Question

建立模型是物理學中常用的研究問題的方法之一，例如在研究光的傳播時，我們建立了光線這一模型．蘇通大橋是我國一個工程規模最大，綜合建設條件復雜的橋梁工程，它的塔橋和橋面通過鋼索連接，為了研究其受力情況，我們將其視作一個杠桿，其結構圖簡化成如圖1所示．
請根據上面的相關信息解決下面的問題：
為了保護太湖水環境，不以犧牲環境來換取經濟利益，宜興決定拆除境內污染化工企業，目前，宜興市已有274家污染化工企業被依法關停到位．被關停的化工企業大部分已經轉產發展，這些企業需要拆除原來的化工鍋爐，現在想要將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，我們可以將這個鍋爐看成是______模型（填某種簡單機械的名稱）
（2）在確定好模型之后，你認為在C處想要用最小的力將鍋爐推翻，這個力的大小和方向如何？
（要求：在圖2中作出動力臂和C點施加的動力的方向，并通過計算說明該最小力的大小，其中AC=10m）．

Answer 1

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

重力的力臂L₂=AB=×6m=3m，動力的力臂L₁=AC=10m，
根據杠桿平衡條件：F×L₁=G×L₂可得：
F×10m=4000N×3m
∴動力：F=1200N．
故答案為：（1）杠桿；（2）1200N；力的方向見上圖．
分析：（1）杠桿是指在力的作用下能夠繞著固定點轉動的硬棒，繞著轉動的固定點叫做支點；
（2）根據杠桿的平衡條件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系，根據此要求來作圖．
點評：本題考查了建立模型方法在物理學中的作用和最小力的畫法和求法．根據杠桿的平衡條件F₁×L₁=F₂×L₂可知，在杠桿中的阻力、阻力臂一定的情況下，要使所使用的動力最小，必須使動力臂最長．通常情況下，連接杠桿中支點和動力作用點這兩點所得到的線段是最長的．