Определение КПД при подъеме тела по наклонной плоскости

Приборы и материалы: доска, динамометр, измерительная лента или линейка, брусок, штатив с муфтой и лапкой.

Применим «золотое правило» механики к наклонной плоскости (рис. 317).

Работа, совершаемая при подъеме тела вверх по вертикали, равна произведению силы тяжести F1 на высоту h:

A1 = F1h

На такую же высоту h можно поднять тело путем равномерного перемещения его вдоль наклонной плоскости длиной l, прилагая к телу силу F2. Совершенная при этом работа определится по формуле:

A2 = F2l

Согласно «золотому правилу» механики, при отсутствии трения обе названные выше работы равны между собой:

A1=A2 или F1h=F2l.

При наличии же трения эти две работы будут разными. Работа A2, совершаемая по передвижению тела вдоль наклонной плоскости, будет больше работы A1, которая совершается при поднятии этого тела на высоту наклонной плоскости по вертикали:

A2>А1

A2 — это полная работа, А1 — полезная работа. Разделив полезную работу на полную работу, получим КПД наклонной плоскости в процентах:

КПД = A1/A2*100%.

Указания к работе

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

2. Установите доску наклонно (рис. 318).
3. Измерьте высоту h и длину l наклонной плоскости и выразите их в метрах.
4. Динамометром измерьте силу тяжести бруска F1 и выразите ее в ньютонах.
5. Прицепив к бруску динамометр, равномерно двигайте брусок по наклонной плоскости вверх. Измерьте силу тяги F2 в ньютонах.
6. Вычислите работу при подъеме бруска на высоту h по вертикали и работу при подъеме этого бруска на ту же высоту по наклонной плоскости длиной l.
7. Вычислите КПД наклонной плоскости в процентах.
8. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

Дополнительное задание

1. Используя «золотое правило» механики, рассчитайте, какой выигрыш в силе дает наклонная плоскость, если не учитывать трение.
2. Измените высоту наклонной плоскости и для нее определите полезную, полную работу и КПД.