读趣百科

由题知，$M$离开水面后，滑轮组的机械效率是$90\%$，

绳重、摩擦和阻力不计，滑轮组的机械效率$\eta =\frac{{{W}_{有用}}}{{{W}_{总}}}=\frac{Gh}{(G+{{G}_{轮}})h}=\frac{G}{G+{{G}_{轮}}}$，

可得：$90\%=\frac{540\text{N}}{540\text{N}+{{G}_{轮}}}$，

解得动滑轮重力：${{G}_{轮}}=60\text{N}$．

由图知，使用的滑轮组$n=3$，绳重、摩擦和阻力不计，拉力$F=\frac{1}{3}(G+{{G}_{轮}})=\frac{1}{3}(540\text{N}+60\text{N})=200\text{N}$，

人对地面的压力：${{F}_{压}}={{G}_{人}}-F=600\text{N}-200\text{N}=400\text{N}$，

人对地面的压强：$p=\frac{{{F}_{压}}}{S}=\frac{400\text{N}}{0.04{{\text{m}}^{2}}}=1\times {{10}^{4}}\text{Pa}$．

工件$M$浸没在水中时，由$p=\frac{F}{S}$可得人对地面的压力：

${{F}_{压}}^{\prime}={{p}^{\prime}}S=12000\text{Pa}\times 0.04{{\text{m}}^{2}}=480\text{N}$，

因为${{F}_{压}}^{\prime}={{G}_{人}}-{{F}^{\prime}}$，

绳端拉力${{F}^{\prime}}={{G}_{人}}-{{F}_{压}}^{\prime}=600\text{N}-480\text{N}=120\text{N}$，

绳重、摩擦和阻力不计，拉力${{F}^{\prime}}=\frac{1}{3}({{F}_{拉}}+{{G}_{轮}})$，则工件浸没水中时，滑轮组对工件的拉力：

${{F}_{拉}}=3{{F}^{\prime}}-{{G}_{轮}}=3\times 120\text{N}-60\text{N}=300\text{N}$，

此时滑轮组机械效率：

$\eta =\frac{{{W}_{有用}}}{{{W}_{总}}}=\frac{{{F}_{拉}}h}{{{F}^{\prime}}s}=\frac{{{F}_{拉}}h}{{{F}^{\prime}}3h}=\frac{{{F}_{拉}}}{3{{F}^{\prime}}}=\frac{300\text{N}}{3\times 120\text{N}}\times 100\%\approx 83.3\%$．