解题思路:重力的方向是竖直向下的,机器人站起克服自身的重力,需要将自己的重心移动到脚面上方的范围内; 根据机器人受力分析图,把机器人看作是一个杠杆,手臂取最短长度时,身体处于平衡状态时,分别表示出上半身受到的重力、两只大腿受到的重力、两只小腿受到的重力和脚受到的总重力及其各力臂;再表示出则两只手臂受到的总重力,机器人的整只手臂的最短长度为;最后根据杠杆平衡原理F1L1=F2L2,列出方程解答.
(1)机器人在从座椅上向上站起来之前,必须先将自己的重心移动到脚面上方的范围内.(2)机器人手臂取最短长度时,应满足条件为:机器人上半身绕O1点前倾(顺时针转动)30°角,同时水平向前伸直两只手臂,整个机器人的重心刚好落在脚后跟的正上方.如图答1所示:
(3)上半身受到的重力G1=m1g=11.2kg×g,由几何关系到脚后跟的力臂为7.5cm;
两只大腿受到的总重力G2=m2g=4.8kg×g,由几何关系到脚后跟的力臂为7.5cm;
两只小腿和脚受到的总重力G3=m2g=4.8kg×g,由几何关系到脚后跟的力臂为5cm.
(4)设机器人的整只手臂的最短长度为L,则两只手臂受到的总重力G4=mg=2×0.06kg/cm×Lg;
(5)由几何关系到脚后跟的力臂为[L/2],由此列出方程:
11.2kg×g×7.5cm+×7.5cm=4.8kg×g×5cm+2×0.06kg/cm×g×L×[L/2],
解得:L=40cm.
答:从理论上机器人的整只手臂至少需要40cm,能使机器人能够从图2甲所示的坐姿自己站起来.
点评:
本题考点: 杠杆的平衡条件.
考点点评: 本题考查了杠杆平衡原理在实际生活中的灵活应用,需要学生有较强的分析能力,属于难题,能够对力和力臂的正确分析是解答此题的关键.