Question

建立模型是物理学中常用的研究问题的方法之一，例如在研究光的传播时，我们建立了光线这一模型．苏通大桥是我国一个工程规模最大，综合建设条件复杂的桥梁工程，它的塔桥和桥面通过钢索连接，为了研究其受力情况，我们将其视作一个杠杆，其结构图简化成如图1所示．
请根据上面的相关信息解决下面的问题：
为了保护太湖水环境，不以牺牲环境来换取经济利益，宜兴决定拆除境内污染化工企业，目前，宜兴市已有274家污染化工企业被依法关停到位．被关停的化工企业大部分已经转产发展，这些企业需要拆除原来的化工锅炉，现在想要将8m，底面直径为6m，重为4000N的圆柱形锅炉推倒．
（1）为了研究方便，我们可以将这个锅炉看成是______模型（填某种简单机械的名称）
（2）在确定好模型之后，你认为在C处想要用最小的力将锅炉推翻，这个力的大小和方向如何？
（要求：在图2中作出动力臂和C点施加的动力的方向，并通过计算说明该最小力的大小，其中AC=10m）．

Answer 1

【答案】分析：（1）杠杆是指在力的作用下能够绕着固定点转动的硬棒，绕着转动的固定点叫做支点；
（2）根据杠杆的平衡条件F₁×L₁=F₂×L₂，可知要想施加最小的力，必须其力臂最长，且力和力臂是垂直关系，根据此要求来作图．
解答：解：（1）在推到锅炉的过程中，它能够绕着固定点转动，因此它可以看作是一杠杆模型；
（2）把锅炉看做是杠杆，其支点在A点，根据杆的平衡条件F₁×L₁=F₂×L₂，可知要想施加最小的力，必须其力臂最长，即从A点到C点的距离AC就是力臂，且力和力臂是垂直关系，据此要求做出动力的方向如下图所示：

重力的力臂L₂=AB=×6m=3m，动力的力臂L₁=AC=10m，
根据杠杆平衡条件：F×L₁=G×L₂可得：
F×10m=4000N×3m    
∴动力：F=1200N．
故答案为：（1）杠杆；（2）1200N；力的方向见上图．
点评：本题考查了建立模型方法在物理学中的作用和最小力的画法和求法．根据杠杆的平衡条件F₁×L₁=F₂×L₂可知，在杠杆中的阻力、阻力臂一定的情况下，要使所使用的动力最小，必须使动力臂最长．通常情况下，连接杠杆中支点和动力作用点这两点所得到的线段是最长的．