Номер 3, страница 122 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

3. Что такое КПД механизма?

3. Что такое КПД механизма?

Коэффициент полезного действия (КПД) — это физическая величина, которая характеризует эффективность работы механизма. Она показывает, какая доля всей энергии, полученной механизмом (или всей совершенной над ним работы), преобразуется в полезную для человека работу. Обозначается КПД обычно греческой буквой эта ($ \eta $).

При работе любого механизма различают два вида работы:

Полезная работа ($A_{полезная}$) — это та работа, для выполнения которой механизм и был создан. Например, для подъемного крана полезная работа — это работа по подъему груза на определенную высоту, а для насоса — работа по перекачиванию жидкости.

Затраченная (или полная) работа ($A_{затраченная}$) — это вся работа, совершаемая силой, которая приводит механизм в движение. Например, работа, совершаемая электродвигателем крана.

В любом реальном механизме затраченная работа всегда больше полезной ($A_{затраченная} > A_{полезная}$). Это связано с тем, что часть энергии неизбежно расходуется на преодоление вредных сил, таких как сила трения в осях и подшипниках, сила сопротивления воздуха или воды. Эта "потерянная" работа переходит во внутреннюю энергию, то есть в тепло, нагревая сам механизм и окружающую среду.

Таким образом, КПД определяется как отношение полезной работы к затраченной работе:

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

КПД является безразмерной величиной, но для наглядности его часто выражают в процентах, умножая полученное отношение на 100%:

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

Так как полезная работа всегда меньше затраченной, КПД любого реального механизма всегда меньше 1 (или 100%). Чем выше КПД, тем более эффективен механизм, так как это означает, что меньшая часть энергии тратится впустую. Создание механизма с КПД, равным 100%, невозможно из-за фундаментального закона сохранения энергии и наличия сил трения.

Также КПД можно рассчитать через мощности. Если $P_{полезная}$ — полезная мощность (скорость совершения полезной работы), а $P_{затраченная}$ — затраченная мощность (скорость совершения полной работы), то формула для КПД будет выглядеть так:

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

Ответ: КПД (коэффициент полезного действия) механизма — это физическая величина, равная отношению полезной работы, совершаемой механизмом, к полной (затраченной) работе. Он характеризует эффективность механизма и показывает, какая часть затраченной энергии идет на совершение полезного действия. Рассчитывается по формуле $ \eta = \frac{A_{полезная}}{A_{затраченная}} $ (или $ \eta = \frac{A_{полезная}}{A_{затраченная}} \times 100\% $) и для любого реального механизма его значение всегда меньше 100% из-за потерь энергии на трение и другие виды сопротивления.