Номер 5, страница 216 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

5. Как можно увеличить КПД простого механизма?

Коэффициент полезного действия (КПД) любого механизма, в том числе и простого, представляет собой отношение полезной работы $A_{полезная}$ ко всей затраченной работе $A_{затраченная}$. КПД выражается формулой:

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

В любом реальном механизме затраченная работа всегда больше полезной, так как часть энергии расходуется на преодоление сил сопротивления, которые препятствуют движению. Таким образом, $A_{затраченная} = A_{полезная} + A_{потери}$, где $A_{потери}$ — это работа, теряемая впустую. Следовательно, чтобы увеличить КПД, необходимо максимально уменьшить потери работы ($A_{потери}$).

Основными причинами потерь в простых механизмах являются:

1. Сила трения между движущимися частями механизма (например, в оси блока, в винтовой резьбе, в точке опоры рычага).

2. Вес самого механизма, так как часть работы тратится на перемещение его собственных частей (например, подвижных блоков и тросов в полиспасте).

3. Сопротивление окружающей среды (например, сопротивление воздуха), хотя для большинства простых механизмов этот фактор незначителен.

Исходя из этого, существуют следующие способы увеличения КПД простого механизма:

1. Уменьшение трения

Это самый эффективный и основной способ повышения КПД. Уменьшить трение можно несколькими методами:

• Применение смазочных материалов. Нанесение масла или консистентной смазки на трущиеся поверхности (например, на ось блока) значительно снижает коэффициент трения.
• Замена трения скольжения трением качения. Использование подшипников (шариковых или роликовых) в осях вращающихся деталей позволяет кардинально снизить потери на трение, так как сила трения качения намного меньше силы трения скольжения.
• Шлифовка и полировка поверхностей. Уменьшение шероховатости контактирующих поверхностей также приводит к снижению силы трения.
• Правильный подбор материалов. Использование для контактирующих деталей пар материалов с низким коэффициентом трения (например, сталь по бронзе, использование полимерных покрытий типа тефлона).

2. Уменьшение веса подвижных частей механизма

Если для совершения работы необходимо перемещать части самого механизма, то часть энергии будет бесполезно расходоваться на это перемещение. Например, при подъеме груза с помощью полиспаста приходится также поднимать его подвижные блоки и трос. Используя для изготовления этих деталей более легкие и прочные материалы (например, дюралюминий вместо стали, синтетические тросы вместо стальных), можно уменьшить эту бесполезную работу и, соответственно, повысить КПД.

3. Оптимизация конструкции

Правильное проектирование и точная сборка механизма, обеспечивающие соосность деталей и правильное распределение нагрузок, помогают избежать возникновения дополнительного трения и деформаций, которые также приводят к потерям энергии.

Ответ: КПД простого механизма можно увеличить, уменьшая потери энергии. Основные способы для этого: уменьшение силы трения между деталями (с помощью смазки, установки подшипников, полировки поверхностей), а также уменьшение веса подвижных частей самого механизма за счет использования легких и прочных материалов.