Коэффициент полезного действия механизма
В данном разделе вы уже познакомились с устройством и принципом работы двух простых механизмов: рычага и блока. Используя эти механизмы, мы совершаем какую-то работу.
До этого мы рассматривали идеализированные условия. Учитывали только следующие величины: приложенная к механизму сила, вес поднимаемого тела, плечи сил рычага.
Мы не учитывали ни силу трения между деталями механизмов, ни веса самого рычага, ни веса веревки в блоке, с помощью которой мы поднимаем груз. Если в лабораторных условиях эти величины могут показаться незначительными, то, например, вес каната в блоке подъемного крана уже сложно назвать незначительной величиной.
Следовательно, и работу таких механизмов тогда нужно рассчитывать по-другому. Для этого в физике разделяют работу на полную и полезную, вводят понятие коэффициента полезного действия (КПД) механизма. На данном уроке мы познакомимся с этими величинами и рассмотрим решение задач с использованием КПД.
Затраченная и полезная работы
Введем новые определения. Какую работу называют полезной, какую — полной?
Полная (затраченная) работа () — это работа, совершенная приложенной силой.
Полезная работа () — это работа по поднятию груза или преодолению какого-либо сопротивления.
В идеальных условиях (какие мы рассматривали в прошлых уроках) полная работа будет равна полезной. Но на практике между этими величинами есть разница.
На практике совершенная с помощью механизма полная работа всегда несколько больше полезной работы:
, или .
Почему при применении механизмов для подъема грузов и преодоления какого-либо сопротивления полезная работа не равна полной?
Например, при использовании подвижного блока (рисунок 1) мы будем дополнительно совершать работу по поднятию самого блока, веревки, ее креплений, а также по преодолению силы трения в оси блока.
КПД механизма
Что такое коэффициент полезного действия механизма?
Коэффициент полезного действия механизма (КПД) — это отношение полезной работы к полной работе:
.
КПД выражают в процентах и обозначают греческой буквой (“эта”):
.
Из этого определения следует, что КПД механизма всегда будет меньше .
Ученые и инженеры при конструировании механизмов всегда стремятся увеличить их КПД.
Как можно увеличить коэффициент полезного действия?
Первое, что для этого делают — стремятся уменьшить вес механизмов и трение в их осях.
В ходе истории и научно-технического прогресса коэффициент полезного действия механизмов постепенно возрастал:
- парового двигателя — ;
- бензинового двигателя — ;
- электрического двигателя — .
Как вы видите, на данный момент современные технологии обеспечивают достаточно высокий уровень КПД.
Примеры задач
Задача №1
Для поднятия груза массой используют рычаг. Груз подняли на высоту , приложив к длинному плечу рычага силу в . При этом точка приложения этой силы опустилась на . Рассчитайте коэффициент полезного действия рычага.
Дано:
Задача №2
Используя неподвижный блок рабочий поднял груз массой на высоту (рисунок 2). Найдите полную работу, совершенную рабочим, если КПД этого механизма .
Дано:
Хотите оставить комментарий?
Войти