КПД 

Полезная и затраченная работа

На преды­ду­щих за­ня­ти­ях при рас­смот­ре­нии устрой­ства и ра­бо­ты про­стей­ших ме­ха­низ­мов не учи­ты­ва­ли тре­ние между де­та­ля­ми ме­ха­низ­мов, вес ме­ха­низ­мов – это иде­а­ли­зи­ро­ван­ные усло­вия. На прак­ти­ке ра­бо­та, со­вер­ша­е­мая при­ло­жен­ной к телу силой, на­зы­ва­ет­ся за­тра­чен­ной, она все­гда боль­ше ра­бо­ты, ко­то­рая со­вер­ша­ет­ся по пе­ре­ме­ще­нию груза, под­ня­тию груза или пре­одо­ле­нию со­про­тив­ле­ния, эта ра­бо­та на­зы­ва­ет­ся по­лез­ной. По­лез­ная ра­бо­та мень­ше за­тра­чен­ной.

Коэффициент полезного действия

От­но­ше­ние по­лез­ной ра­бо­ты к за­тра­чен­ной ра­бо­те, вы­ра­жен­ной в про­цен­тах, на­зы­ва­ет­ся ко­эф­фи­ци­ен­том по­лез­но­го дей­ствия (КПД): .

КПД вы­ра­жа­ет­ся в про­цен­тах, и для того чтобы его рас­счи­тать, необ­хо­ди­мо знать ра­бо­ту по­лез­ную и ра­бо­ту за­тра­чен­ную. При этом зо­ло­тое пра­ви­ло ме­ха­ни­ки не на­ру­ша­ет­ся, по­то­му что часть ра­бо­ты необ­хо­ди­мо за­тра­тить, на­при­мер, на тре­ние, и, если сло­жить эти рас­хо­ды, по­лу­ча­ет­ся за­тра­чен­ная ра­бо­та.

Эксперимент

На на­клон­ной плос­ко­сти пе­ре­ме­ща­ем ка­рет­ку с гру­зом, с по­мо­щью ди­на­мо­мет­ра узна­ем вес ка­рет­ки с гру­зом, в нашем слу­чае вес 3 Н (рис.1).

Рис. 1

Далее будем ста­рать­ся пе­ре­ме­щать ка­рет­ку по на­клон­ной плос­ко­сти, за­ме­тим при этом по­ка­за­ния ди­на­мо­мет­ра, ко­то­рый по­ка­жет силу тяги при­кла­ды­ва­е­мой к ка­рет­ке. При рав­но­мер­ном пе­ре­ме­ще­нии сила тяги равна 1,8Н. Узна­ем путь ка­рет­ки, он со­став­ля­ет 0,38 м, вы­со­та на ко­то­рую ка­рет­ку под­ня­ли 0,18 м (рис.2).

Рис. 2

Рас­счи­ты­ва­ем по­лез­ную и за­тра­чен­ную ра­бо­ту. Мы под­ня­ли груз весом P на вы­со­ту h – это по­лез­ная ра­бо­та: .

Сила тяги и путь прой­ден­ный ка­рет­кой – это за­тра­чен­ная ра­бо­та: .

Опре­де­лим КПД: .

Задача

Усло­вие: с по­мо­щью непо­движ­но­го блока груз мас­сой m = 100 кг, под­ня­ли на вы­со­ту h = 5 м. Необ­хо­ди­мо по­счи­тать за­тра­чен­ную ра­бо­ту , если КПД этой уста­нов­ки = 70%.

Ре­ше­ние

В фор­му­лу рас­че­та КПД за­пи­шем из­вест­ные нам дан­ные и пре­об­ра­зу­ем, раз­де­лив левую и пра­вую часть на 100%.

Из этого вы­ра­же­ния по­лу­чим .

Чтобы рас­счи­тать по­лез­ную ра­бо­ту, необ­хо­ди­мо вы­яс­нить, что по­лез­но­го со­вер­ша­лось в дан­ной за­да­че. Груз мас­сой 100 кг под­ни­ма­ли на вы­со­ту 5 м.

– уско­ре­ние сво­бод­но­го па­де­ния.

Объ­еди­ня­ем все по­лу­чен­ные фор­му­лы вме­сте: .

Про­вер­ка еди­ниц из­ме­ре­ния: .

Ответ: при­бли­зи­тель­ное зна­че­ние ра­бо­ты со­став­ля­ет 7143 Дж.

Заключение

Когда кон­струк­то­ры со­зда­ют раз­лич­ные ме­ха­низ­мы, они стре­мят­ся уве­ли­чить КПД, под­би­ра­ют сма­зоч­ные ма­те­ри­а­лы, ма­те­ри­а­лы для из­го­тов­ле­ния из­де­лия. Но есть еще спо­соб уве­ли­чить КПД, необ­хо­ди­мо умень­шать вес са­мо­го ме­ха­низ­ма.