Тело массой 3 кг поднимают ввысь по наклонной плоскости на высоту

Тело массой 3 кг поднимают ввысь по наклонной плоскости на вышину 8 м. Угол наклона плоскости к горизонту равен 30". коэффициент 0.2. Найти работу силы и коэффициент полезного Деяния .

Задать свой вопрос
1 ответ
Задачка на КПД, поэтому начнём с КПД:
КПД отношение полезной работы к затраченной, т.е.
= Aпол/Aзат.

Aпол это работа по изменению возможной энергии багажа, т.е. работа против силы тяжести: Aпол = m*g*h (h - вышина подъёма, т.е. в вертикальном направлении)

Aзат это работа силы F, с которой мы толкаем груз, при этом груз проходит вдоль горки путь l. Работа силы это сила помножить на перемещение вдоль полосы действия силы:
Aзат = F*l

Я сделал объясняющий набросок к задачке. Дальше следует применить второй закон Ньютона в проекциях на оси x и y. Но я лучше попробую более наименее "на пальцах" пояснить.

При равномерном подъёме сила F обязана восполнить силу трения скольжения и ту часть силы тяжести, которая направлена вдоль горки против движения (m*g*sin):
F = Fтр + m*g*sin

 Сила трения скольжения по закону Амонтона-Кулона: Fтр = *N, где  коэф. трения, N сила реакции опоры, которая компенсирует ту часть силы тяжести, которая перпендикулярна плоскости горки:
N = m*g*cos.

Тогда:
Fтр = *m*g*cos
F = *m*g*cos + m*g*sin = m*g*(*cos + sin)

Затраченная работа:
Aзат = m*g*(*cos + sin)*l

Стоит отметить, что длина поверхности горки l гипотенуза с противолежащим для угла катетом h. Тогда l = h/sin:
Aзат = m*g*(*cos + sin)*h/sin = m*g*h*(*cos/sin + sin/sin)
Aзат = m*g*h*(*ctg + 1)

Таким образом, КПД:
= (m*g*h)/(m*g*h*(*ctg + 1))
= 1/(*ctg + 1)

Это решения для работы силы (затраченной работы) Aзат и КПД в общем виде. Найдём численные значения:
Aзат = 3 кг * 10 Н/кг * 8 м * (0,2 * ctg30 + 1) = 240 Дж * (0,2*3 + 1) 323,1 Дж.
= 1/(0,2 * ctg30 + 1) = 1/(0,2*3 + 1) 0,743 (либо 74,3 %).

Отмечу занимательные моменты:
1. Если бы не было силы трения ( = 0), то сообразно решению общего вида затраченная работа была бы одинакова m*g*h, то есть полезной работе. КПД был бы равен 1 (т.е. 100%).
2. Чем больше коэф. трения , тем больше приходится совершить работу силы, и тем меньше КПД. Это следует не только из логики, но и из решения в общем виде.
3. Чем больше угол наклона  (в границах от 0 до 90, т. е. чисто горизонтальная и чисто вертикальная поверхность), тем меньше значение котангенса ctg, тем меньше приходится совершить работу силы, и тем больше КПД. Для вертикальной стены КПД станет одинаковой 100 % (трение будет отсутствовать, т.к. мы при этом прижимать не будем тело к плоскости). Это также всё следует не только из логики, но и из решения в общем виде.
4. Природно, чем больше масса багажа, чем выше поднимать, и чем посильнее трение, тем больше надобно затратить работу. Увеличение же угла наклона (убавленье котангенса ctg) убавляет работу силы, т. к. телу для подъёма на вышину h понадобится пройти наименьший путь по поверхности l.
5. От массы груза и, тем более, от вышины, на которую поднимаем груз, КПД не зависит. КПД характеризует эффективность механизма (наклонной плоскости), т. е. насколько существенна сила трения между поверхностями тела и плоскости (коэф. трения ) и насколько длиннющий путь по ней придётся телу пройти (угол наклона ).
, оставишь ответ?
Имя:*
E-Mail:


Добро пожаловать!

Для того чтобы стать полноценным пользователем нашего портала, вам необходимо пройти регистрацию.
Зарегистрироваться
Создайте собственную учетную запить!

Пройти регистрацию
Авторизоваться
Уже зарегистрированны? А ну-ка живо авторизуйтесь!

Войти на сайт