КПД — коэффициент полезного действия
Ни один механизм не идеален. Часть работы, которую ты вкладываешь, толкая рычаг или поднимая груз по наклонной плоскости, всегда «теряется» — уходит на трение, нагрев, деформацию. КПД показывает, какая доля твоих усилий пошла именно на полезное дело.
Что такое КПД
ФОРМУЛА КПД
η = Aполезн ÷ Aполн ≤ 1
где Aполезн — полезная работа (та, ради которой всё затевалось), Aполн — полная (затраченная) работа. Часто КПД выражают в процентах, умножая η на 100%.
Почему КПД всегда меньше или равен единице
Полезная работа — это только часть полной затраченной работы, поэтому числитель дроби никогда не может быть больше знаменателя. КПД, равный 100%, означал бы полное отсутствие потерь — идеальный механизм без трения, чего в реальности не бывает.
Пример: наклонная плоскость
Полезная работа — это работа по подъёму груза на нужную высоту: Aполезн = mgh. Полная работа — это работа силы, которую ты прикладываешь вдоль наклонной плоскости: Aполн = F·l, где l — длина наклонной плоскости. Разница между ними уходит на преодоление трения.
Решение задач
Задача 1. КПД наклонной плоскости
Условие: груз массой 20 кг подняли по наклонной плоскости длиной 5 м на высоту 1,5 м, прикладывая вдоль плоскости силу 80 Н. Найди КПД (g = 9,8 м/с²).
Решение:
Aполезн = mgh = 20 · 9,8 · 1,5 = 294 Дж
Aполн = F·l = 80 · 5 = 400 Дж
η = 294 ÷ 400 = 0,735 = 73,5%
Ответ: КПД наклонной плоскости равен 73,5%.
Задача 2. Найти полную работу по известному КПД
Условие: с помощью блока с КПД 80% подняли груз, совершив полезную работу 640 Дж. Найди полную (затраченную) работу.
Решение:
η = Aполезн ÷ Aполн → Aполн = Aполезн ÷ η = 640 ÷ 0,8 = 800 Дж
Ответ: полная работа равна 800 Дж, из них 160 Дж «потерялись» на трении и других потерях.
Краткий итог
ГЛАВНОЕ
КПД η=Aполезн/Aполн всегда ≤ 1 (или ≤ 100%), так как часть затраченной работы неизбежно уходит на трение и другие потери. Чем ближе КПД к 100%, тем эффективнее механизм.
Вопросы и ответы
Оцените урок:
