Текущая версия на 15:58, 1 июля 2012

Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 8 клас>> Машини і механізми. Прості механізми. Коефіцієнт корисної дії (ККД) механізмів. “Золоте правило” механіки  
Застосовуючи прості механізми, можна змінювати як силу, прикладену до тіла, так і шлях, від яких залежить значення роботи. Чи означає це, що за допомогою простих механізмів можна отримати виграш у роботі?

Чи дає виграш у роботі простий механізм
Закріпимо кінець нитки на гачку динамометра і підвісимо до неї тягарець масою 1 кг (мал. 124). Почнемо рівномірно його піднімати вгору. Динамометр покаже, що до нитки прикладена сила 9,8 Н. Піднімемо вантаж на висоту 0,25 м і розрахуємо роботу, яка буде при цьому виконана:
А = 9,8 Η • 0,25 м = 2,45 Дж.
Кінець нитки закріпимо нерухомо в штативі і пропустимо її через рухомий блок, до якого підвішений вантаж масою 1 кг.
До вільного кінця нитки прикріпимо динамометр і відмітимо на лінійці положення точки приєднання динамометра (мал. 125). Рівномірно підніматимемо динамометр доти, доки вантаж також підійметься на висоту 0,25 м. Динамометр при цьому буде показувати силу 4,9 Н, але шлях, який пройшла точка приєднання динамометра, дорівнюватиме 0,5 м. А виконана робота в цьому випадку А — 4,9 Η • 0,5 м = 2,45 Дж.
Проаналізувавши результати експерименту, можна зробити висновок, що використавши рухомий блок, ми дістали виграш у силі в 2 рази, але програли у шляху, на якому діяла ця сила, також у 2 рази. Робота ж виявилася однаковою і в першому, і в другому випадках.
Отже, піднімати вантаж із застосуванням рухомого блока значно легше, ніж без нього. Але шлях, на якому діятиме сила, буде відповідно більшим.
Жодного виграшу в роботі блок не дав. Подібне можна спостерігати і при використанні важеля або похилої площини. Така закономірність була помічена вченими ще в античні часи і виражена в «золотому правилі» механіки.
При застосуванні реальних простих механізмів на практиці виявляється, що їх застосування навіть дає деякий програш у роботі. Адже виконуючи роботу за опомогою    простого    механізму,     треба ще й переміщувати блок чи важіль, які мають певну вагу, переборювати сили тертя тощо. Цю роботу не можна назвати корисною.  

Жоден із простих механізмів не дає виграшу в роботі. Якщо  виграємо в силі, то  програємо в шляху.
 
Як оцінити якість простого механізму
Щоб оцінити  якість того чи іншого простого механізму, порівнюють корисну роботу, яку необхідно виконати без цього механізму, з роботою, яка виконується із застосуванням простого механізму.
Число, що показує, яку частину від повної роботи Ап становить корисна робота Ак, називають коефіцієнтом корисної дії (ККД):
 ККД = А_к/А_п

У формулах ККД позначають грецькою літерою η («ета»). Коефіцієнт корисної дії зручно виражати у відсотках. Тоді
η=  А_к/А_п •100%.
Коефіцієнт корисної дії може мати різні значення. Чим він більший, тим кращим вважається механізм. Але жоден дослідник чи інженер не зміг виготовити механізм, який мав би ККД більший чи рівний 100 % . І це не через недосконалість технологій. Просто цьому заважають закони природи, які людина не може змінити.
Отже, щоб оцінити якість того чи іншого механізму, потрібно порівняти повну роботу і корисну роботу.

Питання.
1.    Чи можна отримати виграш у роботі, користуючись простими механізмами?
2.    Чому важіль не дає виграшу в роботі?
3.    Чому рухомий блок не дає виграшу в роботі?
4.    Чому корисна робота завжди менша за повну?
5.    Що показує коефіцієнт корисної дії?
6.    Чи може ККД бути більшим за 100 %?
 
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 11

Визначення ККД похилої площини
Мета. Вивчити властивості похилої площини в експериментальних умовах і визначити її ККД.
Обладнання: гладенька дошка завдовжки 50 см, дерев'яний брусок, динамометр, набір важків масою по 100 г кожний, штатив з лапкою, мірна стрічка.
Теоретичні відомості
У техніці, на виробництві і в повсякденному житті застосовують простий механізм, який має назву похилої площини. Це пристрій, у якому довга дошка чи рейка покладені так, що утворюють деякий кут із горизонтом. Як правило, цей кут менший за 45°.
Використання похилої площини дає змогу дістати виграш у силі. Виграш у роботі, як стверджує «золоте правило» механіки, отримати не можна. У реальних умовах той, хто користується похилою площиною, навіть програє в роботі, оскільки при переміщенні тіла похилою площиною виконує додаткову роботу з переборення сил тертя.
Виконання роботи
1.    Кінець дошки закріпіть в лапці штатива так, щоб вона утворювала кут 15...20° з горизонтом. Виміряйте довжину дошки і висоту закріпленого кінця дошки над поверхнею стола.
2.    Виміряйте вагу дерев'яного бруска.
3.    Навантаживши брусок важком масою 100 г, покладіть його на дошку.

4. До бруска приєднайте динамометр і почніть його тягти рівномірно вгору похилою площиною, стежачи за показами динамометра.

5. Повтротіть дослід із бруском, навантаженим спочатку двома, а потім трьома важками.

6. Розрахуйте ККД похилої площини і виграш у силі для кожного із трьох дослідів.

7. Результати вимірювань і розрахунків запишіть у таблицю.
8*. Збільшіть висоту закріпленого кінця дошки і повторіть дослід згідно з п. 1-6. Порівняйте значення ККД для обох випадків і зробіть висновки щодо залежності ККД і виграшу в силі від кута нахилу похилої площини.

Вправа  25
1.    Вантаж масою 25 кг рівномірно піднімають за допомогою нерухомого блока, прикладаючи силу 270 Н. Визначити ККД блока.
2.    Підіймаючи за допомогою нерухомого блока вантаж масою 5 кг на висоту 3 м, виконали роботу 160 Дж. Який ККД блока?
3.    Який вантаж підіймають за допомогою нерухомого блока, якщо сила, прикладена до каната, дорівнює 420 Н, а ККД блока  — 0,72%?
 4. Обчислити роботу, виконану під час піднімання вантажу масою ЗО кг на висоту 12 м за допомогою нерухомого блока з ККД = 90 %.
5*. За допомогою одного рухомого і одного нерухомого блоків підняли рівномірно вантаж масою 80 кг на висоту 8 м. Яка сила була прикладена до вільного кінця каната і яка робота при цьому була виконана під час піднімання вантажу, якщо ККД пристрою становить 80 % ?
6*. Вантаж масою 120 кг підняли на висоту 0,2 м за допомогою важеля. Відношення коротшого плеча важеля до довшого дорівнює 1: 6. Яку силу приклали до довшого плеча важеля і на яку відстань опустився його кінець, якщо ККД = 80 % ?
7*. Щоб підняти вантаж масою 75 кг за допомогою важеля з відношенням плечей 2 : 5, до довшого плеча приклали силу 400 Н. Визначити ККД важеля.

Фізика. 8 клас. Коршак Є.В., Ляшенко О.І., Савченко В.Ф.

Вислано читачами з інтернет-сайту

_{Календарно-тематичне планування з фізики, завдання та відповіді школяру, курси учителю з фізики 8 класу}

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.