Коэффициент полезного действия механизма

Полезная работа - работа, которую нужно совершить.

Обозначение: А₁

Затраченная (полная) работа – работа, которую реально совершают, чтобы получить полезную работу.

Обозначение: А₂

На практике сила трения не равна нулю и механизмы имеют вес, поэтому А₂ > А₁.

Величина, характеризующая эффективность работы машин и механизмов, называется коэффициентом полезного действия (сокращенно КПД).

КПД равен отношению полезной работы к затраченной работе.

Обозначение:

КПД обычно выражают в процентах.

КПД механизма показывает, какая часть затраченной работы пошла на совершение полезной работы.

Чем больше КПД, тем эффективнее работает механизм. Но

 

Задание:

1)Укажите способы увеличения КПД механизма.

2)Заполните таблицу:

 

ПРОСТЫЕ МЕХАНИЗМЫ

 

Название механизма	Схематическое изображение	Формула для расчета выигрыша в силе (сила трения и вес механизма равны нулю)	А1	А2	КПД
Рычаг
Неподвижный блок
Подвижный блок
Ворот
Наклонная плоскость

 

 

Энергия.

а) Если система тел способна совершить работу, то говорят, что она обладает энергией.

Энергия – греч. «деятельность».

Чем большую работу может совершить система тел, тем большей энергией она обладает.

Энергия – это физическая величина, которая при правильном выборе нулевого состояния показывает, какую максимальную работу может совершить система тел.

Поэтому энергия, как и работа, измеряется в джоулях.

Обозначение: Е

Если совершается работа, то энергия системы изменяется. Если работу совершает сама система тел, то ее энергия уменьшается. Если же работу совершают над системой, то ее энергия может увеличиваться.

,

где А – совершенная работа;

∆Е – изменение энергии системы тел.

 

Различают два вида механической энергии:

§ кинетическая энергия;

§ потенциальная энергия.

 

Кинетическая энергия – энергия, которой обладает тело вследствие его относительного движения.

 

Пусть тело, движущееся со скоростью υ₀, прошло до остановки (υ=0) путь s под действием силы трения F.

Так как и , то работа силы F равна: .

Работа, совершенная над телом, привела к уменьшению его кинетической энергии Е до нуля, т. е. A=E – Е₀ = 0 – Е₀ = – Е₀; Е₀ = .

Таким образом, если тело массой m движется со скоростью , то оно может совершить работу и, следовательно, обладает кинетической энергией, которую можно определить по формуле:

, где m –масса тела;

- скорость движения тела.

 

 

Потенциальная энергия – энергия взаимодействующих тел или частей одного и того же тела, зависящая от их взаимного положения.

Численное значение потенциальной энергии зависит от выбора нулевого уровня.

 

Потенциальная энергия системы «тело - Земля».

Найдем потенциальную энергию системы «тело - Земля».

Пусть масса тела m и оно находится на высоте h над поверхностью Земли.

Величина потенциальной энергии будет равна работе, совершаемой системой при переходе тела с данного уровня на нулевой (под действием силы тяжести).

 

 

Задание: 1) Найдите потенциальную энергию системы «тело - Земля», если тело массой m поднято над поверхностью Земли на высоту h, а нулевой уровень соответствует положению тела на высоте h₁ над поверхностью Земли.

 

2) Найдите потенциальную энергию системы «тело - Земля», если тело массой m находится на поверхности Земли, относительно того же нулевого уровня.

 

 

Потенциальная энергия упруго деформированного тела.

Найдем потенциальную энергию упруго деформированной пружины жесткостью k.

Пусть нулевой уровень потенциальной энергии соответствует недеформированной пружине, т. к. в этом случае пружина не может совершить работу.

 

Пусть x – величина деформации пружины.

Так как сила упругости зависит от величины деформации (), то работа силы упругости равна: , где

- средняя сила упругости.

 

Пусть тело под действием силы упругости возвращается в состояние, соответствующее недеформированной пружине.

Если величина изменяется по линейному закону, то ее среднее значение можно определить как среднее арифметическое начального и конечного значений.

Следовательно, .

Þ .

