ККД. Потужність

Тема.                            Потужність. ККД машини.

                                     Розв’язування задач.

Навчальна, виховна та розвиваюча мета.  Удосконалювати знання учнів про потужність; про співвідношення між потужністю двигуна і швидкістю руху; про види і форми перетворення енергії під час передачі її до машин, в яких виконується механічна робота; про неможливість існування „вічного двигуна”; про ККД машини і механізму та вміння визначати його.

Продовжити формування прийомів розумової діяльності – аналізу, синтезу, порівняння, систематизації; виховувати спостережливість, наполегливість, старанність, дисципліну праці; розвивати в учнів політехнічний кругозір, вміння аргументовано пояснювати закономірності явищ природи, застосовувати теоретичні положення для пізнання дійсності, мислення, творчі здібності учнів. Формувати навички роботи з підручником.

Структура         І. Актуалізація опорних знань                                   10  хв.

ІІ. Поглиблення і конкретизація; узагальнення набутих знань     27  хв.

ІІІ. Підсумок. Домашнє завдання                                                   3  хв.

Домашнє завдання    Повторити §§ 54, 60. Вправа 26 (3), вправа 32 (5).

Теоретичні відомості, що використовуються на уроці.

1. Поняття потужності. Для багатьох інженерних і технічних задач важливою є не тільки виконувана робота, але й швидкість виконання роботи. Адже ту саму роботу можна виконувати з різною швидкістю: скажімо, тягар можна підіймати повільно чи швидко. Швидкість виконання роботи характеризується потужністю.

Потужністю Р називається фізична величина, що дорівнює відношенню виконаної роботи А до інтервалу часу t, за який цю роботу виконано:

2. Одиниці потужності. Одиницею виміру потужності в СІ є джоуль за секунду (Дж/с), або ват (Вт). Таким чином, .

Потужність в 1 Вт — це така потужність, за якої робота в 1 Дж виконується за 1 с.

         Для вимірювання великих потужностей використовуються кіловати (1 кВт = 1000 Вт) і мегавати (1 МВт = 10⁶ Вт).

3. Подання потужності через силу та швидкість. Потужність транспортного засобу, наприклад автомобіля, зручно подавати не через роботу і час, а через силу та швидкість.

         Нехай тіло рухається зі сталою швидкістю і сила, що діє на це тіло, напрямлена вздовж переміщення тіла. Позначимо модуль швидкості v , а модуль сили F . Тоді робота сили А = Fs. Підставляючи цей вираз у формулу для потужності  , одержуємо

         Таким чином, якщо сила напрямлена вздовж швидкості, потужність сила і швидкість пов'язані співвідношенням Р = Fv

Під час руху зі сталою швидкістю сила тяги двигуна компенсує силу опору рухові. Наведена формула для потужності пояснює, чому водій переключає двигун на малу швидкість, коли автомобіль їде вгору по схилу або поганою дорогою: для збільшення сили тяги, якщо потужність мотора залишається сталою, потрібно зменшити швидкість руху.

4.     ККД. Поняття корисної та витраченої роботи. Для виконання механічної роботи широко використовуються ті чи інші машини й механізми.

Ту роботу, для виконання якої використовуються механізми або машини, називають зазвичай корисною роботою.

Наприклад, корисна робота підіймального крана - це робота з підняття вантажу. Але поряд із цією роботою доводиться водночас виконувати роботу проти сил тертя і опору, що діють практично скрізь, тобто виконувати додаткову (некорисну) роботу. Тому повна (або витрачена) робота А_п є завжди більшою від корисної роботи А_к, тобто А_п >A_к

5. Що таке ККД механізму? Щоб оцінити втрати, які виникають при цьому, вводять коефіцієнт корисної дії, або ККД, який дорівнює відношенню корисної роботи А_к до витраченої роботи А_в,. Позначають ККД літерою h. Таким чином,

6. ККД похилої площини. Як приклад слід розглянути ККД похилої лощини. Нехай тіло підіймають по похилій площині, прикладаючи силу, напрямлену вздовж площини. Знайдемо коефіцієнт корисної дії якщо кут нахилу площини дорівнює a, а коефіцієнт тертя дорівнює m Під час підняття тіла масою m на висоту h (див. рисунок) виконується корисна робота А_к = mgh . При цьому витрачається робота А. = Fs , де F - модуль сили, прикладеної до тіла, s - довжина похилої площини.

Якщо підіймання є рівномірним,

F =mgsina + mmgcosa

Оскільки довжина похилої площини

, одержуємо

А_в = (mg sina + mmg cosa) h/sina = mgh + mmgh ctga

Таким чином,

Як випливає з одержаної формули, якщо похила площина є дуже рівною (m « 1) і кут нахилу не занадто малий, ККД похилої площини близький до одиниці.

Приклади розв’язання задач.

1.     Який з учнів розвиває більшу потужність, якщо перший учень збігає з 4 на 1 поверх за півхвилини, а другий учень забігає з 1 на з поверх за чверть хвилини? Висота кожного з поверхів школи 4 м 50 см, а маса першого учня 60 кг, а маса другого учня 45 кг.

2.     Потужність двигуна підіймального крана 4 кВт. Вантаж якої маси він зможе підняти на висоту 15 м за 2 хв?

3.     За допомогою нерухомого блока підняли вантаж масою 25 кг, прикладаючи до вільного кінця шнура силу 270 Н. Визначити ККД блоку.

4.     Електродвигун потужністю 4 кВт піднімає вантаж масою 200 кг на висоту 8 м за 5 с. Яким є ККД двигуна?

5.     Електровоз під час руху зі швидкістю 54 км/год споживає потужність 600 кВт. Визначте силу тяги електровоза, якщо його ККД дорівнює 75 %.

Домашнє завдання    Повторити §§ 54, 60. Вправа 26 (3), вправа 32 (5).