Question

2012年，一款名为“阿西莫”的步行仿真机器人震惊了世界．他的身高仅为成人的一半，总重54kg，全身依靠背后背负的高能电池供电．可以完成上下楼梯、拥抱、倒茶等对于机器人来说十分高难的动作．
（1）若“阿西莫”每只脚与地面的接触面积为200cm²那么在其站立时对地面的压强为多少？
（2）在其开发公司HONDA的介绍中，我们可以看到“阿西莫”在满能量的前提下，最高可爬上10米高的楼顶．那么他的有用功为多少？
（3）假设“阿西莫”背后高能电池储备的最大能量与5g干木柴完全燃烧时释放的能量大小相等，那么“阿西莫”上楼梯时的效率为多少？（干木柴的热值为q_干木柴=1.2×10⁷J/kg g=10N/kg）

Answer 1

解：（1）站立时对地面的压力：
F=G=mg=54kg×10N/kg=540N，
站立时对地面的压强：
p===1.35×10⁴Pa；
（2）他爬上10米高的楼顶时做的有用功：
W_有=Gh=mgh=54kg×10N/kg=540N×10m=5400J；
（3）上楼梯时消耗的总能量：
W=Q_放=m′g=5×10^-3kg×1.2×10⁷J/kg=60000J，
上楼梯时的效率：
η=×100%=×100%=9%．
答：（1）在其站立时对地面的压强为1.35×10⁴Pa；
（2）他爬上10米高的楼顶时做的有用功为5400J；
（3）“阿西莫”上楼梯时的效率为9%．
分析：（1）“阿西莫”对地面的压力和自身的重力相等，根据G=mg求出其大小，再根据压强公式求出站立时对地面的压强；
（2）根据W=Gh求出他爬上10米高的楼顶时做的有用功；
（3）根据W=Q=mq求出爬楼消耗的总能量，再根据效率公式求出上楼梯时的效率．
点评：本题考查了压强、功、燃料热值、效率的计算，关键是知道水平面上物体的压力和自身的重力相等，要注意受力面积为两只脚的面积，计算过程还要注意单位的换算．