Параграф 58 Физика 7 класс Пёрышкин | Конспект

Коэффициент полезного действия механизма

При использовании простых механизмов нельзя получить выигрыш в работе: затраченная и полезная работы равны. Затраченная работа (A_z​) — это полная работа, совершённая для перемещения или поднятия груза, а полезная работа (A_p​) — это часть работы, которая непосредственно выполняет полезное действие. Затраченная работа всегда больше или равна полезной, так как часть энергии теряется на преодоление трения и других сопротивлений. Полезная работа механизма учитывает только действие, выполняющее основную задачу — подъём или перемещение груза, тогда как затраченная работа включает все затраты энергии, включая трение и внутренние потери. В идеальном механизме полезная и затраченная работы равны, но на практике всегда есть потери, и полезная работа меньше полной.

Коэффициент полезного действия (КПД)

Эффективность работы механизмов оценивается с помощью коэффициента полезного действия (КПД), который обозначается греческой буквой η (эта). Он рассчитывается по формуле η=A_p/A_z×100%, где A_p ​ — полезная работа, а A_z ​ — затраченная работа. КПД всегда меньше 100% из-за неизбежных потерь энергии на трение, деформацию и другие факторы. Величина КПД показывает, насколько эффективно механизм преобразует затрачиваемую энергию в полезное действие. Например, если КПД механизма равен 80%, это означает, что 80% затраченной энергии используется на выполнение полезной работы, а 20% теряется. В идеальных условиях КПД может быть максимально близким к 100%, но на практике таких механизмов не существует.

Пример расчета КПД

Рассмотрим пример, где сила в 2000 Н поднимает груз на высоту 1,2 м с помощью наклонной плоскости. Для преодоления трения требуется приложить дополнительную силу 250 Н на протяжении 12 м пути. Для расчета КПД нужно найти отношение полезной работы (A_p​) к затраченной (A_z​). Полезная работа определяется как произведение веса груза на высоту подъёма: A_p=P×h. Затраченная работа определяется как произведение силы на длину плоскости: A_z=F×l. Подставив значения, получаем КПД: η=2000×1,2/250×12×100%=80%. Это означает, что только 80% энергии используется на подъём, а 20% теряется на преодоление трения.

Зависимость КПД от конструкции механизма

КПД механизма зависит от конструкции и условий эксплуатации. Например, в рычагах потери происходят из-за трения в точке опоры, в блоках — из-за сопротивления в тросах и верёвках. Чем меньше трение и сопротивление, тем выше КПД. В механизмах с низким КПД значительная часть затраченной энергии уходит на преодоление внутренних потерь. Для повышения КПД необходимо использовать смазочные материалы, оптимизировать конструкцию и уменьшать деформации. Инженеры стремятся минимизировать эти потери, чтобы механизмы работали более эффективно и с минимальными затратами энергии.

Значение КПД в технике и быту

КПД — важный показатель, который используется для оценки эффективности не только простых механизмов, но и сложных машин, таких как двигатели, насосы и турбины. В быту КПД помогает понять, насколько экономично работает бытовая техника, например, стиральные машины или холодильники. Высокий КПД означает, что прибор потребляет меньше энергии при выполнении своей задачи. В технике повышение КПД способствует снижению энергопотребления и повышению производительности. Важно учитывать КПД при выборе оборудования, так как от него зависит экономичность и эффективность работы устройства в целом.