Законы сохранения

Простые механизмы. КПД

Пёрышкин «Физика 7», Мякишев «Физика 10»

◆

база 7–9 класса

«Золотое правило» механики: во сколько раз выигрываем в силе, во столько же проигрываем в пути.

Короткое напоминание2

Неподвижный блок меняет только направление силы, подвижный даёт выигрыш вдвое.

КПД реального механизма всегда меньше 100 %: часть работы уходит на трение и на подъём самих деталей.

Простые механизмы дают выигрыш в силе, но не в работе. Во сколько раз выигрываем в силе, во столько проигрываем в перемещении.

По механизмам3

Неподвижный блок выигрыша в силе не даёт — только меняет её направление.

Подвижный блок даёт выигрыш вдвое, но верёвку надо тянуть вдвое длиннее.

Наклонная плоскость без трения: $F = mg\sin\alpha = mg\,h/l$ , выигрыш равен $l/h$ .

⚗

Опыт в Физлабе

Рычаг: моменты сил

Проверь правило на числах: работа на входе и выходе одна.

Реальный механизм часть работы тратит на трение и на подъём собственных частей.

\eta = \dfrac{A_{\text{пол}}}{A_{\text{затр}}} = \dfrac{mgh}{Fs} \cdot 100\,\%

полезная работа — в числителе

Почему КПД всегда меньше 100 %2

Трение убрать полностью нельзя, а массу самого механизма тоже приходится поднимать.

Механизм с КПД выше 100 % был бы вечным двигателем — он невозможен.

В числителе полезная работа, в знаменателе затраченная. Перевёрнутая дробь даёт КПД больше единицы — верный признак ошибки.

Разобранные примеры

Чтобы поднять груз массой

100

кг на

2

м, затратили

2500

Дж. Найдите КПД механизма.разбор

Полезная работа: $A_{\text{пол}}=mgh=100\cdot10\cdot2=2000$ Дж.
$\eta=\dfrac{2000}{2500}=0{,}8=80\%$ .
КПД больше $100\%$ не бывает: если получилось — перепутаны полезная и затраченная.

Ответ:

80\%

Подвижный блок даёт выигрыш в силе в

2

раза. Что происходит с длиной пути?разбор

Ответ: путь вдвое больше