Коэффициент полезного действия механизмов: ОГЭ по физике

Коэффициент полезного действия (КПД) — это отношение полезной работы (или мощности) к затраченной, выраженное в процентах. Показывает эффективность механизма. На ОГЭ встречается в задачах на вычисление КПД простых механизмов (наклонная плоскость, блок, рычаг) и в качественных вопросах.

Что нужно знать

• КПД = (А_полезная / А_затраченная) · 100%.
• Полезная работа — работа, совершаемая над телом для его перемещения или подъёма.
• Затраченная работа — работа, совершаемая приложенной силой (силой тяги, силой, действующей на рычаг).
• Для наклонной плоскости: А_пол = mgh, А_затр = F·s, где F — сила тяги вдоль плоскости, s — длина плоскости.
• Для блока: А_пол = mgh, А_затр = F·s, где F — сила на свободном конце верёвки, s — перемещение конца верёвки (s = n·h для подвижного блока с n ветвями).
• КПД всегда меньше 100% из-за трения, веса самого механизма и других потерь.

Термины и понятия

• Коэффициент полезного действия (КПД): отношение полезной работы к затраченной, выраженное в процентах или долях единицы.
• Полезная работа: работа, которая совершается для достижения цели (например, подъём груза на высоту h).
• Затраченная работа: работа, которую совершает приложенная сила (сила тяги, сила, приложенная к рычагу).
• Простые механизмы: устройства, служащие для преобразования силы (рычаг, блок, наклонная плоскость).
• Наклонная плоскость: простой механизм в виде плоскости, расположенной под углом к горизонту, позволяющий поднимать груз с меньшей силой, но…
• Подвижный блок: блок, ось которого перемещается вместе с грузом, даёт выигрыш в силе в 2 раза (без учёта трения и веса блока).
• Неподвижный блок: блок, ось которого закреплена, не даёт выигрыша в силе, но меняет направление силы.

Частые ошибки

• Путают полезную и затраченную работу: полезная — та, что идёт на подъём груза (mgh), затраченная — работа приложенной силы (F·s).
• Забывают умножать на 100%, если требуется ответ в процентах, или наоборот, оставляют в процентах при подстановке в формулу.
• При использовании подвижного блока неправильно определяют перемещение свободного конца верёвки: оно равно 2h (если блок даёт выигрыш в силе в 2 раза), а не h.
• Не учитывают, что КПД всегда меньше 100%, и получают абсурдные ответы (например, 120%) из-за неверного определения работ.

Как пройти тему

В курсе «Физика» тема «Коэффициент полезного действия механизмов» занимает 1 занятие по 40 минут: репетитор объясняет материал, задаёт вопросы как на экзамене, разбирает ваши ответы и в конце ставит оценку. Это обзор темы, полный разбор — в занятии. ИИ может ошибаться: проверяйте важное по учебнику. Занятия не заменяют живого репетитора и не гарантируют результат на экзамене.

Другие темы раздела

• Механическое движение. Траектория. Путь. Перемещение
• Равномерное прямолинейное движение. Скорость. Графики зависимости пути и скорости от времени
• Неравномерное движение. Средняя скорость
• Равноускоренное прямолинейное движение. Ускорение. Графики зависимости скорости и ускорения от времени
• Инерция. Первый закон Ньютона
• Взаимодействие тел. Масса тела. Плотность вещества

← Предыдущая тема: Простые механизмы. Рычаг. Блок. Наклонная плоскость. «Золотое правило» механики
Следующая тема: Механические колебания. Период, частота, амплитуда колебаний

Все темы: ОГЭ по физике