Question

Какая работа была совершена при подъеме груза по наклонной плоскости,если масса груза 100 кг,длина наклонной плоскости 2м,угол наклона 30 градусов,коэффициент трения 0,1.ускорение при подъеме 1 м/с2.определить кпд
наклонной плоскости.

Answer 1

Работа равна произведению прилагаемой силы на путь (2м). Здесь прилагаемая сила - это сила реакции опоры (N). Направлена перпендикуляром против поверхности, на которой стоит тело. Для того чтобы найти эту силу, нам понадобиться найти все остальные силы, действующие на это тело. Равнодействующая всех сил F=m*a, сила трения Fтр=k*N, сила тяжести Fт=m*g, где k - это коэффициент трения, m - масса, а - ускорение, g - ускорение свободного падения. Но всё это у нас в векторном виде. Естественно, равнодействующая всех сил равна сумме всех остальных сил:

m*a=Fтр+Fт+N. Чтобы избавиться от векторов, опустим всё на ось у (на рис. видны углы): m*a*sin30=-Fтр*cos60-Fт+N*cos30=-N*k*cos60-m*g+N*cos30. Сила трения и сила тяжести с минусом, потому что направлены в противоположную сторону. Почему домножаем на sin и cos: на рисунке видно, что угол между N и осью у равен 30гр. Если из конца вектора N провести перпендикуляр на ось у, то получится прямоугольный треугольник. Нам нужно найти катет, лежащий на этой оси. По определению, косинус равен отношению прилежащей стороны к гипотенузе. Гипотенуза - это N. Соответственно, выражая прилежащий катет, получаем N*cos30. Также поступаем и с другими векторами (ещё поясню про sin30 - угол между вектором равнодействующей силы и осью у равен 60гр, значит нужно домножать на cos60, а по формуле привидения cos60=sin(90-60)=sin30).

Дальше выражаем N:

N*cos30-N*k*cos60=m*a*sin30+m*g

N=m*(a*sin30+g)/(cos30-k*cos60)

N=100*(1*0.5+10)/($\sqrt{3}$/2-0.1*0.5)

N$\approx$1286.7H

Находим работу: A=F*s=1286.7*2=2573.4Дж

КПД - отношение работы полезной к работе совершённой. Сейчас мы нашли работу совершённую, так как мы здесь учитывали все силы, действующие на тело. Работа полезная равна произведению силы тяжести на путь, так как под работой полезной понимают работу, которая требуется, только для того чтобы поднять груз (в смылсле, не учитывая силу трения и т.п.). Aп=Fт*s=m*g*s=100*10*2=2000Дж

n(КПД)=Aп/Ас*100%=2000Дж/2573.4Дж*100%$\approx$77.7%.

ответ: 77.7%