Ответьте на вопросы, страница 215 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему КПД простых механизмов всегда меньше 100%?

2. Что необходимо сделать для увеличения КПД механизма?

1. Коэффициент полезного действия (КПД), обозначаемый греческой буквой $η$ (эта), определяется как отношение полезной работы $A_{полезная}$ к полной (затраченной) работе $A_{затраченная}$, выраженное в процентах: $η = \frac{A_{полезная}}{A_{затраченная}} \cdot 100\%$.
В любом реальном механизме полная работа $A_{затраченная}$ складывается из полезной работы $A_{полезная}$ и работы, затраченной на преодоление вредных сил сопротивления $A_{потерь}$ (работа потерь). Таким образом, $A_{затраченная} = A_{полезная} + A_{потерь}$.
Потери энергии происходят в основном из-за:
• Силы трения: трение в осях блоков и рычагов, трение каната о блок, трение между любыми соприкасающимися движущимися частями. Эта работа против сил трения преобразуется во внутреннюю энергию (нагрев).
• Сопротивления окружающей среды: например, сопротивление воздуха при движении.
• Перемещения частей самого механизма: если сам механизм или его части (например, рычаг, веревка, подвижный блок) имеют вес, то часть работы затрачивается на их подъем, что не всегда является полезной работой.
Поскольку в реальных условиях всегда существуют силы трения и другие сопротивления, работа потерь $A_{потерь}$ всегда больше нуля. Из этого следует, что полезная работа $A_{полезная}$ всегда строго меньше затраченной работы $A_{затраченная}$. Вследствие этого отношение $\frac{A_{полезная}}{A_{затраченная}}$ всегда меньше 1, а КПД, соответственно, всегда меньше 100%.

Ответ: КПД простых механизмов всегда меньше 100% из-за неизбежных потерь энергии на преодоление сил трения, сопротивления среды и на перемещение частей самого механизма.

2. Чтобы увеличить КПД механизма, необходимо максимально уменьшить энергетические потери, то есть сделать так, чтобы полезная работа составляла как можно большую часть от всей затраченной работы. Этого можно достичь, уменьшая работу против сил сопротивления.
Основные способы увеличения КПД:
• Уменьшение трения: это главный способ повышения КПД. Его можно достичь:
- применением смазочных материалов для трущихся поверхностей;
- заменой трения скольжения на трение качения (например, используя шариковые или роликовые подшипники вместо втулок);
- тщательной шлифовкой и полировкой соприкасающихся поверхностей;
- использованием материалов с низким коэффициентом трения.
• Уменьшение массы движущихся частей механизма: чем легче сам механизм (рычаги, блоки, тросы), тем меньше энергии тратится на их собственное перемещение.
• Уменьшение сопротивления среды: для быстро движущихся механизмов важно придание им обтекаемой аэродинамической или гидродинамической формы.

Ответ: Для увеличения КПД механизма необходимо уменьшать потери энергии, в первую очередь за счет снижения трения (путем смазки, использования подшипников, полировки поверхностей) и, по возможности, уменьшения веса движущихся частей самого механизма.