Коэффициентом полезного действия механизма называют: Что называется коэффициентом полезного действия механизма?

Содержание

Коэффициент полезного действия | Физика

Используя тот или иной механизм, мы совершаем работу, всегда превышающую ту, которая необходима для достижения поставленной цели. В соответствии с этим различают полную или затраченную работу A_з и полезную работу A_п. Если, например, наша цель — поднять груз массой m на высоту h, то полезная работа — это та, которая обусловлена лишь преодолением силы тяжести, действующей на груз. При равномерном подъеме груза, когда прикладываемая нами сила равна силе тяжести груза, эта работа может быть найдена следующим образом:

A_п = F_тh = mgh. (24.1)

Если же мы применяем для подъема груза блок или какой-либо другой механизм, то, кроме силы тяжести груза, нам приходится преодолевать еще и силу тяжести частей механизма, а также действующую в механизме силу трения. Например, используя подвижный блок, мы вынуждены будем совершать дополнительную работу по подъему самого блока с тросом и по преодолению силы трения в оси блока. Кроме того, выигрывая в силе, мы всегда проигрываем в пути (об этом подробнее будет рассказано ниже), что также влияет на работу. Все это приводит к тому, что затраченная нами работа оказывается больше полезной:

A_з > A_п

Полезная работа всегда составляет лишь некоторую часть полной работы, которую совершает человек, используя механизм.

Физическая величина, показывающая, какую долю составляет полезная работа от всей затраченной работы, называется коэффициентом полезного действия механизма.

Сокращенное обозначение коэффициента полезного действия — КПД.

Чтобы найти КПД механизма, надо полезную работу разделить на ту, которая была затрачена при использовании данного механизма.

Коэффициент полезного действия часто выражают в процентах и обозначают греческой буквой η (читается «эта»):

η =* 100% (24.2)

Поскольку числитель A_п в этой формуле всегда меньше знаменателя A_з, то КПД всегда оказывается меньше 1 (или 100%).

Конструируя механизмы, стремятся увеличить их КПД. Для этого уменьшают трение в осях механизмов и их массу. В тех случаях, когда трение ничтожно мало и используемые механизмы имеют массу, пренебрежимо малую по сравнению с массой поднимаемого груза, коэффициент полезного действия оказывается лишь немного меньше 1. В этом случае затраченную работу можно считать примерно равной полезной работе:

A_з ≈ A_п (24.3)

Следует помнить, что выигрыша в работе с помощью простого механизма получить нельзя.

Поскольку каждую из работ в равенстве (24.3) можно выразить в виде произведения соответствующей силы на пройденный путь, то это равенство можно переписать так:

F₁s₁ ≈ F₂s₂ (24.4)

Отсюда следует, что,

выигрывая с помощью механизма в силе, мы во столько же раз проигрываем в пути, и наоборот.

Этот закон называют «золотым правилом» механики. Его автором является древнегреческий ученый Герон Александрийский, живший в I в. н. э.

«Золотое правило» механики является приближенным законом, так как в нем не учитывается работа по преодолению трения и силы тяжести частей используемых приспособлений. Тем не менее оно бывает очень полезным при анализе работы любого простого механизма.

Так, например, благодаря этому правилу мы сразу можем сказать, что рабочему, изображенному на рисунке 47, при двукратном выигрыше в силе для подъема груза на 10 см придется опустить противоположный конец рычага на 20 см. То же самое будет и в случае, изображенном на рисунке 58. Когда рука человека, держащего веревку, опустится на 20 см, груз, прикрепленный к подвижному блоку, поднимется лишь на 10 см.

1. Почему затраченная при использовании механизмов работа оказывается все время больше полезной работы? 2. Что называют коэффициентом полезного действия механизма? 3. Может ли КПД механизма быть равным 1 (или 100%)? Почему? 4. Каким образом увеличивают КПД? 5. В чем заключается «золотое правило» механики? Кто его автор? 6. Приведите примеры проявления «золотого правила» механики при использовании различных простых механизмов.

Коэффициент полезного действия механизма

Онлайн калькуляторы

На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.

Справочник

Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!

Заказать решение

Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!

Главная Справочник Коэффициенты Коэффициент полезного действия механизма

Определение и формула коэффициента полезного действия механизма

В жизни человек сталкивается с проблемой и необходимостью превращения разных видов энергии. Устройства, которые предназначены для преобразований энергии, называют энергетическими машинами (механизмами). К энергетическим машинам, например, можно отнести: электрогенератор, двигатель внутреннего сгорания, электрический двигатель, паровую машину и др.

