Коэффициент полезного действия (КПД) механизма

Коэффициент полезного действия механизма

Простой механизм может изменить необходимую силу или направление действия, но не создаёт энергию. Для оценки его работы различают полезную и затраченную работу.

Затраченная работа распределяется между полезной работой и потерями. КПД η = Aпол/Aзатр · 100%. Схема не задаёт численную долю потерь.

Полезная и затраченная работа

Полезная работа $A_{\text{пол}}$ относится к поставленной задаче: например, подъёму груза. Затраченная работа $A_{\text{затр}}$ — работа входной силы. В реальной установке часть затрат приходится на трение, подъём деталей и другие действия, не включённые в полезный результат.

$\eta=\frac{A_{\text{пол}}}{A_{\text{затр}}}\cdot100\%.$

КПД — безразмерное отношение; проценты являются способом его выражения. Если КПД равен 80%, из 100 Дж входной работы 80 Дж относятся к полезному результату. У разных установок КПД различается; нельзя приписывать всем наклонным плоскостям один диапазон.

Идеальная модель и реальная установка

У идеального простого механизма без потерь и при принятых упрощениях полезная и затраченная работа равны, КПД 100%. У реального механизма с потерями полезная работа меньше затраченной. Второе начало термодинамики рассматривает ограничения тепловых машин и не является здесь универсальным запретом КПД 100% для идеального рычага.

Разбор

Груз массой 50 кг равномерно поднимают по наклонной плоскости длиной 5 м на высоту 1 м. Сила тяги 150 Н направлена вдоль движения; $g=10\,\text{Н/кг}$.

Полезная работа $A_{\text{пол}}=mgh=500\,\text{Дж}$. Затраченная $A_{\text{затр}}=Fl=750\,\text{Дж}$. КПД $500/750\cdot100\%\approx67\%$. Это значение этой установки и этих условий.

Практика

1. Полезная работа 600 Дж, затраченная 800 Дж. Найдите КПД.
2. При КПД 80% затрачено 1000 Дж. Найдите полезную работу.
3. Ученик получил КПД 120% для простого механизма без других источников энергии. Что проверить?

Ключ после попытки: 75%; 800 Дж; измерения, единицы, выбранные границы задачи, определения полезной и затраченной работы. Не объявляйте результат новым законом — сначала ищите причину расхождения.

В следующем уроке КПД наклонной плоскости измеряют экспериментально.

Презентация для урока

Скачать редактируемую презентацию (PPTX)

Версия после предметной и методической проверки 15.10.2026. Просмотр слайдов доступен в карточке презентации.