Коэффициент полезного действия механизма

Рассматривая, как устроены рычаг и блок, мы не учитывали трение, которое возникает при взаимодействии частей системы, и вес рычага и блоков.

То есть мы рассматривали идеальную систему. Однако на практике при выполнении работ этими нюансами нельзя пренебрегать. Рассчитывая, какую работу совершит тот или иной механизм, необходимо вносить поправки, с учетом трения и веса самих механизмов.

Полная работа системы всегда больше полезной работы.

Это утверждение справедливо для всех простых механизмов.

Обозначим полезную работу, работу по перемещению груза, буквой «А» с индексом «пэ»._{ }

Всю работу, с учетом затрат на подъем самого механизма, веревок и на преодоление сил трения, назовем полной, или затраченной работой. Обозначается она буквой «А» с индексом «зэ».

Используя буквенные обозначения, запишем неравенство этих работ. Полезная работа меньше затраченной.

_{  }, или _{ }.

Отношение полезной работы к полной работе называется коэффициентом полезного действия механизма.

Коэффициент полезного действия называют коротко, используя аббревиатуру КПД.

КПД=_{ }

Часто КПД выражают в процентах, тогда коэффициент обозначают греческой буквой (_{ }) «эта».

_{ } =_{ }

При использовании того или иного механизма всегда обращают внимание на этот показатель. Каким же способом его можно уменьшить?

Этого добиваются путем уменьшения трения и снижения веса элементов механизма.

Решим задачу.

Рассчитайте КПД рычага, если с помощью него был поднят груз массой 150 килограмм на один метр. При этом сила, приложенная к длинному концу рычага, совершила работу 2 килоджоуля.

Запишем краткое условие.

_{ }=2 кДж (полная работа равна 2 кДж)

m=150 кг (масса груза — 150 кг)

g=9,8_{ } — ускорение свободного падения – величина постоянная и равна 9,8_{ }

h=1 м (высота 1 м).

Сила, которая приложена к длинному концу рычага, совершит полную (затраченную) работу. Переведем ее значение из килоджоулей в джоули. Для этого числовое значение величины умножим на тысячу.

Запишем массу груза и высоту, на которую он был поднят. Также запишем ускорение свободного падения, эта константа понадобится при решении задачи.

Найти необходимо КПД рычага.

Для того чтобы найти КПД, необходимо разделить полезную работу на затраченную. Полезную работу совершит сила, поднимающая груз на высоту «аш». Она равна произведению веса груза на высоту. Вес груза легко вычислить, умножив ускорение свободного падения на массу самого груза. Вес груза равен 1500 ньютонов. Умножив 1500 ньютонов на один метр, найдем полезную работу. Она равна 1500 джоулей.

Найдя отношение полезной работы к полной и умножив результат на 100%, получаем КПД. КПД данного механизма равен 75%.

Может ли быть КПД больше 100%?

КПД не может быть больше 100%, т.к. полезная работа всегда меньше затраченной. Отношение полезной работы к полной всегда меньше единицы.

_{  }, или _{ }.

Однако все же многие мыслители и изобретатели пытались сделать механизм, который бы преобразовывал всю затраченную работу в полезную.

Такой воображаемый механизм, который безостановочно будет вращать сам себя, да еще при этом совершать работу, например, поднимать груз, получил название «вечного двигателя».

На рисунке изображен мнимый самодвижущийся ме­ханизм. Это один из многих, неудачных проектов, созданных в древние времена.

К краям колеса прикреплены откидные палочки с гру­зами на концах. При всяком положении колеса грузы на правой стороне будут откинуты дальше от центра, неже­ли на левой. Правая половина должна все­гда перетягивать левую и тем самым за­ставлять колесо вращаться. Значит, коле­со должно вращаться вечно, по крайней мере до тех пор, пока не перетрется его ось. Так думал изобретатель. Между тем, если смастерить такой двигатель, он вращаться не будет.

Однако идея создания подобного двигателя так заманчива, что не оставляет умы людей по сей день.