Номер 34, 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 34, страница 92.

Условие.

34. Попробуйте измерить в домашних условиях КПД одного из простых механизмов. Опишите ваш опыт и проиллюстрируйте его фотографиями и видеосъёмкой.

Решение.

Для измерения КПД простого механизма в домашних условиях можно выбрать наклонную плоскость. Это один из самых простых для сборки и анализа механизмов. Ниже представлено описание опыта и пример расчета.

Цель опыта: определить коэффициент полезного действия (КПД) наклонной плоскости.

Оборудование: доска (или любая другая ровная твердая поверхность, например, книга в твердой обложке), стопка книг для создания наклона, динамометр (если его нет, можно использовать электронные кухонные весы и нить), брусок или любой другой небольшой предмет (например, игрушечная машинка), линейка или рулетка.

Ход работы:

1. С помощью динамометра измерьте вес бруска $\text{P}$ в ньютонах. Для этого подвесьте брусок на крючок динамометра. Это будет сила тяжести, действующая на брусок.

2. Соберите наклонную плоскость: положите один конец доски на стопку книг.

3. С помощью линейки измерьте высоту наклонной плоскости $\text{h}$ (высоту стопки книг) и ее длину $\text{L}$ (длину доски от основания до верхнего края).

4. Прикрепите брусок к динамометру. Равномерно (без ускорения) тяните брусок вверх по наклонной плоскости, держа динамометр параллельно плоскости. Зафиксируйте показание динамометра — это будет приложенная сила тяги $F_{тяги}$. Для большей точности проведите измерение 3-5 раз и найдите среднее значение силы тяги.

5. Рассчитайте полезную работу $A_{полезная}$. Это работа, необходимая для подъема бруска на высоту $\text{h}$ без использования наклонной плоскости: $A_{полезная} = P \cdot h$.

6. Рассчитайте затраченную (полную) работу $A_{затраченная}$. Это работа, которую вы совершили, прикладывая силу $F_{тяги}$ для перемещения бруска на расстояние $\text{L}$: $A_{затраченная} = F_{тяги} \cdot L$.

7. Вычислите КПД наклонной плоскости по формуле: $\eta = \frac{A_{полезная}}{A_{затраченная}} \cdot 100\%$.

8. Сделайте фотографии вашего оборудования, установки и процесса измерений (например, измерение веса, высоты, длины, силы тяги). Снимите короткое видео, на котором вы перемещаете брусок по наклонной плоскости, измеряя силу тяги динамометром.

Пример расчета:

Дано:

Вес бруска, $P = 2 \text{ Н}$
Высота наклонной плоскости, $h = 15 \text{ см}$
Длина наклонной плоскости, $L = 50 \text{ см}$
Сила тяги, измеренная динамометром, $F_{тяги} = 0.8 \text{ Н}$

Перевод в систему СИ:
$h = 0.15 \text{ м}$
$L = 0.5 \text{ м}$

Найти:

КПД наклонной плоскости, $\eta$

Решение:

1. Найдем полезную работу. Это работа по преодолению силы тяжести при подъеме груза на высоту $\text{h}$.

$A_{полезная} = P \cdot h = 2 \text{ Н} \cdot 0.15 \text{ м} = 0.3 \text{ Дж}$

2. Найдем затраченную (полную) работу. Это работа, совершаемая силой тяги при перемещении груза вдоль наклонной плоскости на расстояние $\text{L}$.

$A_{затраченная} = F_{тяги} \cdot L = 0.8 \text{ Н} \cdot 0.5 \text{ м} = 0.4 \text{ Дж}$

3. Рассчитаем КПД по формуле:

$\eta = \frac{A_{полезная}}{A_{затраченная}} \cdot 100\% = \frac{0.3 \text{ Дж}}{0.4 \text{ Дж}} \cdot 100\% = 0.75 \cdot 100\% = 75\%$

Затраченная работа оказывается больше полезной, так как часть энергии расходуется на совершение работы против силы трения, действующей между бруском и поверхностью наклонной плоскости.

Ответ: КПД наклонной плоскости в данном опыте составляет $75\%$.

Примечание: Для выполнения задания вам необходимо провести реальные измерения с вашим оборудованием, подставить свои значения в формулы и сопроводить отчет собственными фотографиями и видеоматериалами, как того требует условие задачи.