Фізика. 7 клас. Пістун

§ 48. Коефіцієнт корисної дії простих механізмів

  • Яку фізичну величину називають механічною роботою?

1. При розрахунку роботи, виконаної за допомогою простого механізму, ми цікавилися тільки силою і здійсненим під дією сили переміщенням тіла. Знайдена таким способом робота отримується тільки в ідеальних умовах; її зазвичай називають корисною роботою.

На практиці реальна робота завжди більша від корисної. Так, використовуючи лом або візок для підйому і переміщення важкого предмета, наприклад, каменя, доводиться затрачати певне зусилля на підйом самого лома або переміщення візка і, отже, виконувати додаткову роботу. Використовуючи блок, необхідно виконати роботу з подолання сил тертя між блоком і мотузкою, піднімання мотузки, а в рухомому блоці — і самого блока.

2. Корисна робота будь-якого реального механізму завжди менша від його повної (або затраченої) роботи. Позначивши корисну роботу Ак, а повну Ап, можна записати

Ак < Ап.

Чим менша різниця між повною і корисною роботами механізму, тим менші у нього втрати енергії, тим ефективніше він працює. Для характеристики ефективності механізму користуються поняттям коефіцієнта корисної дії механізму (ККД). ККД позначають літерою η (грецька літера «ета»).

Відношення корисної роботи до повної роботи називають коефіцієнтом корисної дії механізму:

ККД показує, яку частину від усієї виконаної (повної) роботи становить корисна робота. Зазвичай ККД виражають у процентах:

Нехай за допомогою важеля ви підняли вантаж масою m на висоту h.

Тоді корисна робота А = mgh. Виконуючи цю роботу, ви виконали також і роботу з подолання сили тертя |Атер|. Робота сили тертя ковзання завжди від’ємна, а робота сили з подолання сили тертя додатна. Тоді повна робота Ап = mgh + |Атер|. Як бачимо, Ап > Ак, і тому ККД реального механізму завжди менший від 100 %.

3. Приклад розв’язання задачі.

Залізобетонну плиту масою 400 кг піднімають за допомогою важеля на висоту 10 см. До довгого кінця важеля прикладають силу 1500 Н. При цьому точка прикладання сили переміщується на 40 см. Знайдіть ККД важеля.

Запитання для самоперевірки

  • 1. Яку роботу називають корисною?
  • 2. У чому полягає відмінність корисної роботи від повної?
  • 3. Що таке ККД механізму?
  • 4. Чи може ККД механізму дорівнювати або перевищувати 100 %? Відповідь поясніть.
  • 5. Чому затрачена (повна) робота завжди більша за корисну?

Завдання 37

  • 1. Із шахти завглибшки 150 м піднімають на канаті вантаж із масою 500 кг. Маса кожного погонного метра каната становить 1 кг. Визначте ККД установки.
  • 2. Для рівномірного піднімання по похилій площині вантажу із масою 200 кг була прикладена сила 250 Н. Висота похилої площини 1,5 м, довжина 15 м. Визначте ККД цієї похилої площини.
  • 3*. Вантаж масою 80 кг піднімають за допомогою важеля з відношенням плечей 3 : 7. До довшого плеча прикладають силу 0,5 кН. Визначте ККД важеля.
  • 4. Яким повинно бути відношення висоти похилої площини до її довжини, щоби сила тяги дорівнювала половині ваги вантажу, який піднімають за допомогою цієї похилої площини? ККД похилої площини становить 90 %.
  • 5*. По похилому помосту завдовжки 6 м і заввишки 2 м перетягнули ящик із масою 40 кг. Сила тертя ящика об поміст складає 25 Н. Обчисліть повну і корисну роботи, виконані при цьому, та ККД помосту.
  • 6. Визначте корисну роботу, виконану під час підйому вантажу на висоту h (рис. 156). Яку повну роботу довелося виконати при цьому? Обчисліть ККД установки.

Рис. 156