Таким образом, если пружина жесткостью k упруго деформирована на величину x, то она может совершить максимальную работу, равную потенциальной энергии, вычисляемой по формуле:

, где k – жесткость пружины;

x – величина деформации.

 

Тела могут обладать одновременно и кинетической, и потенциальной энергией.

Полная механическая энергия – сумма потенциальной и кинетической энергий тела.

 

б) Энергия обладает свойством сохранения.

Закон сохранения энергии для механических явлений: Полная механическая энергия замкнутой системы тел остается постоянной величиной.

E = E₁ +E₂ = const, где

Е₁ – кинетическая энергия системы тел;

Е₂ – потенциальная энергия системы тел.

 

Замечание: Система тел, на которую не действуют внешние силы, называется замкнутой.

 

в) Если в системе тел происходят тепловые процессы, то механическая энергия этой системы тел может не сохраняться. Она превращается во внутреннюю (тепловую) энергию.

Внутренней энергией называется сумма кинетических энергий всех частиц, из которых состоит тело, и потенциальных энергий их взаимодействия между собой.

Обозначение: U

Единица измерения в СИ: 1 Дж

Внутренняя энергия тела зависит от:

· температуры тела;

· массы тела;

· свойств частиц вещества;

· расстояния между частицами вещества.

Таким образом, любое тело обладает внутренней энергией.

 

Полная энергия тела – сумма механической и внутренней энергий тела.

 

Закон сохранения энергии утверждает, что в замкнутых системах энергия никуда не исчезает и не возникает «из ничего»; она только переходит от одного тела к другому или из одного вида в другой, при этом значение полной энергии сохраняется.

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ.. 2

ВВЕДЕНИЕ.. 7

1. Физика как наука. 7

2. Физические величины и их измерение. 7

ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА.. 12

3. Строение вещества. 12

А) Молекулы. 12

Б) Движение молекул. 15

В) Взаимодействие молекул. 16

4. Четыре состояния вещества. 17

КИНЕМАТИКА.. 18

5. Механическое движение. 18

6. Скорость. Равномерное движение. 21

7. Графическое представление равномерного движения. 24

8. Неравномерное движение. 26

А) Средняя скорость. 26

Б) Равнопеременное движение. 26

В) Графическое представление равнопеременного движения. 28

ДИНАМИКА. СИЛЫ В ПРИРОДЕ.. 31

9. Инерция. Первый закон Ньютона. 31

10. Взаимодействие тел. 31

11. Масса тела. 32

12. Плотность вещества. 34

13. Сила. 34

14. Второй и третий законы Ньютона. 36

15. Явление тяготения. Сила тяжести. 36

16. Сила упругости. 39

17. Вес тела. 41

18. Динамометр. 42

19. Равнодействующая сил. 42

А) Сложение двух сил, направленных по одной прямой. 42

Б) Сложение двух сил, направленных под углом друг к другу. 43

20. Разложение силы на две составляющие, направленные под углом друг к другу. 44

21. Сила трения. 45

ДАВЛЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ.. 49

22. Давление. Единицы давления. 49

23. Давление газа. 50

24. Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля. 51

25. Давление в жидкости и газе. 51

26. Расчет давления жидкости на дно и стенки сосуда. 51

27. Сообщающиеся сосуды. 53

28. Гидравлические машины. 55

29. Вес воздуха. Атмосферное давление. 56

30. Измерение атмосферного давления. 57

ВЫТАЛКИВАЮЩАЯ СИЛА.. 60

31. Действие жидкости и газа на погруженное в них тело. Архимедова сила. 60

32. Плавание тел. 62

33. Плавание судов. 64

34. Воздухоплавание. 64

ПРОСТЫЕ МЕХАНИЗМЫ... 65

35. Введение. 65

36. Механическая работа. Единицы работы. 65

37. Мощность. Единицы мощности. 66

38. Рычаг. Равновесие сил на рычаге. 67

39. Момент силы. 69

40. Блоки. 70

41. Ворот. 71

42. Наклонная плоскость. Равновесие тела на наклонной плоскости. 72

43. Клин. 75

44. Винт. 76

45. «Золотое правило» механики. 77

46. Коэффициент полезного действия механизма. 79

47. Энергия. 81