Физика · конспекты
★0
Физика › 7 класс › Работа и мощность. Энергия

Тема 49Коэффициент полезного действия

★★★
Термины темы — найди их в тексте:Коэффициент полезного действияидеальноготрениячастей самого механизмаЗатраченная работаПолезная работаменьше 100 %

«Золотое правило» говорит: работа на входе равна работе на выходе. Но это верно только для идеального механизма. В реальном часть работы тратится:

  1. на преодоление трения;
  2. на перемещение частей самого механизма (блока, верёвки, рычага).
Поднимая груз блоком, поднимаем и сам блок, и верёвку, и преодолеваем трение в оси
Поднимая груз блоком, поднимаем и сам блок, и верёвку, и преодолеваем трение в оси Иллюстрация: light-fizika.ru
Определение

Затраченная работа AзA_\text{з} — работа, которую совершают, приводя механизм в действие. Полезная работа AпA_\text{п} — работа, которую механизм совершает над грузом (ради неё он и нужен).

В реальном механизме всегда Aп<AзA_\text{п}<A_\text{з}.

Определение

Коэффициент полезного действия (КПД) — отношение полезной работы к затраченной. Обозначают η\eta («эта»).

КПД
η=AпAзη=AпAз⋅100 %\eta=\frac{A_\text{п}}{A_\text{з}}\qquad\eta=\frac{A_\text{п}}{A_\text{з}}\cdot100\,\%

КПД не имеет единиц: в числителе и знаменателе — джоули. Его выражают в долях единицы или в процентах. КПД 90 % означает: из 100 Дж затраченной работы 90 Дж — полезные.

Запомни

КПД всегда меньше 100 %. Конструкторы стремятся сделать его как можно ближе к 100 %: уменьшают трение (смазка, подшипники) и массу движущихся частей.

Задача

Ящик массой 20 кг втащили по доске длиной 3 м на высоту 1 м, прикладывая силу 100 Н. Найдите КПД.

Aп=mgh=200⋅1=200A_\text{п}=mgh=200\cdot1=200 Дж; Aз=Fl=100⋅3=300A_\text{з}=Fl=100\cdot3=300 Дж.

η=200300⋅100 %≈67 %\eta=\frac{200}{300}\cdot100\,\%\approx67\,\%
Образ для запоминания

КПД — «процент пользы»: сколько из каждых 100 вложенных джоулей пошло в дело. Остальное «съели» трение и сам механизм.

⚗ Мини-опыт

Поднимите ящик по доске без трения, потом добавьте трение. Сравните полезную и затраченную работу. Как меняется КПД?

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Почему КПД механизма всегда меньше 100 %?
Aп<AзA_\text{п}<A_\text{з}.
2Затраченная работа 500 Дж, полезная 400 Дж. КПД…
400/500=0,8400/500=0{,}8.
3В каких единицах измеряют КПД?
Это отношение двух работ.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Что такое КПД?

    Ответ

    Отношение полезной работы к затраченной.

    Как получилось?

  2. Полезная работа 600 Дж, затраченная — 800 Дж. Найдите КПД.

    Ответ

    η=600800=0,75=75 %\eta=\dfrac{600}{800}=0{,}75=75\,\%.

    Как получилось?

  3. КПД механизма 60 %, затраченная работа 1000 Дж. Найдите полезную работу.

    Ответ

    Aп=0,6⋅1000=600A_\text{п}=0{,}6\cdot1000=600 Дж.

    Как получилось?

  4. Назовите способы повысить КПД механизма.

    Ответ

    Уменьшить трение (смазка, подшипники) и массу движущихся частей.

    Как получилось?

  5. Может ли КПД быть 120 %?

    Ответ

    Нет: полезная работа не может превышать затраченную.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Подвижным блоком подняли груз массой 50 кг на 4 м, прикладывая силу 300 Н. Найдите КПД.

    Ответ

    Aп=500⋅4=2000A_\text{п}=500\cdot4=2000 Дж; верёвку вытянули на 8 м: Aз=300⋅8=2400A_\text{з}=300\cdot8=2400 Дж; η≈83 %\eta\approx83\,\%.

    Как получилось?

  2. По наклонной плоскости длиной 5 м на высоту 1 м втащили груз весом 1000 Н. КПД 80 %. Какую силу прикладывали?

    Ответ

    Aп=1000A_\text{п}=1000 Дж; Aз=10000,8=1250A_\text{з}=\dfrac{1000}{0{,}8}=1250 Дж; F=12505=250F=\dfrac{1250}{5}=250 Н.

    Как получилось?

  3. Насос с КПД 70 % поднял 1 т воды на высоту 10 м. Какую работу совершил двигатель?

    Ответ

    Aп=10 000⋅10=100 000A_\text{п}=10\,000\cdot10=100\,000 Дж; Aз=100 0000,7≈143A_\text{з}=\dfrac{100\,000}{0{,}7}\approx143 кДж.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Коэффициент полезного действия (КПД)
Отношение полезной работы к затраченной. Обозначают η\eta («эта»).
КПД
η=AпAз⋅100 %\eta=\dfrac{A_\text{п}}{A_\text{з}}\cdot100\,\%; всегда меньше 100 %.
Полезная и затраченная работа
Полезная — над грузом; затраченная — на привод механизма.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.