Коэффициент полезного действия (КПД) механизмов

1 2

Задания для 7 класса по физике (№ 2).

1. Внимательно прочитайте параграфы:

· Коэффициент полезного действия. КПД наклонной плоскости, блока, полиспаста.

· Энергия. Единицы измерения энергии. Кинетическая и потенциальная энергия. Формулы для вычисления энергии.

Если в учебнике не очень понятно, смотри ниже конспект урока.

2. Выполните задания (смотри второй файл).

3 Делайте ВПР 5 вариант.

Конспект урока.

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ (КПД) МЕХАНИЗМОВ

Пользуясь простыми механизмами, не только не получают выигрыша в работе, но и всегда проигрывают. Дело в том, что, поднимая груз, например, с помощью блока, необходимо поднимать и сам блок. Кроме того, приходится преодолевать силы трения, возникающие во время вращения блока на оси. Так же, двигая тело вдоль наклонной плоскости, необходимо преодолевать силу трения между поверхностью плоскости и грузом. Работу, которую нужно выполнить, чтобы поднять сам груз, называют полезной работой. Работу, которую выполняют, используя простые механизмы, называют полной или затраченою работой. Понятно, что эффективность применения машины или механизма будет тем больше, чем большей будет доля полезной работы в полной работе. Чтобы определить, какую долю составляет полезная работа А кору полной работе А_эт, нужно значение полезной работы разделить на значение полной выполненной работы.

Отношение значения полезной работы к значение полной работы, выполненной с помощью машины или механизма, называют коэффициентом полезного действия (сокращенно КПД.) машины или механизма.

Коэффициент полезного действия чаще всего обозначают греческой буквой η(етта) и выражают в процентах: η = ∙ 100 %.

Чем выше процент полезной работы в полной работе, которую выполняет машина (механизм), тем эффективнее машина. Для выполнения работы необходимо тратить энергию. Часть энергии расходуется на выполнение полезной работы, а часть — на преодоление трения, предоставление движения, а также перемещение самих машин и механизмов, из которых состоят машины. Поэтому, характеризуя действие машин или механизмов, коэффициент полезного действия можно определить как отношение части энергии, которая расходуется непосредственно на выполнение полезной работы (например, поднятие груза), ко всей затраченной энергии.

Поскольку работа характеризует изменение энергии, то отношение полезной работы к затраченной равен отношению энергий, затраченных на выполнение полезной и полной работы.

Вы уже знаете, что такой простой механизм, как наклонная плоскость, позволяет получить выигрыш в силе во столько раз, во сколько длина наклонной плоскости больше ее высоты. Если бы не существовало силы трения, то работы по перемещению тела по наклонной плоскости на некоторую высоту и с подъема тела на эту высоту были бы одинаковы, а коэффициент полезного действия равнялся бы 100 %. Поскольку во время движения груза по наклонной плоскости приходится преодолевать силу трения, то работа по поднятию тела по наклонной плоскости А (рис. 4.56) больше работу А_кор из непосредственного поднятия тела на такую же высоту. А поскольку_эт = F₁l, А_кор = F₂h и учитывая, что F₂ = mg, можно легко вычислить коэффициент полезного действия наклонной плоскости:

η = ∙ 100% = ∙ 100%.

Так А_кор < А_эт, то n (КПД) меньше 100 %

Рассмотрим пример. Груз массой m = 80 кг рабочий должен загрузить в кузов грузовика, подняв на высоту h = 1,2 м (рис. 4.57, а). Чтобы поднять груз на эту высоту, необходимо приложить силу F₁ = P = mg = 80 кг ∙ 9, 8 м/с² = 784 Н и выполнить работу А₁ = F₁h = 784 H ∙ 1,2 м = 940 Дж. Эта работа равна полезной работе, которую нужно выполнить, чтобы загрузить автомобиль.

Рабочий использовал наклонную плоскость длиной l = 2,4 м (рис. 4.57, б). При этих условиях ему пришлось прикладывать меньшую силу: F₂ = 500 Н. Однако выполняемая им работа увеличилась:

А₂ = F₂l = 500 Н ∙ 2,4 м = 1200 Дж.