Question

【題目】小明家新買(mǎi)了一輛小汽車(chē)，聰明好學(xué)的他閱讀了使用手冊(cè)，其中部分資料如下：

（a）車(chē)輛部分參數(shù)：排量1.5L，整車(chē)質(zhì)量1.8t，每只輪胎著地面積約為0.015m2；

（b）胎壓，嚴(yán)格意義上指的是輪胎內(nèi)部空氣的壓強(qiáng)，胎壓是汽車(chē)載荷能力的標(biāo)志，是影響輪胎使用壽命和經(jīng)濟(jì)性的重要因素，根據(jù)國(guó)際GBT2978﹣2008標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求：

標(biāo)準(zhǔn)型輪胎胎壓為：2.4﹣2.5bar（bar壓強(qiáng)單位，1bar=100KPa），胎壓手季節(jié)性因素影響，冬季可適當(dāng)提高，夏季應(yīng)適當(dāng)降低．

（c）輪胎氣嘴（如圖1），其結(jié)構(gòu)原理圖（如圖2）根據(jù)以上資料，請(qǐng)你幫助小明計(jì)算：（g=10N/kg）．

（1）小汽車(chē)（空車(chē)）所受重力；

（2）小汽車(chē)（空車(chē)）靜止時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)；

（3）隨著氣溫的逐漸升高，小明想通過(guò)頂開(kāi)金屬柱為輪胎放氣以達(dá)到降低胎壓的目的．已知自家小汽車(chē)某輪胎氣壓為Pbar，氣嘴中圓形氣孔半徑為rcm，假設(shè)大氣壓為P0Pa，請(qǐng)用題中已知量表示：小明至少需要用多大的力才能頂開(kāi)金屬柱？（忽略其他因素影響）．

Answer 1

【答案】（1）小汽車(chē)（空車(chē)）所受重力為1.8×104N；

（2）小汽車(chē)（空車(chē)）靜止時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)為3×105Pa；

（3）小明至少需要用（10Pπr2﹣10﹣4P0πr2）N的力才能頂開(kāi)金屬柱

【解析】

試題分析：（1）小汽車(chē)所受重力：

G=mg=1.8×103 kg×10 N/kg=1.8×104N；

（2）小汽車(chē)總著地面積：

S=4×0.015m2=0.06m2；

小汽車(chē)對(duì)地面的壓力：F=G=1.8×104N，

小汽車(chē)對(duì)地面的壓強(qiáng)：

p===3×105Pa；

（3）氣孔面積：S=πr2cm2=10﹣4πr2m2；

輪胎內(nèi)氣壓：Pbar=105P Pa；

輪胎外（大氣壓）：P0pa；

輪胎內(nèi)外氣壓差：△P=P內(nèi)﹣P外=（105P﹣P0）pa；

根據(jù)p=可得至少需要力：

F=△PS=（105P﹣P0）pa×10﹣4πr2m2=（10Pπr2﹣10﹣4P0πr2）N．

答：（1）小汽車(chē)（空車(chē)）所受重力為1.8×104N；

（2）小汽車(chē)（空車(chē)）靜止時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)為3×105Pa；

（3）小明至少需要用（10Pπr2﹣10﹣4P0πr2）N的力才能頂開(kāi)金屬柱．