Комментарии преподавателя

КПД простых механизмов

Согласно «золотому правилу» механики никакой механизм не дает выигрыша в работе. А вот некоторого «проигрыша в работе» избежать не удается. Рассмотрим простой пример.

Пусть человек поднимает с помощью неподвижного блока груз весом Р = 200 Н на высоту h = 10 м.

При этом полезная работа — это работа по подъему груза, то есть Апол = Ph = 200 Н · 10 м = 2000 Дж = 2 кДж.

Совершенная же работа — это работа, которую совершает сила, приложенная человеком к свободному концу троса. Если бы трения в блоке не было, то при подъеме груза человек тянул бы трос с силой, равной весу груза (200 Н). Однако из-за трения человеку пришлось тянуть трос с большей силой, например 250 Н. Поднимая груз на 10 м, человек вытянул трос тоже на 10 м. Поэтому совершенная работа Асов = Fh = 250 Н · 10 м = 2500 Дж = 2,5 кДж.

Опыты показывают, что полезная работа всегда меньше совершенной. Одну причину этого мы уже знаем — это трение. Вторая причина состоит в том, что сами механизмы и их части имеют некоторую массу. Например, поднимая груз с помощью подвижного блока, приходится вместе с грузом поднимать и блок, а при этом необходимо совершать «дополнительную» работу.

Отношение полезной работы Апол к совершенной Асов, выраженное в процентах, обозначают η и называют коэффициентом полезного действия (КПД): η = Апол/Асов · 100%.

Например, для рассмотренного выше неподвижного блока

По указанным выше причинам КПД любого реального механизма меньше 100%.

Как рассчитать КПД?

КПД механизма можно найти опытным путем (см. лабораторную работу № 13). Но КПД можно найти и с помощью расчетов..

Задача 1.

При подъеме груза массой 100 кг на высоту 9 м с помощью неподвижного блока совершили работу 10 кДж. Каков КПД блока?

С помощью рычага подняли груз массой 80 кг на 2 м. При этом сила, приложенная к другому плечу рычага, совершила работу 2 кДж. Чему равен КПД рычага?

Задача 2.

По наклонной плоскости поднимают груз массой 50 кг, прикладывая к нему силу 250 Н, направленную вдоль плоскости. Чему равен КПД плоскости, если ее длина равна 10 м, а высота равна 3 м?

Домашняя работа

Задание 1. Ответь на вопросы.

1. Что такое коэффициент полезного действия?
2. Может ли КПД быть больше или равен 100 % ? Обоснуйте ваш ответ.
3. С помощью неподвижного блока поднимают груз массой 120 кг. Какую при этом прикладывают силу, если КПД блока равен 0,8?
4. С помощью неподвижного блока поднимают груз массой 50 кг, прикладывая силу 600 Н. Каков КПД этого блока?

Задание 2. Реши ребус.

К занятию прикреплен файл  «Презентация». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.

Использованные источники: http://www.tepka.ru/fizika_7  
 

 

Файлы