§26. Дізнаємося про коефіцієнт корисної дії

• Назад до змісту

ДУМАЙ

1. Наведи приклади природних і штучних важелів, що забезпечують виграш у відстані й програш у силі.

Природні важелі: При русі руки ліктьовий суглоб виконує роль осі (точки опори), м’яз (наприклад, біцепс) прикладає силу близько до ліктя, а рука (навантаження) знаходиться далі від осі. В результаті — рука рухається на більшу відстань, але сила, що передається на руку, зменшується. Кінцівки тварин під час стрибка чи бігу - cуглоби ніг працюють як осі, а розташування м’язових прикріплень забезпечує швидке переміщення кінцівок.

Штучні важелі: Вудка для риболовлі. Рука, що тримає вудку, є точкою опори, а сила, прикладена в середній частині (під час замаху), передається на кінчик вудки, який за рахунок довгої важільної руки робить швидкий рух (виграш у відстані), але з меншою силою.

2. Олівець або ручка є важелем. Де розміщується точка опори під час писання?

Точка опори під час писання розташовується біля кінчиків пальців, якими утримується ручка чи олівець.

3. Як знайти середину бруска, не вимірюючи його довжини?

Щоб знайти середину бруска без вимірювань, можна спробувати балансувати його на пальці або вузькій поверхні. Точка рівноваги буде серединою бруска.

4. З якою метою рухомий блок зазвичай використовують у комбінації з нерухомим?

Рухомий блок у комбінації з нерухомим використовують для збільшення виграшу в силі та зміни напряму прикладення сили, що полегшує підйом вантажів.

5. Від чого залежить виграш у силі під час руху тіла похилою площиною?

Виграш у силі залежить від співвідношення довжини похилої площини до її висоти: чим більша довжина і менша висота, тим більший виграш у силі.

6. Чи може людина підняти себе за допомогою нерухомого блока?

Ні, людина не може підняти себе за допомогою одного нерухомого блока, оскільки він не дає виграшу в силі, а лише змінює напрямок прикладення сили.

7. Чому важко підніматися крутими сходами?

Підніматися крутими сходами важко через великий кут нахилу, що вимагає більшої сили для подолання складової сили тяжіння на кожному кроці.

8. Чому дорога в горах має багато поворотів?

Гірські дороги мають багато поворотів для зменшення крутизни підйому, що дозволяє легше долати висоту та знижує навантаження на транспортні засоби.

9. Поясни, чому гвинт і гвинтовий домкрат є частинними випадками похилої площини.

Гвинт — це похила площина, «згорнута» навколо циліндра. Завдяки такій геометрії піднімання або закручування здійснюється за рахунок довшої траєкторії прикладення сили, що забезпечує механічну перевагу. Гвинтовий домкрат використовує саме цей принцип: обертаючи гвинт, ми перетворюємо обертальний рух на поступальний, що дозволяє піднімати вантаж із застосуванням меншої сили.

10. Чому треба так довго крутити ручку домкрата, щоб хоча б трохи підняти корпус автомобіля?

Тривале обертання ручки домкрата необхідне через малий крок різьби, який забезпечує значний виграш у силі, але вимагає великої кількості обертів для підняття важких вантажів.

РОЗВ’ЯЖИ ЗАДАЧІ

1. Відро з піском масою 24,5 кг піднімають за допомогою нерухомого блока на висоту 10 м, діючи на мотузку силою 250 Н. Обчисли ККД установки.

2. Вантаж масою 1,2 кг рівномірно перемістили до вершини похилої площини, довжина якої 0,8 м і висота — 0,2 м. Під час цього переміщення сила, яка була прикладена до вантажу, дорівнювала 5,4 Н. Який ККД похилої площини?

3. На яку висоту потрібно підняти край дошки завдовжки 1,8 м, щоб витягти по ній вантаж масою 120 кг, прикладаючи силу 400 Н?

4. Підіймальний кран рівномірно піднімає вантаж масою 60 кг на висоту 50 м за 2 хв. Визнач потужність цього крана, якщо його ККД становить 80%.

5. Двигун насоса має потужність 25 кВт і піднімає 100 м3 нафти на висоту 6 м за 8 хв. Визначи ККД нафтового насоса.

6. Щоб «перекусити» дріт товщиною 3 мм, використали обценьки (мал. 26.5). Яку роботу виконано під час «перекушування» дроту, якщо до ручок обценьок прикладено зусилля 200 Н?