Номер 4, страница 192 - гдз по физике 7 класс учебник Кронгарт, Даданбеков

4. Можно ли построить механизм, КПД которого будет равен:

а) 75%;

б) 120%?

Коэффициент полезного действия (КПД) – это физическая величина, характеризующая эффективность механизма или системы. Он определяется как отношение полезной работы $A_{полезная}$, совершенной механизмом, к полной (затраченной) работе $A_{затраченная}$, совершенной над механизмом.

Формула для расчета КПД:

$\eta = \frac{A_{полезная}}{A_{затраченная}} \times 100\%$

Согласно закону сохранения энергии, полная работа, затраченная на привод механизма, всегда больше полезной работы, так как часть энергии неизбежно теряется (превращается во внутреннюю энергию) из-за трения, сопротивления среды и других факторов.

$A_{затраченная} = A_{полезная} + A_{потери}$

где $A_{потери}$ – это работа, затраченная на преодоление сил трения и других потерь.

Поскольку в любом реальном механизме всегда есть потери энергии ($A_{потери} > 0$), полезная работа всегда меньше затраченной ($A_{полезная} < A_{затраченная}$). Следовательно, КПД любого реального механизма всегда меньше 100%.

а) 75%

Решение

КПД, равный 75%, означает, что $\eta = 75\% < 100\%$. Это значит, что 75% от затраченной энергии преобразуется в полезную работу, а остальные 25% тратятся на преодоление сил трения и другие потери. Такое значение КПД вполне реально для множества существующих механизмов (например, для некоторых двигателей внутреннего сгорания или простых механизмов, таких как рычаги или блоки с учетом трения). Поэтому построить такой механизм возможно.

Ответ: да, можно.

б) 120%

Решение

КПД, равный 120%, означал бы, что $\eta = 120\% > 100\%$. С точки зрения формулы, это значит, что полезная работа $A_{полезная}$ будет больше, чем затраченная работа $A_{затраченная}$ ($A_{полезная} > A_{затраченная}$). Это прямо противоречит фундаментальному закону сохранения энергии, согласно которому невозможно получить энергии (или работы) больше, чем было затрачено. Механизм, у которого КПД больше 100%, являлся бы вечным двигателем, создание которого невозможно.

Ответ: нет, нельзя.