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 .
1 ответ
Никитка Лямаев
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 ).
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?
Похожие вопросы
-
Вопросы ответы
Новое
NEW
Статьи
Информатика
Статьи
Последние вопросы
Игорь 14 лет назад был на 8 лет моложе, чем его
Математика.
Два тела массами m1 и m2 находящие на расстоянии R друг
Физика.
В сосуде 4целых одна пятая литр воды что бы заполнить сосуд
Математика.
Двум малярам Диме И Олегу поручили выкрасить фасад дома они разделили
Разные вопросы.
найти порядковый номер 41Э если в ядре 20 нейтронов
Разные вопросы.
в ряду натуральных чисел 3, 8, 10, 24, … 18 одно
Математика.
Предприятие по производству с/хоз продукции на производство затратило 3527000 руб Валовый
Разные вопросы.
Математика, задано на каникулы. ВАРИАНТ 1004
НОМЕР 1,2,3,4,5,6,7,8.
Математика.
Имеются три конденсатора емкостью С1=1мкФ, С2=2мкФ и С3=3мкФ. Какую наименьшую емкость
Физика.
Из точки м выходят 3 луча MP MN и MK причём
Геометрия.
Облако тегов