Номер 2, страница 196 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Обсуди с товарищами. Параграф 58. Коэффициент полезного действия механизма. Глава 4. Работа и мощность. Энергия - номер 2, страница 196.

Условие.

2*. При подъёме грузов используется как наклонная плоскость, так и наклонный транспортёр — лента, движущаяся по роликам. Какой из этих механизмов имеет больший КПД? Почему?

Решение.

Решение 2.

Решение

Коэффициент полезного действия (КПД) механизма определяется по формуле:

$ \eta = \frac{A_{полезная}}{A_{затраченная}} $

где $A_{полезная}$ — полезная работа, а $A_{затраченная}$ — полная (затраченная) работа.

В обоих рассматриваемых случаях полезная работа заключается в подъёме груза на определённую высоту $h$ и является одинаковой: $A_{полезная} = mgh$, где $m$ — масса груза, $g$ — ускорение свободного падения.

Затраченная работа складывается из полезной работы и работы, совершаемой против сил трения (потери работы): $A_{затраченная} = A_{полезная} + A_{потерь}$.

Чтобы определить, какой механизм имеет больший КПД, необходимо сравнить потери работы $A_{потерь}$ в каждом случае. Чем меньше потери, тем выше КПД.

1. Наклонная плоскость. При подъёме груза по наклонной плоскости необходимо преодолевать силу трения скольжения между грузом и поверхностью плоскости. Работа против силы трения скольжения является основной потерей энергии. Трение скольжения, как правило, является значительной силой.

2. Наклонный транспортёр. В этом случае груз неподвижен относительно ленты транспортёра, поэтому трение скольжения между грузом и лентой отсутствует. Лента движется по роликам, и основные потери работы происходят из-за трения в осях этих роликов. Этот вид трения является трением качения.

Из физики известно, что сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения при прочих равных условиях. Следовательно, работа, затрачиваемая на преодоление трения в транспортёре, будет существенно меньше, чем работа против трения скольжения на наклонной плоскости:

$A_{потерь(транспортёр)} < A_{потерь(наклонная \ плоскость)}$

Поскольку полезная работа одинакова, а потери у транспортёра меньше, его полная затраченная работа также будет меньше. Это означает, что КПД наклонного транспортёра будет выше.

Ответ:

Больший КПД имеет наклонный транспортёр. Причина в том, что использование транспортёра позволяет заменить трение скольжения (груза по плоскости) на трение качения (в роликах транспортёра). Так как сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения, потери энергии на преодоление трения в случае транспортёра оказываются меньше, что и обеспечивает более высокий КПД.