Коефіцієнт корисної дії простих механізмів

Розділ IV МЕХАНІЧНА РОБОТА ТА ЕНЕРГІЯ

&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 – ісамого 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 п (грецька літера “ета”).

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

N =  Коефіцієнт корисної дії простих механізмів.

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

η =  Коефіцієнт корисної дії простих механізмів ∙ 100%.

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 |А |. Робота сили тертя ковзання завжди від’ємна, а робота сили з подолання сили тертя додатна. Тоді повна робота Ап = mgh + |А |. 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.

Розв’язання.

 Коефіцієнт корисної дії простих механізмів

η =  Коефіцієнт корисної дії простих механізмів . 100%.

Корисна робота

А = Рh,

Де Р – вага плити: Р = Fтяж = mg.

Повна робота Ап = FH. Отже,

N =  Коефіцієнт корисної дії простих механізмів ∙ 100%

 Коефіцієнт корисної дії простих механізмів

Відповідь. η ≈ 67 %.

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.

 Коефіцієнт корисної дії простих механізмів

Рис. 156.

Лабораторна робота № 12

Визначення ККД похилої площини

Мета роботи. 1. Закріпити навички вимірювання сил динамометром. 2. Навчитися експериментально визначати роботу. 3. Визначити ККД похилої площини.

Обладнання. 1. Гладенька дошка завдовжки 1-0,5 м або трибометр. 2. Штатив з муфтою і лапкою. 3. Динамометр. 4. Дерев’яний брусок. 5. Набір тягарців із масами по 100 г. 6. Лінійка або мірна стрічка.

 Коефіцієнт корисної дії простих механізмів

Хід роботи

1. Удома напередодні виконання роботи повторіть & 48 підручника й ознайомтеся з вказівками до лабораторної роботи.

2. Розгляньте засоби вимірювання, що є у вас на столі, і запишіть їхні характеристики у таблицю.

Засіб вимірювання

Межа вимірювання

Ціна поділки

Лінійка

Динамометр

3. Закріпіть один кінець дошки у штативі так, щоб вона утворювала з горизонтом кут 15-30°, а її інший кінець спирався на стіл.

4. Виміряйте довжину дошки l і висоту h підйому її закріпленого кінця відносно поверхні стола (відповідно довжину та висоту похилої площини). Дані цих і подальших вимірювань занесіть у таблицю.

№ досліду

Вага бруска Р6, Н

Маса важківmв, кг

Вага важків Рв = mвg, Н

Вага бруска з важками Р = Р6 + Рв, Н

Довжина lпохилої площини, м

Висота hпохилої площини, м

Сила Fтяги, Н

Корисна робота Ак, Дж

Повна робота Ап, Дж

ККД, %

Виграш у силі  Коефіцієнт корисної дії простих механізмів

1.

0,1

1 Н

2.

0,2

2 Н

3.

0,3

3 Н

5. Виміряйте динамометром вагу Р6 бруска.

6. Навантажте дерев’яний брусок важком із масою 100 г, поклавши його на дошку, приєднайте до бруска динамометр і тягніть його рівномірно вгору похилою площиною, стежачи за показом динамометра. Цей показ (силу тяги) F занесіть у таблицю.

7. Обчисліть корисну роботу з піднімання бруска з важками вертикально вгору на висоту h: Ак = Ph.

8. Обчисліть повну роботу з піднімання бруска з важками похилою площиною (роботу сили тяги): Ап = Fl.

9. Обчисліть ККД похилої площини, виразивши його у процентах:

ККД = Коефіцієнт корисної дії простих механізмів ∙ 100%.

10. Розрахуйте виграш у силі  Коефіцієнт корисної дії простих механізмів.

11. Навантажте брусок двома, а потім трьома важками й аналогічно проведіть ще два досліди згідно з вимогами п. 6 – п. 10.

12. Додаткове завдання. Збільшіть кут нахилу похилої площини до горизонту на 20-30° і виконайте дослідження, описані у п. 6 – п. 10, навантаживши брусок важком із масою 100 г. Як і чому змінилися ККД похилої площини та виграш у силі?

Зробіть висновки.

Навчальний проект № 3

Використовуючи теоретичні знання та набутий досвід при виконанні завдань 3637 і лабораторної роботи №12, виконайте навчальний проект “Становлення і розвиток знань про фізичні основи машин і механізмів” за таким планом:

1. Фізичні основи машин і механізмів, їхні конструкції та функціонування.

2. Історія розвитку машин і механізмів.

3. Сучасний стан розвитку машин і механізмів.

4. На основі матеріалів, узятих в Інтернеті, оцініть перспективи розвитку машинобудування.

Ліва частина важеля

Права частина важеля

№ досліду

Маса важкаm1, кг

Сила F1 = m1g, H

Плече силиl1, м

Момент сили М1 +F1l1,Hм

Маса важкаm2, кг

СилаF2 =m2g, Hпоказ динамометр

Плече силиl2, м

Момент сили М2 +F2l2,Hм

Відношення сили  Коефіцієнт корисної дії простих механізмів

Відношення сили  Коефіцієнт корисної дії простих механізмів

1.

2.

3.

4.




Коефіцієнт корисної дії простих механізмів - Фізика


Коефіцієнт корисної дії простих механізмів