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动滑轮是一种重要的简单机械,它的轴随着被提升的物体一起运动。动滑轮的主要特点是省力但费距离。在力的关系上,拉力等于物体重量加上滑轮重量的一半。在距离关系上,绳子移动的距离是物体上升距离的两倍。
现在我们来分析题目给出的条件。物体重量为600牛,需要提升2米高度,用时10秒,拉力为400牛。根据动滑轮的特点,绳子移动的距离是物体上升距离的2倍,即4米。物体的上升速度为2米除以10秒,等于0.2米每秒。
现在计算该同学做的总功。根据功的定义公式,功等于力乘以距离。这里的力是拉力400牛,距离是绳子移动的距离4米。因此总功等于400牛乘以4米,等于1600焦耳。这个总功是人对绳子做的功。
现在计算动滑轮的机械效率。机械效率等于有用功除以总功。有用功是提升物体所做的功,等于物体重量乘以提升高度,即600牛乘以2米等于1200焦耳。机械效率等于1200焦耳除以1600焦耳,等于百分之七十五。这意味着有75%的功用于提升物体,25%的功用于克服滑轮重力等额外阻力。
最后计算用该动滑轮提升800牛物体时拉力的功率。由于动滑轮重量不变,仍为200牛,新的拉力等于物体重量加滑轮重量的一半,即800牛加200牛除以2,等于500牛。假设以相同速度提升,物体速度为0.2米每秒,绳子速度为0.4米每秒。拉力功率等于拉力乘以绳子速度,即500牛乘以0.4米每秒,等于200瓦。