Լծակ ֆիզիկայում. Լծակի արդյունավետությունը որոշելու բանաձև. Առաջադրանքի օրինակ

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-02 13:56

Ցանկացած մեքենա կամ մեխանիզմ, որը ստեղծվել է մարդու կողմից, նախատեսված է որոշակի օգտակար աշխատանք կատարելու համար: Դա անելու համար էներգիա է պահանջվում: Ծախսված և օգտակար աշխատանքի հարաբերակցության հարցը դիտարկենք լծակի արդյունավետության որոշման օրինակով։

Լծակի մասին

Լծակը ցանկացած պարզ մեխանիզմ է, որը ծառայում է ուժի մեծության և ուղղության փոխակերպմանը: Բաղկացած է գերանից և հենարանից, ընդհանուր դեպքում ունի երկու թեւ։ Զենքերից յուրաքանչյուրի վրա ուժ է գործադրվում։ Երկու ուժերն էլ հակված են ուսերը հակառակ ուղղություններով շրջել: Հետևաբար, նրանցից մեկը միշտ աշխատում է մյուսի դեմ։

Լծակը թույլ է տալիս հաղթել ճանապարհին կամ ուժով, մինչդեռ կորուստ կլինի համապատասխանաբար ուժով կամ ճանապարհին։ Հիմնական լծակի բանաձևը, որը նկարագրում է նրա ուսերի հավասարակշռությունը, տրված է ստորև՝

F/R=d_R/d_F.

Այստեղ F ուժը աշխատում է R բեռի քաշի դեմ՝ ազդելով d_F երկարությամբ ուսի վրա: Բեռը գտնվում է ուսի վրա, որի երկարությունը d_{R է: Բանաձևն արտացոլում է հակադարձ համեմատականությունը ուժերի և ուսերի հարաբերակցության միջև։}

Հաջորդ պահին. Երբ ուսերը սկսվում ենշարժվել, նրանցից մեկը բարձրանում է մինչև h₁ բարձրությունը, իսկ մյուսն ընկնում է մինչև h_{2 բարձրությունը: Քանի որ ուսերի պտտման անկյունը նույնն է լինելու, ապա այլ ուժերի բացակայության դեպքում վերը նշված բանաձևը կարելի է վերաշարադրել հետևյալ կերպ.}

F/R=h₁/h_2.

Այնուհետև այս բանաձևը կօգտագործվի լծակի արդյունավետությունը որոշելու համար:

Պարզ մեխանիզմի արդյունավետություն

Հիշեք, որ ֆիզիկայում աշխատանքը արժեք է, որը հավասար է ուժի արտադրյալին և այն ուղու, որի ընթացքում այն գործել է:

A=Fl.

Ցանկացած մեխանիզմի արդյունավետությունը բնութագրում է դրա աշխատանքի արդյունավետությունը։ Դուք կարող եք այն հաշվարկել՝ օգտագործելով այս բանաձևը՝

արդյունավետություն=A_p/A_z100%.

Այնտեղ, որտեղ A_p-ը մեխանիզմի կատարած օգտակար աշխատանքն է, A_{z-ն այն աշխատանքն է, որը պետք է ծախսվեր:}

Մարդկությունը պատմության ընթացքում փորձել է ստեղծել մեխանիզմներ, որոնցում A_z=A_p, բայց ոչ ոք դեռ չի հասել այս հավասարությանը: Ծախսված աշխատանքը միշտ մեծ է A_{p արժեքից։}

Օգտագործելով նախորդ պարբերությունում ստացված լծակի բանաձևը՝ կարող ենք գրել լծակի արդյունավետությունը որոշելու բանաձևը՝

A_p=Rh₁; A_h=Fh_2;

արդյունավետություն=A_p/A_z 100%=Rh₁ /(Fh_2)100%.

Եթե հաշվի առնենք լծակի համապատասխան արտահայտությունը, կարող է թվալ, որ դրա արդյունավետությունը հավասար կլինի 100%-ի: Սակայն դա այդպես չէ, քանի որ առանցքի մեջ միշտ շփում կառոտացիա և օդի շփում: Այս պրոցեսների արդյունքում ծախսված աշխատանքը մասամբ ծախսվում է շրջակա միջավայրի և լծակի մասերի տաքացման վրա, ուստի մեխանիզմի արդյունավետությունը միշտ 100%-ից պակաս է։։

Արդյունավետությունը որոշելու խնդիր

Ենթադրենք, որ F=18 N լծակի վրա կիրառված ուժը հանգեցրել է 3 կգ կշռող բեռի 0,3 մետր բարձրության բարձրացմանը: Հաշվի առնելով, որ F ուժի կիրառման ուսը իջել է 0,6 մետրով, հաշվարկեք լծակի արդյունավետությունը։

Հաշվե՛ք օգտակար և ծախսված աշխատանքը՝

A_p=Rh₁=mgh_{1=39,810,3=8,829 J;}

Ա_з=Fh_{2=180.6=10.8 Ջ.}

Ինչպես տեսնում եք, A_z > A_{p: Լծակի արդյունավետությունը՝}

Արդյունավետություն=A_p/A_{z100%=8, 829/10, 8100%=81, 75 %.}

Արդյունավետության այս արժեքը կարելի է բարձրացնել՝ լծակի պտտման առանցքին քսելով: