Для связи в whatsapp +905441085890

Простые механизмы. КПД механизмов в физике

Простые механизмы. КПД механизмов

Простыми механизмами называются приспособления, изменяющие величину или направление приложенных к телу сил.
Они применяются для перемещения или подъёма больших грузов с помощью небольших усилий. К ним относятся рычаг и его разновидности — блоки (подвижный и неподвижный), ворот, наклонная плоскость и её разновидности — клин, винт и др.

Рычаг представляет собой твёрдое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры (рис. 45).

Правило рычага гласит:
Рычаг находится в равновесии, если приложенные к нему силы обратно пропорциональны их плечам:

Простые механизмы. КПД механизмов в физике
(1.53)


Из формулы (1.53), применив к ней свойство пропорции (произведение крайних членов пропорции равно произведению её средних членов), можно получить такую формулу:
Простые механизмы. КПД механизмов в физике

Простые механизмы. КПД механизмов в физике
Рис. 45

Ho Простые механизмы. КПД механизмов в физике — момент силы, стремящейся повернуть рычаг по часовой стрелке, а Простые механизмы. КПД механизмов в физике — момент силы, стремящейся повернуть рычаг против часовой стрелки. Таким образом, Простые механизмы. КПД механизмов в физике, что и требовалось доказать.

Рычаг начал применяться людьми в глубокой древности. С его помощью удавалось поднимать тяжёлые каменные плиты при постройке пирамид в Древнем Египте. Без рычага это было бы невозможно. Ведь, например, для возведения пирамиды Хеопса, имеющей высоту 147 м, было использовано более двух миллионов каменных глыб, самая меньшая из которых имела массу 2,5 тонны!
В наше время рычаги находят широкое применение как на производстве (например, подъёмные краны), так и в быту (ножницы, кусачки, весы).

Действие неподвижного блока (рис. 46) аналогично действию рычага с равными плечами: Простые механизмы. КПД механизмов в физике. Приложенная сила Простые механизмы. КПД механизмов в физике равна нагрузке Простые механизмы. КПД механизмов в физике, и условие равновесия имеет вид:
Простые механизмы. КПД механизмов в физике

Неподвижный блок применяют, когда нужно изменить направление силы, не меняя её величину.
Подвижный блок (рис. 47) действует аналогично рычагу, плечи которого составляют: Простые механизмы. КПД механизмов в физике. При этом условие равновесия имеет вид:
Простые механизмы. КПД механизмов в физике
где Простые механизмы. КПД механизмов в физике — приложенная сила, Простые механизмы. КПД механизмов в физике — нагрузка. Применение подвижного блока даёт выигрыш в силе в два раза.

Простые механизмы. КПД механизмов в физике
Рис. 46
Простые механизмы. КПД механизмов в физике
Рис. 47

Обычный полиспаст (рис. 48) состоит из Простые механизмы. КПД механизмов в физике подвижных и Простые механизмы. КПД механизмов в физике неподвижных блоков. Его применение даёт выигрыш в силе в Простые механизмы. КПД механизмов в физике раз:
Простые механизмы. КПД механизмов в физике
Степенной полиспаст (рис. 49) состоит из Простые механизмы. КПД механизмов в физике подвижных и одного неподвижного блока. Применение степенного полиспаста даёт выигрыш в силе в Простые механизмы. КПД механизмов в физике раз:
Простые механизмы. КПД механизмов в физике

Простые механизмы. КПД механизмов в физике
Рис. 48
Простые механизмы. КПД механизмов в физике
Рис. 49

Винт представляет собой наклонную плоскость, навитую на ось (рис 50, а). Условие равновесия сил, действующих на винт (рис 50, б), имеет вид:
Простые механизмы. КПД механизмов в физике
где Простые механизмы. КПД механизмов в физике — внешняя сила, приложенная к винту и действующая на расстоянии Простые механизмы. КПД механизмов в физике от его оси; Простые механизмы. КПД механизмов в физике — сила, действующая в направлении оси винта; Простые механизмы. КПД механизмов в физике — шаг винта; Простые механизмы. КПД механизмов в физике — средний радиус резьбы; Простые механизмы. КПД механизмов в физике — угол наклона резьбы. Простые механизмы. КПД механизмов в физике — длина рычага (гаечного ключа), вращающего винт с силой Простые механизмы. КПД механизмов в физике.

Простые механизмы. КПД механизмов в физике
Рис. 50

Коэффициент полезного действия (КПД) — отношение полезной работы ко всей затраченной работе. Его часто выражают в процентах и обозначают греческой буквой Простые механизмы. КПД механизмов в физике («эта»):
Простые механизмы. КПД механизмов в физике
где Простые механизмы. КПД механизмов в физике — полезная работа, Простые механизмы. КПД механизмов в физике — вся затраченная работа.

Полезная работа всегда составляет лишь часть полной работы, которую затрачивает человек, используя тот или иной механизм.
Часть совершённой работы тратится на преодоление сил трения. Поскольку Простые механизмы. КПД механизмов в физике, КПП всегда меньше 1 (или < 100%).
Когда КПД немного меньше 1, можно считать, что затраченная работа примерно равна полезной: Простые механизмы. КПД механизмов в физике
Поскольку каждая из работ в этом равенстве можно выразить в виде произведения соответствующей силы на пройденный путь, то его можно переписать так: Простые механизмы. КПД механизмов в физике.


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.

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

Эта лекция взята со страницы лекций по всем темам предмета физика:

Предмет физика

Возможно эти страницы вам будут полезны:

Работа силы упругости в физике
Мощность в физике
Кинетическая энергия в физике
Потенциальная энергия в физике