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我们来分析装配式建筑构件的提升问题。已知构件质量为1.5吨,需要匀速提升到30米高的楼顶。由于是匀速运动,竖直向上的拉力等于构件的重力。
现在我们来计算第一问。首先计算构件的重力,G等于mg,即1500千克乘以10牛顿每千克,等于15000牛顿。由于构件匀速提升,拉力等于重力,也是15000牛顿。根据功的公式W等于F乘以h,拉力做功为15000牛顿乘以30米,等于450000焦耳。
接下来分析第二问。构件沿水平方向匀速移动3米,此时竖直向上的拉力仍为15000牛顿。关键在于:竖直拉力的方向与水平位移方向垂直,夹角为90度。根据功的计算公式,W等于F乘以d乘以cos90度,而cos90度等于0,所以竖直拉力做的功为0焦耳。
让我们深入理解功的概念。功的定义是力与位移的标量积,等于力的大小乘以位移大小再乘以它们夹角的余弦值。做功需要三个条件:物体受力、发生位移、且力与位移方向不垂直。当夹角为0度时功最大,90度时功为零,180度时为负功。这就解释了为什么竖直拉力在水平移动时不做功。
总结一下这道装配式建筑构件提升问题。第一问中,竖直拉力在竖直方向做功450000焦耳。第二问中,竖直拉力在水平移动阶段做功为0焦耳。这个问题帮助我们理解了功与力和位移夹角的关系,以及装配式建筑施工中的力学原理。