Задание 2, страница 219 - гдз по физике 7 класс учебник Башарулы, Тезекеев

Задание 2. Определение работы, совершаемой при равномерном подъеме тела на высоту$\text{h}$ по наклонной плоскости.

Ход работы

Тело можно поднять на выбранную нами в предыдущем задании вы- соту не только по вертикали, но и по наклонной плоскости длиной $\text{l}$, приложив к нему силу $F_{\text{тяг}}$. При использовании наклонной плоскости, согласно золотому правилу механики, проигрывая в расстоянии ($l > h$), выигрываем в силе ($F_{\text{тяг}} < F$). Работа $A_{\text{полн}}$, совершаемая при использовании наклонной плоскости, равна: $A_{\text{полн}} = F_{\text{тяг}} \cdot l$.

При отсутствии трения работы $A_{\text{полез}}$ и $A_{\text{полн}}$ равны между собой:

$A_{\text{полез}} = A_{\text{полн}}$, или $F \cdot h = F_{\text{тяг}} \cdot l$.

На практике невозможно избежать трения, поэтому полная работа $A_{\text{полн}}$ больше полезной работы

$\frac{A_{\text{полезн}}}{A_{\text{полн}}} > A_{\text{полезн}}$

1. Установите доску наклонно, как на рис. 8.33.6 на стр. 204 (высота подъема и брусок остаются без изменения).

2. Измерьте длину наклонной плоскости $\text{l}$.

3. Прикрепив к бруску динамометр, равномерно двигайте брусок вверх по наклонной плоскости, измерьте силу тяги $F_{\text{тяг}}$.

4. Вычислите работу $A_{\text{полн}}$, совершаемую при равномерном подъеме по наклонной плоскости.

Это лабораторная работа, для решения которой необходимо провести измерения. Ниже представлен общий ход решения и формулы для вычислений.

Дано:

В ходе эксперимента измеряются или являются известными следующие величины:

$h$ — высота подъема тела, м

$l$ — длина наклонной плоскости, м

$P$ — вес тела, Н (определяется взвешиванием на динамометре, $P=mg$)

$F_{тяг}$ — сила тяги при движении по наклонной плоскости, Н

Найти:

$A_{полн}$ — полная работа, Дж

$A_{полезн}$ — полезная работа, Дж

$η$ — КПД наклонной плоскости, %

Решение:

1. Установите доску наклонно, как на рис. 8.33.6 на стр. 204 (высота подъема и брусок остаются без изменения).

На данном этапе подготавливается экспериментальная установка. Доска устанавливается под таким углом, чтобы ее верхний край находился на высоте $h$ над начальным уровнем. Высота $h$ и используемый брусок остаются такими же, как в предыдущем задании, где, вероятно, тело поднимали вертикально.

2. Измерьте длину наклонной плоскости l.

С помощью измерительной ленты или линейки измеряется расстояние, которое тело проходит по наклонной плоскости от ее основания до верхнего края. Это расстояние является длиной наклонной плоскости $l$.

3. Прикрепив к бруску динамометр, равномерно двигайте брусок вверх по наклонной плоскости, измерьте силу тяги F_тяг.

К бруску прикрепляют динамометр и тянут его параллельно наклонной плоскости так, чтобы брусок двигался вверх с постоянной скоростью (равномерно). Равномерность движения важна, чтобы измеряемая сила тяги была равна по модулю сумме проекции силы тяжести на ось движения и силы трения. Значение силы, которое показывает динамометр при таком движении, и есть сила тяги $F_{тяг}$.

4. Вычислите работу А_полн, совершаемую при равномерном подъеме по наклонной плоскости.

Полная (затраченная) работа $A_{полн}$ — это работа, которую совершает приложенная сила тяги $F_{тяг}$ на пути $l$. Она рассчитывается по формуле:

$A_{полн} = F_{тяг} \cdot l$

Эта работа расходуется на подъем тела (полезная работа) и на преодоление силы трения (бесполезная работа).

Ответ: Полная работа вычисляется по формуле $A_{полн} = F_{тяг} \cdot l$.

5. Вычислите полезную работу А_полезн и определите КПД наклонной плоскости.

Полезная работа $A_{полезн}$ — это работа по преодолению силы тяжести при подъеме тела на высоту $h$. Она равна произведению веса тела $P$ на высоту подъема $h$. Вес тела $P$ можно найти, умножив его массу $m$ на ускорение свободного падения $g \approx 9.8$ Н/кг, или измерить динамометром.

$A_{полезн} = P \cdot h = mgh$

Ответ: Полезная работа вычисляется по формуле $A_{полезн} = P \cdot h$.

Коэффициент полезного действия (КПД) $η$ (эта) — это физическая величина, показывающая эффективность механизма. КПД равен отношению полезной работы к полной работе, выраженному в процентах.

$η = \frac{A_{полезн}}{A_{полн}} \cdot 100\%$

Подставив формулы для работ, получим:

$η = \frac{P \cdot h}{F_{тяг} \cdot l} \cdot 100\%$

В реальных условиях из-за наличия трения полная работа всегда больше полезной ($A_{полн} > A_{полезн}$), поэтому КПД любого простого механизма всегда меньше 100%.

Ответ: КПД наклонной плоскости вычисляется по формуле $η = \frac{A_{полезн}}{A_{полн}} \cdot 100\% = \frac{P \cdot h}{F_{тяг} \cdot l} \cdot 100\%$.