Лабораторная работа №19. «Измерение коэффициента

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
четвертью V
тысячелетия
расширяющихся
до н. э.
нагретых газов
оружии и паровой машине.
Поршень или
пара.
и датируются последней
позволяет
использовать
Применяется
в
энергию
огнестрельном
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:

Aпол
 100%
.
Aсов
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:
K
Fт l

F
h.
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:

Fт  h
F
 100% K  т
,
F l
F .
В работе необходимо измерить КПД наклонной плоскости и выигрыша в силе при
разных углах её наклона к горизонту.
Ход работы:
1. Подготовить отчётную таблицу для записи измерений и результатов вычислений в
ходе лабораторной работы:
№
опыта

h, м
l, м
K max 
l
h
Fт, Н
F, Н
K
Fт
F
, %
1
2
3
2. Собрать установку по рисунку 1. Измерить высоту h (при =300) и длину l
наклонной плоскости (рисунок 2).
рис. 1
рис. 2
3. Положите брусок на наклонную плоскость. Прикрепив к нему динамометр,
равномерно тяните его вверх вдоль наклонной плоскости. Измерьте силу F.
4. Измерьте с помощью динамометра силу тяжести Fт, действующую на брусок, и
найдите экспериментальное значение выигрыша в силе, полученного с помощью
наклонной плоскости: K 
5. Вычислите

КПД
Fт
F .
наклонной
плоскости
при
заданном
угле
её
наклона:
Fт  h
 100%
F l
6. Повторите измерения и вычисления при углах наклонной плоскости, равных
=450, =600.
7. Результаты измерений и расчётов занести в отчётную таблицу.
8. 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).
9. Экспериментально проверить, зависит ли КПД наклонной плоскости от массы
груза?