Пример 1

Груз массой 3 т поднимается с ускорением 2 м/с2. Определите работу, производимую в первые 1,5 с, от начала подъема.

Решение

Высота подъема за первые t, c определяется по формуле:

H=h=a•t2/2. … (1)

На груз действуют две силы – сила тяжести mg и сила Т натяжения троса:

Т – mg=ma, … (2)

Отсюда,

Т=m(a+g). … (3)

Произведенная лебедкой работа равна:

A=T•h=m(a+g)• a•t2/2. … (4)

Ставим численные данные и вычислим:

А=300•(9,81+2)•2•1,52/2=79 650 Дж.

Ответ: А=79 650 Дж.

 

Пример 2

Воду качают из колодца глубиной 20 м. Для откачки поставлен насос с мотором, мощность которого равна 5 л.с. Найдите КПД мотора, если известно, что за 7 ч работы насоса объем воды, поднятой из колодца, равен 3,8•105 л.

Решение

Мощность мотора N связана с работой А, которую он совершает за время t, соотношением:

N=A/ηt, , … (1)

где η – КПД мотора.

Работа, которую нужно произвести, чтобы поднять массу m воды на высоту h, равна:

A=mgh. , … (2)

При этом вода занимает объем:

V=m/ρ, , … (3)

где ρ – плотность воды. Из этих соотношений следует:

N=Vghρ/ηt, … (4)

Откуда

η=Vghρ/Nt/, … (5)

Приведем данные в системе СИ: N=5 л.с.=5•736 Вт=3680 Вт, g=9,81 м/с2, h=20 м, V=3,8•105 л=3,8•105•10-3 м3=3,8•102 м3, ρ=1 г/см3=10-3 кг/м3.

η=3,8•102•9,81•20•10-3/3680•7•3600=0,8=80%

Ответ: η=80 %.

 

Пример 3

На барабан, массой M=9 кг намотан шнур, к концу которого прикреплен груз, массой m=2 кг. Найдите ускорение груза. Барабан считать однородным цилиндром.

Решение

Применим закон сохранения энергии. При опускании груза, его потенциальная энергия уменьшается, переходя в кинетическую энергию вращения барабана. Таким образом:

mgh=mυ2/2+Jω2/2, …..(1)

где J – момент инерции барабана. Так как J=MR2/2 и ω=υ/R, где R – радиус барабана, то уравнение (1) можно записать в виде:

mgh=(m+M/2)•υ2/2. … (2)

Груз опускается, под действием постоянной силы, т.е с постоянным ускорением, поэтому:

h=at2/2 и υ=at. … (3)

Подставляя (3) в (2) получим:

a=2mg/(M+2m) …. (4)

Подставляя численные данные, вычислим:

а=2•2•9,81/(9+2•2)=3 м/с.

Ответ: а=3 м/с