Question

【題目】密度為ρ＝500kg/m3、長a、高b、寬c分別為0.9m、m、m的勻質長方體，其表面光滑，靜止在水平面上，并被一個小木樁抵住，如圖（a）所示。（g取10N/kg）

（1）無風情況下，地面的支持力為多大？

（2）當有風與水平方向成45°斜向上吹到長方體的一個面上，如圖（b）所示。風在長方體光滑側面產生的壓力為F，則力F要多大才能將長方體翹起？

（3）實驗表明，風在光滑平面上會產生垂直平面的壓強，壓強的大小跟風速的平方成正比，跟風與光滑平面夾角正弦的平方成正比。現讓風從長方體左上方吹來，風向與水平方向成θ角，如圖（c）所示。當θ大于某個值時，無論風速多大，都不能使長方體翹起。請通過計算確定θ的值。

Answer 1

【答案】（1）1215N；（2）2104.4N；（3）30°

【解析】

（1）根據二力平衡知，地面的支持力等于重力，即

；

（2）風在光滑平面上會產生垂直平面的壓強，因此風產生的壓力為F，方向水平向右，如圖所示：

根據杠桿平衡條件，有：，

解得：；

（3）根據“風在光滑平面上會產生垂直平面的壓強，壓強的大小跟風速的平方成正比，跟風與光滑平面夾角正弦的平方成正比”可得：

風在頂面產生的壓力：，

風在側面產生的壓力：，

當時，長方體將不會翹起，即，

由于kv2可以取足夠大，為使上式對任意大kv2都成立，必須有，

即，則。