Лабораторная работа №19 .

«Измерение коэффициента полезного действия наклонной плоскости».

Цель работы: изучение простого механизма.

Задача работы: исследовать зависимость коэффициента полезного действия наклонной плоскости и выигрыша в силе, получаемого с её помощью, от угла наклона плоскости к горизонту.

Оборудование: деревянная доска, деревянный брусок, штатив, динамометр, линейка измерительная, лента измерительная, набор грузов, транспортир.

Теоретические сведения и метод выполнения работы:

Простейшие механизмы - устройства, служащие для преобразования силы. Представляют собой элементы более сложных механизмов. Некоторые из простейших механизмов появились в глубокой древности. Наклонная плоскость - простой механизм в виде плоскости, установленной под острым углом к горизонтальной поверхности. Клин - позволяет увеличить давление за счёт концентрации силы на малой площади. Используется в копье, лопате, пуле и др. Винт - используется в шурупах, для подъёма воды (Архимедов винт), в качестве сверла в дрелях, отбойных молотках и др. Рычаг - описан Архимедом. Используется для подъёма тяжестей, в качестве выключателей и спусковых крючков (шатун-кривошип используется в ткацком станке, паровой машине, двигателях внутреннего сгорания). Ворот - используется для подъёма воды в колодцах, для ременной передачи и др. Блок - колесо с жёлобом, по которому пропускают верёвку, трос или цепь; применяется для изменения величины или направления силы. Колесо - используется на транспорте и в зубчатых передачах. Наиболее ранние находки колёс встречаются на территории современной Румынии и датируются последней четвертью V тысячелетия до н. э.  Поршень - позволяет использовать энергию расширяющихся нагретых газов или пара. Применяется в огнестрельном оружии и паровой машине.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Таблица простейших механизмов, 1728 год.

Простейшие механизмы являются «букварём» для понимания более сложных механизмов.

Коэффициент полезного действия (КПД) любого простого механизма равен отношению полезной работы Aпол к совершенной работе (или затраченной) Aсов. КПД обычно выражается в процентах:

.

При отсутствии трения КПД простого механизма, в том числе и наклонной плоскости, равен единице. В этом случае работа, совершенная силой F, приложенной к телу и направленной вдоль наклонной плоскости вверх, равна полезной работе: Aсов=Aпол. Обозначив путь, пройденный телом вдоль наклонной плоскости, через l, высоту подъёма h, получим: Fl=Fтh. При этом выигрыш в силе равен:

.

В реальных условиях действие силы трения снижает КПД наклонной плоскости и уменьшает выигрыш в силе. Для определения КПД наклонной плоскости и выигрыша в силе, полученного с ее помощью, следует использовать выражения:

, .

В работе необходимо измерить КПД наклонной плоскости и выигрыша в силе при разных углах α её наклона к горизонту.

Ход работы:

Подготовить отчётную таблицу для записи измерений и результатов вычислений в ходе лабораторной работы:

№

опыта

α

h, м

l, м

Fт, Н

F, Н

η, %

1

2

3

Собрать установку по рисунку 1. Измерить высоту h (при α1=300) и длину l наклонной плоскости (рисунок 2).

рис. 1

рис. 2

Положите брусок на наклонную плоскость. Прикрепив к нему динамометр, равномерно тяните его вверх вдоль наклонной плоскости. Измерьте силу F. Измерьте с помощью динамометра силу тяжести Fт, действующую на брусок, и найдите экспериментальное значение выигрыша в силе, полученного с помощью наклонной плоскости: . Вычислите КПД наклонной плоскости при заданном угле её наклона: Повторите измерения и вычисления при углах наклонной плоскости, равных α2=450, α3=600. Результаты измерений и расчётов занести в отчётную таблицу. Проанализировать расчёты, записанные в таблице и сформулировать вывод (зависимость коэффициента полезного действия наклонной плоскости и выигрыша в силе, получаемого с её помощью, от угла наклона плоскости к горизонту). Экспериментально проверить, зависит ли КПД наклонной плоскости от массы груза?