Номер 33, страница 92, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава V. Работа, мощность, энергия. Параграф 25. «Золотое правило» механики. Коэффициент полезного действия механизмов - номер 33, страница 92.

Условие.

33. Измерение КПД наклонной плоскости

Соберите наклонную плоскость, используя деревянную доску и штатив.

Измерьте работу, совершаемую при равномерном подъёме бруска с грузами вдоль всей наклонной плоскости. Запишите результаты измерений и расчёт.

Измерьте работу, совершаемую при равномерном вертикальном подъёме бруска с грузами на такую же высоту. Запишите результаты измерений и расчёт. Найдите КПД данной наклонной плоскости. Запишите результат.

Решение.

Для выполнения данного лабораторного задания необходимо собрать экспериментальную установку, состоящую из деревянной доски (которая будет служить наклонной плоскостью), штатива для её закрепления под углом, деревянного бруска с набором грузов, динамометра для измерения силы и измерительной ленты (линейки) для измерения расстояний.

Проведем необходимые измерения и предположим, что в ходе эксперимента были получены следующие данные.

Дано:

Длина наклонной плоскости, $l = 50$ см
Высота подъёма (верхнего конца плоскости), $h = 10$ см
Вес бруска с грузами (измеренный динамометром), $P = 2,0$ Н
Сила тяги, приложенная для равномерного перемещения бруска вверх по наклонной плоскости (измеренная динамометром), $F_{тяги} = 0,8$ Н

Перевод в систему СИ:
$l = 0,5$ м
$h = 0,1$ м

Найти:

Затраченную работу, $A_з$ - ?
Полезную работу, $A_п$ - ?
КПД наклонной плоскости, $\eta$ - ?

Решение:

Измерьте работу, совершаемую при равномерном подъёме бруска с грузами вдоль всей наклонной плоскости. Запишите результаты измерений и расчёт.

Работа, совершаемая приложенной силой при перемещении тела, называется затраченной работой ($A_з$). Она вычисляется по формуле $A = F \cdot s$, где $\text{F}$ – это приложенная сила, а $\text{s}$ – пройденный телом путь. В нашем случае, сила – это показания динамометра при равномерном движении бруска ($F_{тяги}$), а путь – это длина наклонной плоскости ($\text{l}$).

Формула для расчёта затраченной работы:

$A_з = F_{тяги} \cdot l$

Подставим в формулу значения, полученные в ходе измерений:

$A_з = 0,8 \, \text{Н} \cdot 0,5 \, \text{м} = 0,4 \, \text{Дж}$

Ответ: работа, совершаемая при равномерном подъёме бруска вдоль наклонной плоскости (затраченная работа), составляет $0,4$ Дж.

Измерьте работу, совершаемую при равномерном вертикальном подъёме бруска с грузами на такую же высоту. Запишите результаты измерений и расчёт.

Работа, совершаемая для преодоления силы тяжести при подъёме тела на определённую высоту, является полезной работой ($A_п$). Она вычисляется по формуле $A = P \cdot h$, где $\text{P}$ – вес тела, а $\text{h}$ – высота подъёма. В нашем эксперименте вес бруска с грузами ($\text{P}$) был измерен динамометром, а высота ($\text{h}$) – измерительной лентой.

Формула для расчёта полезной работы:

$A_п = P \cdot h$

Подставим измеренные значения:

$A_п = 2,0 \, \text{Н} \cdot 0,1 \, \text{м} = 0,2 \, \text{Дж}$

Ответ: работа, совершаемая при равномерном вертикальном подъёме бруска на высоту $0,1$ м (полезная работа), составляет $0,2$ Дж.

Найдите КПД данной наклонной плоскости. Запишите результат.

Коэффициент полезного действия (КПД) простого механизма определяется как отношение полезной работы к полной (затраченной) работе. Обычно КПД выражают в процентах.

Формула для расчёта КПД:

$\eta = \frac{A_п}{A_з} \cdot 100\%$

Используем ранее вычисленные значения полезной и затраченной работы:

$\eta = \frac{0,2 \, \text{Дж}}{0,4 \, \text{Дж}} \cdot 100\% = 0,5 \cdot 100\% = 50\%$

Ответ: КПД данной наклонной плоскости равен $50\%$.