Дополнительное задание, страница 55 - гдз по физике 7 класс тетрадь для лабораторных работ Филонович, Петрова

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

Определение КПД наклонной плоскости при изменении её угла наклона

Повторите основной опыт, увеличив угол наклона доски к горизонту.

Высота наклонной плоскости $h = \text{\_\_\_\_}.$

Сила тяги, действующая на брусок, $F = \text{\_\_\_\_}.$

Полезная работа $A_{\text{п}} = P \cdot h = \text{\_\_\_\_}.$

Полная работа $A_{\text{з}} = F \cdot l = \text{\_\_\_\_}.$

КПД наклонной плоскости $\eta = \text{\_\_\_\_}.$

Сделайте вывод (Заполните пропуски.)

При увеличении крутизны наклонной плоскости коэффициент полезного действия $\text{\_\_\_\_}.$

Это можно объяснить тем, что $\text{\_\_\_\_}.$

Где в повседневной жизни (быту) приходится применять «золотое правило» механики?

САМООЦЕНКА ________

Определение КПД наклонной плоскости при изменении её угла наклона

Поскольку в задании не приведены конкретные числовые значения из опыта, для выполнения расчетов воспользуемся гипотетическими, но физически правдоподобными данными для эксперимента с увеличенным углом наклона.

Дано:

Вес бруска: $P = 2$ Н

Длина наклонной плоскости: $l = 0,5$ м

Высота наклонной плоскости: $h = 0,25$ м

Сила тяги (измеренная динамометром): $F = 1,52$ Н

Найти:

$A_п$, $A_з$, $\eta$

Решение:

1. Полезная работа ($A_п$) — это работа по подъему бруска на высоту $\text{h}$ без учета наклонной плоскости. Она равна произведению веса бруска $\text{P}$ на высоту подъема $\text{h}$.

$A_п = P \cdot h = 2 \text{ Н} \cdot 0,25 \text{ м} = 0,5$ Дж.

2. Полная (затраченная) работа ($A_з$) — это работа, которую совершает сила тяги $\text{F}$, перемещая брусок вдоль наклонной плоскости на расстояние $\text{l}$.

$A_з = F \cdot l = 1,52 \text{ Н} \cdot 0,5 \text{ м} = 0,76$ Дж.

3. Коэффициент полезного действия (КПД, $\eta$) наклонной плоскости — это отношение полезной работы к полной работе, выраженное в процентах.

$\eta = \frac{A_п}{A_з} \cdot 100\%$

$\eta = \frac{0,5 \text{ Дж}}{0,76 \text{ Дж}} \cdot 100\% \approx 65,8\%$

Теперь заполним пропуски в бланке на основе наших расчетов.

Ответ:

Высота наклонной плоскости $h =$ 0,25 м.

Сила тяги, действующая на брусок, $F =$ 1,52 Н.

Полезная работа $A_п = P \cdot h =$ 0,5 Дж.

Полная работа $A_з = F \cdot l =$ 0,76 Дж.

КПД наклонной плоскости $\eta \approx$ 65,8%.

Сделайте вывод (Заполните пропуски.)

При увеличении крутизны наклонной плоскости коэффициент полезного действия увеличивается.

Это можно объяснить тем, что с увеличением угла наклона плоскости $\alpha$ уменьшается сила нормальной реакции опоры ($N = P \cos(\alpha)$), действующая на тело. Так как сила трения скольжения пропорциональна силе нормальной реакции ($F_{тр} = \mu N$), она также уменьшается. В результате доля работы, идущей на преодоление силы трения, в общей затраченной работе сокращается, а доля полезной работы, соответственно, возрастает, что и приводит к увеличению КПД.

Ответ: При увеличении крутизны наклонной плоскости коэффициент полезного действия увеличивается. Это можно объяснить тем, что с увеличением угла наклона плоскости $\alpha$ уменьшается сила нормальной реакции опоры ($N = P \cos(\alpha)$), действующая на тело. Так как сила трения скольжения пропорциональна силе нормальной реакции ($F_{тр} = \mu N$), она также уменьшается. В результате доля работы, идущей на преодоление силы трения, в общей затраченной работе сокращается, а доля полезной работы, соответственно, возрастает, что и приводит к увеличению КПД.

Где в повседневной жизни (быту) приходится применять «золотое правило» механики?

«Золотое правило» механики гласит: во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии. Оно проявляется в работе всех простых механизмов, которые мы используем для облегчения труда.

Примеры из повседневной жизни:

1. Наклонная плоскость: пандусы (рампы) для детских и инвалидных колясок, съезды в подземных паркингах. Чтобы поднять объект на небольшую высоту, мы перемещаем его по длинному пандусу, прилагая меньшую силу, чем если бы поднимали его вертикально. Выигрыш в силе компенсируется проигрышем в расстоянии.

2. Рычаг: ножницы, кусачки, плоскогубцы, качели-балансир, открывалка для бутылок. Например, в ножницах, нажимая на длинные ручки (большое расстояние), мы создаем на лезвиях у центра винта большую силу (выигрыш в силе) для разрезания материала.

3. Винт: винтовой домкрат для подъема автомобиля, резьбовые соединения (болт и гайка), крышка на банке. Вращая ручку домкрата на большое расстояние, мы получаем небольшой выигрыш в высоте подъема, но огромный выигрыш в силе, позволяющий поднять тяжелый автомобиль.

4. Блок: подъем флага на флагштоке, полиспасты в альпинизме или на строительных площадках для подъема грузов. Протягивая длинный конец веревки, мы с меньшим усилием поднимаем груз на небольшую высоту.

Ответ: «Золотое правило» механики применяется в быту при использовании пандусов, лестниц, ножниц, гаечных ключей, домкратов, открывалок, мясорубок и других простых механизмов, которые позволяют получить выигрыш в силе за счет проигрыша в расстоянии.