=G×L₂可得：
F×10m=4000N×3m    
∴動(dòng)力：F=1200N．
故答案為：（1）杠桿；（2）1200N；力的方向見上圖．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了建立模型方法在物理學(xué)中的作用和最小力的畫法和求法．根據(jù)杠桿的平衡條件F₁×L₁=F₂×L₂可知，在杠桿中的阻力、阻力臂一定的情況下，要使所使用的動(dòng)力最小，必須使動(dòng)力臂最長．通常情況下，連接杠桿中支點(diǎn)和動(dòng)力作用點(diǎn)這兩點(diǎn)所得到的線段是最長的．