Вопросы, страница 89 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Вопросы

1. Одинаковую ли работу совершает электродвигатель при равномерном перемещении бруска на одинаковое расстояние, но с большей скоростью?

2. Как изменяется мощность электродвигателя при увеличении скорости перемещения одного и того же груза?

3. В чём преимущество использования электродвигателей на транспорте по сравнению с тепловыми машинами?

4. Почему на морских кораблях с тепловыми двигателями или ядерными реакторами вырабатываемую энергию преобразуют в электрическую энергию и осуществляют вращение гребных винтов с помощью электродвигателей?

1. Работа, совершаемая двигателем при равномерном перемещении, определяется по формуле $A = F \cdot s$, где $\text{F}$ – сила тяги, а $\text{s}$ – пройденное расстояние. При равномерном движении сила тяги двигателя равна по модулю силе сопротивления движению (в основном силе трения). В первом приближении можно считать, что сила трения скольжения не зависит от скорости. Поскольку и сила $\text{F}$, и расстояние $\text{s}$ в обоих случаях одинаковы, то и работа, совершаемая электродвигателем, будет одинаковой.

Однако стоит отметить, что в реальности при увеличении скорости возрастает сила сопротивления воздуха, поэтому для поддержания равномерного движения с большей скоростью потребуется приложить большую силу. В этом случае работа при движении с большей скоростью будет больше. Но в рамках школьного курса физики, если не оговорено иное, такими эффектами обычно пренебрегают.

Ответ: Да, работа одинаковая (при условии, что сила сопротивления не зависит от скорости).

2. Мощность — это физическая величина, равная отношению работы ко времени, за которое она совершена ($P = \frac{A}{t}$), или, при равномерном движении, произведению силы тяги на скорость ($P = F \cdot v$). При перемещении одного и того же груза сила тяги $\text{F}$ остается постоянной (для преодоления силы тяжести и силы трения). Следовательно, из формулы $P = F \cdot v$ видно, что при увеличении скорости $\text{v}$ мощность $\text{P}$ также будет увеличиваться прямо пропорционально скорости.

Ответ: Мощность увеличится прямо пропорционально увеличению скорости.

3. Использование электродвигателей на транспорте имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с тепловыми машинами (например, двигателями внутреннего сгорания):

1. Высокий КПД: Коэффициент полезного действия электродвигателей (более 90%) значительно выше, чем у ДВС (20–45%).

2. Экологичность: Электродвигатели не производят вредных выбросов в месте эксплуатации, что улучшает экологическую обстановку, особенно в городах.

3. Низкий уровень шума: Электромобили и электропоезда работают значительно тише транспорта с ДВС.

4. Простота и надежность конструкции: В электродвигателе меньше движущихся частей, что делает его более надежным, долговечным и дешевым в обслуживании.

5. Превосходные тяговые характеристики: Электродвигатель развивает максимальный крутящий момент практически с нулевых оборотов, что обеспечивает отличное ускорение.

6. Возможность рекуперативного торможения: Электродвигатель может работать в режиме генератора, возвращая часть энергии при торможении обратно в батарею, что повышает общую энергоэффективность.

Ответ: Основные преимущества: высокий КПД, экологичность (отсутствие локальных выбросов), низкий уровень шума, надежность, лучшие тяговые характеристики и возможность рекуперации энергии.

4. На морских кораблях энергию от тепловых двигателей (дизельных, газотурбинных) или ядерных реакторов часто преобразуют в электрическую, а затем с помощью электродвигателей вращают гребные винты. Такая схема, называемая электродвижением, используется по нескольким причинам:

• Гибкость компоновки: Отсутствие жесткой механической связи между главным двигателем и гребным винтом позволяет размещать силовую установку (дизель-генераторы) в любом удобном месте на судне. Это оптимизирует распределение веса, освобождает ценное пространство и снижает передачу вибраций и шума на корпус.

• Эффективность в широком диапазоне скоростей: Тепловые двигатели наиболее эффективны при работе на постоянных, оптимальных оборотах. В схеме электродвижения они работают в этом режиме, вращая генераторы. Электродвигатели же, питающиеся от этих генераторов, эффективно работают в любом скоростном режиме, обеспечивая движение судна с нужной скоростью. Это снижает расход топлива по сравнению с прямой передачей.

• Улучшенная маневренность: Электродвигатели обеспечивают плавное и быстрое изменение скорости и направления вращения винтов без сложных редукторов и реверсивных механизмов, что значительно повышает маневренность судна.

• Надежность и резервирование: Система может состоять из нескольких дизель-генераторов. При отказе одного из них, остальные продолжат обеспечивать судно энергией. Единая электросеть питает и движение, и все бортовые системы, что упрощает управление энергией на судне.

• Снижение шумности: Отсутствие прямой механической связи и возможность размещать двигатели на виброизолирующих платформах резко снижает уровень шума, что критически важно для военных кораблей (скрытность) и пассажирских лайнеров (комфорт).

Ответ: Это делается для повышения эффективности, улучшения маневренности, гибкости в проектировании судна, повышения надежности и снижения уровня шума.