В теории любой вид энергии может полностью превратиться в другой вид энергии. Но на практике помимо преобразований энергии в машинах происходят превращения энергии, которые названы потерями. Совершенство энергетических машин определяет коэффициент полезного действия (КПД).

Коэффициент полезного действия можно определить через работу, как отношение (полезная работа) к A (полная работа):

Кроме того, можно найти как отношение мощностей:

где — мощность, которую подводят механизму; — мощность, которую получает потребитель от механизма. Выражение (3) можно записать иначе:

где — часть мощности, которая теряется в механизме.

Из определений КПД очевидно, что он не может быть более 100% (или не моет быть больше единицы). Интервал в котором находится КПД: .

Коэффициент полезного действия используют не только в оценке уровня совершенства машины, но и определения эффективности любого сложного механизма и всякого рода приспособлений, которые являются потребителями энергии.

Любой механизм стараются сделать так, чтобы бесполезные потери энергии были минимальны (). С этой целью пытаются уменьшить силы трения (разного рода сопротивления).

КПД соединений механизмов

При рассмотрении конструктивно сложного механизма (устройства), вычисляют КПД всей конструкции и коэффициенты полезного действия всех его узлов и механизмов, которые потребляют и преобразуют энергию.

Если мы имеем n механизмов, которые соединены последовательно, то результирующий КПД системы находят как произведение КПД каждой части:

При параллельном соединении механизмов (рис.1) (один двигатель приводит в действие несколько механизмов), полезная работа является суммой полезных работ на выходе из каждой отдельной части системы. Если работу затрачиваемую двигателем обозначить как , то КПД в данном случае найдем как:

Рис. 1

Единицы измерения КПД

В большинстве случаев КПД выражают в процентах

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Efficiency of Machines by Ron Kurtus

SfC Home > Physical Science > Machines >

Рон Куртус (пересмотрено 27 июня 2016 г. )

Эффективность машины показывает, насколько хорошо ее входная энергия преобразуется в полезную выходную энергию или работу. Это основной фактор полезности машины и представляет собой долю или процент от выхода, деленного на вход.

Согласно закону сохранения энергии , общая выходная энергия или работа должны равняться общей входной энергии. Однако часть входной энергии не способствует выходной работе и теряется на такие вещи, как трение и тепло.

Примеры эффективности машин включают рычаг, автомобиль и вечный двигатель.

У вас могут возникнуть следующие вопросы:

Что такое уравнение эффективности?
Как вписываются потери?
Каковы некоторые примеры эффективности?

Этот урок ответит на эти вопросы. Полезный инструмент: Преобразование единиц

Уравнение эффективности

Эффективность машины показывает, сколько энергии теряется на трение и тепло во время ее работы. Поскольку работа представляет собой изменение кинетической энергии, КПД машины можно определить как процент работы на выходе, деленный на работу на входе, за вычетом работы, потерянной на трение и выделение тепла.

Eff = W _O /W _I

где

Eff — десятичная дробь эффективности
Вт _O выходная работа или энергия
Вт _I это вложенная работа или усилие или энергия

Умножьте Eff на 100% , чтобы получить процент эффективности .

Потери

В соответствии с Законом сохранения энергии выходная работа или энергия равна входной работе минус работа, потерянная на трение и теплоту:

З _О = З _И − З _Потеря

Замена W _O в уравнении эффективности:

Eff = (Вт _I − Вт _Потери )/Вт _I

или

Eff = 1 _{− Вт _Потери / Вт _I}

Примеры

Примеры эффективности включают рычаг и автомобиль.

Рычаг

Простой рычаг теряет около 2% или 0,02 входной энергии на внутреннее трение в точке опоры:

Вт _Потери = 0,02 Вт _I

Таким образом:

Эфф = 1 _{− 0,02 Вт _я /W _я}
Эфф = 1 − 0,02
Эфф = 0,98 или 98%

Автомобиль

С другой стороны, КПД автомобиля составляет всего около 15%. Около 75 % энергии теряется за счет отработанного тепла двигателя, а еще 10 % – за счет внутреннего трения, включая потери от трения шин.

