Определение КПД наклонной плоскости

Цели работы:

• научиться рассчитывать КПД наклонной плоскости;
• убедиться в том, что полезная работа, выполненная с помощью простого механизма (наклонной плоскости), меньше полной;
• установить зависимость КПД наклонной плоскости от массы поднимаемого по наклонной плоскости тела;
• установить зависимость КПД наклонной плоскости от угла наклона плоскости (высоты наклонной плоскости при неизменной длине наклонной плоскости).

Оборудование: доска, динамометр, измерительная линейка, брусок, штатив с муфтой и лапкой, набор грузов известной массы.

Задание 1. Определение КПД наклонной плоскости

Ход работы:

1. Установите доску наклонно.
2. Измерьте высоту $h$ и длину $l$ наклонной плоскости.
3. Динамометром измерьте силу тяжести ($mg$), действующую на брусок.
4. Прицепив к бруску динамометр, равномерно двигайте брусок вверх по наклонной плоскости. Измерьте силу тяги $F_{тяги}$.
5. Вычислите $A_{полез.} = mgh$ и $A_{затр.} = F_{тяги}\,l$.
6. Вычислите КПД наклонной плоскости: $\eta = \dfrac{mgh}{F_{тяги}\,l}$.
7. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.
8. Повторите опыт, используя дополнительные грузы (не изменяя высоты наклона доски).
9. Результаты всех измерений и вычислений занесите в таблицу 3.

Таблица 3

№ опыта	$h$, м	$l$, м	$mg$, Н	$F_{тяги}$, Н	$A_{пол.}$, Дж	$A_{затр.}$, Дж	$\eta$
1	0,2	0,5
2	0,2	0,5
3	0,2	0,5

10. Используя результаты таблицы 3, сделайте вывод.

Задание 2. Установление зависимости КПД наклонной плоскости от угла наклона плоскости к горизонту

Ход работы:

1. Установите доску наклонно.
2. Измерьте высоту $h$ и длину $l$ наклонной плоскости.
3. Динамометром измерьте силу тяжести ($mg$), действующую на брусок.
4. Прицепив к бруску динамометр, равномерно двигайте брусок вверх по наклонной плоскости. Измерьте силу тяги $F_{тяги}$.
5. Вычислите $A_{полез.} = mgh$ и $A_{затр.} = F_{тяги}\,l$.
6. Вычислите КПД наклонной плоскости: $\eta = \dfrac{mgh}{F_{тяги}\,l}$.
7. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 4.

Таблица 4

№ опыта	$h$, м	$l$, м	$mg$, Н	$F_{тяги}$, Н	$A_{пол.}$, Дж	$A_{затр.}$, Дж	$\eta$
1	0,1	0,5
2	0,15	0,5
3	0,20	0,5
4	0,25	0,5
5	0,3	0,5
6	0,35	0,5

8. Изменяя высоту наклонной плоскости, повторите пункты 1–8.
9. Используя результаты таблицы 4, сделайте вывод.

Самое важное в главе

Момент силы. Простые механизмы — это приспособления, служащие для преобразования силы. Виды простых механизмов: рычаг, наклонная плоскость, блок, ворот, клин, винт. Простые механизмы дают выигрыш в силе, но не дают выигрыша в работе.

Виды рычага: рычаг первого рода — неподвижная точка опоры располагается между линиями действия сил; рычаг второго рода — неподвижная точка опоры располагается по одну сторону от действующих сил.

Коэффициент полезного действия механизма — отношение полезной работы к полной (затраченной) работе:

$$\eta = \frac{A_п}{A_з} \cdot 100\%.$$

Золотое правило механики: во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии.

Любой простой механизм дает выигрыш в силе, но проигрывает в расстоянии. КПД любого механизма всегда меньше 1.

1. КПД рычага: $\eta = \dfrac{mgh_1}{Fh_2}$; 2) КПД подвижного блока: $\eta = \dfrac{mg}{2F}$; 3) КПД наклонной плоскости: $\eta = \dfrac{mgh}{F \cdot l}$.