Коэффициент полезного действия

Коэффициент полезного действия

Цель урока: ввести важнейшую характеристику машины и механизма . — коэффициент полезного действия; выяснить содержание «золотого правила» механики.

Оборудование: модель блока; набор грузов; динамометр; линейка.

Демонстрация: работа подвижного блока (выигрыш в силе и проиг-    | рыш в расстоянии).

Ход урока

I. Сообщение по теме «Простые механизмы в быту и технике»

В начале урока заслушивается выступление ученика теме «Простые механизмы в быту и технике». Обычно учащиеся легко находят много

интересных примеров применения механизмов.

Экспериментальное задание. Имеются штатив, блок с крючком, блок НО стержне, бечевка, линейка, динамометр. Определить на опыте работу при равномерном подъеме мешочка с песком на высоту 20см, сначала с помощью неподвижного блока, потом с помощью подвижного. Объяс­нить полученную разницу в величинах работы.

«Золотое правило» механики

Вариант 1

Груз весом 500 Н поднимают на высоту 2 м по наклонной плоскости /шинной 8 м, прикладывая силу Е= 125 Н.

1.  Во сколько раз проигра­
ли в силе?

А. 8 раз. Б. 6 раз. В. 4 раза. Г. 2 раза. Д. 0.

2.  Какую работу А, нужно
совершить, чтобы поднять

груз на данную высоту? А. 8 раз. Б. 6 раз. В. 4 раза. Г. 2 раза. Д. 0. ,

3. Какую работу А₂ совершает при подъеме груза по наклонной плос­
кости?

А. 8 раз. Б. 6 раз. В. 4 раза. Г. 2 раза. Д. 0.

4. Сравните значения А, и А^ Будет ли выигрыш в работе при ис­
пользовании наклонной плоскости?

А. А, = А^ в работе нет ни выигрыша, ни проигрыша. Б. А, > А^ в ра­боте — проигрыш. В. А, < А^ в работе — выигрыш. Ответы: 1.Б 2.В З.Г 4.В 5.А

Вариант 2

Рабочий, прилагает силу Р= 400 Н, поднял груз с помощью подвиж­ного блока на высоту 6 м.

На какое расстояние протянут свобод­ный конец веревки? А. 7,5 м. Б. 2 м. В. 3 м. Г. 9 м. Д. 12 м.

1.        Каков вес поднятого груза?
А. 400 Н. Б. 800 Н. В. 200 Н. Г. 1600 Н.

Д. 100 Н.

2. Какова работа А, приложенной силы?
А. 2400 Дж. Б. 1200 Дж. В. 4800 Дж. Г.

4800Дж.Д.9б00Дж.

3. Какова работа А^ силы тяжести?
А. 2400 Дж'. Б. 1200 Дж. В. 4800 Дж. Г.

4800Дж.Д.9б00Дж.

4. Сравните значения А, и А^. Будет ли выигрыш в работе при ис­пользовании наклонной плоскости? А. А, =.А₂, в работе нет ни выигрыша, ни проигрыша. Б. А, > А,, в ра­боте - проигрыш. В. А, < Аз, в работе - выигрыш. Ответы: 1Д 2.Б З.В 4.Г 5.Б

II. Изучение нового материала

Переходя к освещению основного материала, следует напомнить, что тот или иной механизм нужен, в конечном итоге, для совершения рабо­ты. Однако в реальных условиях, где есть силы трения, сопротивления для совершения необходимой нам работы (полезной работы А_п), всегда требуется совершить большую, чем  А работу.

Простой пример: для поднятия груза, массой m при помощи наклонной плоскости на           высоту h, нам следует совершить полезную работу равную:

Но при подъеме груза мы преодолеваем силу тяжести веревки, силу трения, силу тяжести других приспособлений. В итоге мы совершаем дополнительную, помимо А_п работу. Затраченная на подъем работа оказывается всегда больше полезной.

А >А (2).

Полезная работа — лишь часть полной работы.

Характеристика механизма, определяющая какую долю полезная работа составляет от полной, называется коэффициентом полезного действия — КПД.

Для определения КПД нужно полезную работу разделить на полную. КПД можно выражать либо в процентах, либо числом, которое всегда меньше единицы. КПД обозначают буквой , («эта»).

При конструировании машин и механизмов, всегда ищут пути повы­шения КПД. Для этого уменьшают массу движущихся частей, уменьша­ют трение в деталях.

Созданы машины и механизмы, у которых КПД достигает 98-99%, но все равно построить машину с КПД равным 100% невозможно. Можно лишь достичь условия, что

Ни один механизм не дает выигрыша в работе. В этом легко убедить­ся, если распишем в выражении (4) работы А и А.

Из (5) следует, что выигрывая в силе, мы всегда проигрываем в расстоянии, и — наоборот. Этот закон называется золотым правилом механики.

Автором этого закона является Герон Александрийский - древнегре­ческий ученый.

Данное правило, весьма приближенное, так как не учитывается сила I рения и сила тяжести механизма.

111. Демонстрация работы блока

Демонстрируя работу подвижного блока, можно на практике прове­рить справедливость (5).

Например, поднимая груз массой 10кг высоту 2м при помощи подвижного блока, мы прикладываем к концу веревки силу, равную поло­ни не веса тела.

К=    = 50Я

¹    

При этом мы должны протянуть веревку по длине в 2 раза больше, чем высота подъема. Следовательно,  l, = 2h

 Тогда:

А=А₂ или:

Заключение по уроку должно носить краткий итоговый обзор работы простых механизмов.

Домашнее задание

§    ; вопросы к параграфу; задачи №№

Задачи повышенной трудности:

1. С помощью рычага подняли груз весом 120H на высоту 0,2м  Пле­чи рычага относятся между собой как 1:6. Какую силу необходи­мо приложить к большему плечу рычага и на сколько опустится его конец, если КПД рычага 80%?

2. При помощи подвижного блока равномерно поднимают груз,
прилагая к концу веревки силу 100H. Определите силу трения,
если масса самого блока равна 2кг, а масса груза 16,5кг. Какова бу­
дет полезная и затраченная работа и КПД установки, если высота
подъема груза 4м?