Номер 1, страница 71 - гдз по физике 7 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 4. Работа и мощность. Энергия. Самостоятельные работы. СР-58. Коэффициент полезного действия механизма. Вариант 1 - номер 1, страница 71.

Условие.

1. Почему полезная работа, которую должен выполнить механизм, всегда меньше полной работы?

Решение.

1. При работе любого реального механизма часть затраченной на его привод энергии всегда теряется, то есть превращается в другие виды энергии, не связанные с выполнением основной задачи. Основной причиной таких потерь является наличие сил сопротивления: силы трения между движущимися частями механизма и силы сопротивления среды (например, воздуха или воды).

Полная работа ($A_з$), совершаемая над механизмом, — это вся энергия, которая была затрачена, чтобы привести его в действие. Согласно закону сохранения энергии, эта работа расходуется на две составляющие: полезную работу ($A_п$) и работу по преодолению сил сопротивления, или работу потерь ($A_{потерь}$). Полезная работа — это та работа, для выполнения которой и был создан механизм (например, поднятие груза на определённую высоту). Работа потерь — это работа, которая идет на преодоление трения и других сопротивлений, и в итоге она обычно переходит во внутреннюю энергию (нагрев) самого механизма и окружающей среды.

Таким образом, можно записать равенство, вытекающее из закона сохранения энергии:

$A_з = A_п + A_{потерь}$

Поскольку в любом реальном механизме всегда присутствуют силы трения и сопротивления, работа потерь ($A_{потерь}$) всегда является положительной величиной ($A_{потерь} > 0$). Следовательно, из приведённой выше формулы видно, что полезная работа всегда меньше полной работы:

$A_п = A_з - A_{потерь}$

Именно по этой причине коэффициент полезного действия (КПД) любого механизма, определяемый как отношение полезной работы к полной ($\eta = \frac{A_п}{A_з}$), всегда меньше единицы (или 100%). Идеальный механизм, у которого $A_п = A_з$, в природе не существует.

Ответ: Полезная работа, выполняемая механизмом, всегда меньше полной работы, потому что часть полной работы неизбежно тратится на преодоление сил трения в движущихся частях механизма и сил сопротивления окружающей среды. Эта часть затраченной работы (работа потерь) не идёт на выполнение целевой задачи, а в основном преобразуется в тепло.