Вечный двигатель

Если потери на трение и нагрев равны нулю, КПД машины равен:

Eff = W _O /W _O
Эфф = 1,0 или 100%

Такая машина называется вечным двигателем , так как однажды запущенная, она будет работать вечно. Изобретатели годами работали над созданием такой машины, но безуспешно.

Резюме

Полезность машины определяется ее эффективностью. Машина преобразует силу, обеспечиваемую входной энергией, в выходную работу. Закон сохранения энергии требует, чтобы общая энергия на входе была равна полной энергии на выходе.

Примеры эффективности машин включают рычаг, автомобиль и вечный двигатель.

Используйте науку, чтобы сделать вещи более эффективными

Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Веб -сайты

Эффективность машин (PDF) — Carolina Учебная программа

Механическая эффективность — Wikipedia

Machines Resources

Books

(Обратите внимание: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление: Уведомление. покупки книг)

Книги с самым высоким рейтингом по простым машинам

Книги с самым высоким рейтингом по машинам

Вопросы и комментарии

У вас есть вопросы, комментарии или мнения по этому поводу? Если это так, отправьте электронное письмо с вашим отзывом. Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.

Поделиться этой страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:

Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/machines/
efficiency.htm

Разместите его в качестве ссылки на своем веб-сайте или в качестве ссылки в своем отчете, документе или диссертации.

Где ты сейчас?

Школа Чемпионов

Машины
Эффективность машин

15 (механическое преимущество, эффективность механизма, рычажный механизм)

Лекция — 15 (Механическое преимущество, эффективность механизма, рычажный механизм)

Механическое преимущество

Это
определяется как отношение силы, создаваемой машиной, к силе
применяется к нему, используется при оценке производительности машины.

Комбинация системы шкивов показана на рисунке ниже-

Здесь
для подъемной загрузки требуется сила F, но усилие, придаваемое
система в 8 раз меньше, что является хорошим примером механического
преимущество. Для вышеуказанной системы механическое преимущество составляет 8

Механическое преимущество = нагрузка / усилие

Механическое преимущество для линейного движения —
Механическое преимущество для углового движения —

Эффективность системы или механизма

Эффективность системы определяется как отношение выходной мощности к входной мощности.

ЗАДАЧА — Выяснить механическое преимущество данного механизма со 100% КПД.

Раствор — В смысле угловой скорости

Это означает, что вышеприведенный механизм является механическим механизмом.

Тумблер

Тех
механизм, механическое преимущество которого настолько велико, что приближается к
бесконечность называется механизмом переключения. Благодаря высокому механическому преимуществу,
сила на выходе, которую мы получаем, чрезмерно высока. Пример переключения
механизм показан ниже

Toggle
Положение определяется как момент, когда механизм находится в крайнем положении.
положение, при котором выходная сила очень высока, а механическое преимущество имеет тенденцию
до бесконечности.

Верхний механизм в крайнем положении, где механическое преимущество стремится к бесконечности, показан ниже-

Положение кулисы в четырехзвенном механизме

Положение кулисы в четырехзвенном механизме достигается при достижении крайнего положения выходного звена, при ‘β’ = 0 градусов и ‘β’ = 180 градусов. ‘β’ – это угол между звеном 2 и звеном 3.

ЛЕВОЕ КРАЙНЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ ВЫХОДНОГО звена (когда β = 0 градусов)

ПРАВОЕ КРАЙНЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ ВЫХОДНОЙ ЗВУКА (при β = 180 градусов) —

Посетите мой канал YouTube Центр обучения механике

Лекция — 8 (давление внутри капли жидкости, пузырька и струи жидкости)

Эй, ребята, прежде чем читать эту лекцию, прежде всего, вы должны прояснить свои представления о поверхностном натяжении. Вот почему я рекомендую вам сначала пройти Лекцию — 5 . Давление внутри капли жидкости Здесь мы рассчитаем манометрическое давление (P манометр ). Манометрическое давление — это давление, измеренное с учетом того, что атмосферное давление равно нулю. Мы подробно обсудим все виды давления в моих следующих лекциях. Позвольте мне прояснить одну вещь: есть разница между каплей воды и пузырем. Капля воды заполнена водой изнутри, а снаружи присутствует атмосфера, тогда как в пузырьке внутри жидкой пленки также присутствует воздух и, конечно, вне жидкой пленки пузырька присутствует воздух. Помните, мы считаем, что атмосферное давление равно нулю. На Каплю Воды действуют две силы: одна созидательная, а другая разрушительная.

ГРУЗОВОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР