Определение коэффициента полезного действия блока, страница 2

S=h

Сила рассчитывается по второму закону Ньютона F=ma.

Необходимо знать ускорение падающего груза.

Применим закон сохранения энергии.

Когда груз находится в положении 1 (на рис. 1), потенциальная энергия будет , а кинетическая энергия равна нулю, так как скорость груза  равна нулю. В положении 2 груза потенциальная энергия равна нулю, а кинетическая будет , где  - скорость падения груза. По закону сохранения энергии получим равенство , выразив, скорость равенство примет вид .

Ускорение вычисляется по формуле , где t – время,  - скорость груза в положении 1, поэтому .

Подставив в получившуюся формулу значение скорости, получившееся с помощью закона сохранения энергии, получим .

Сила, действующая на блок, будет .

Полезная работа:

Рассчитаем работу силы трения.

Применим второй закон Ньютона для блока

 сила, действующая на блок, противоположно направлена силе трения.

Модуль полного ускорения блока , где модуль тангенциального ускорения для вращательного движения ,  - угловое ускорение блока, r – радиус ролика; модуль нормального ускорения ,  - угловая скорость блока.

Модуль угловой скорости: , где T – период вращения блока.

Модуль углового ускорения: , взяв производную угловой скорости от периода, получим:

Модуль полного ускорения будет

Второй закон Ньютона для блока будет:

Сила трения

Работа силы трения , где об – число оборотов блока от воздействия силы до остановки блока, l – длина обода ролика

Полная работа:

КПД блока:

,

           

            Для того, чтобы вычислить КПД блока необходимо знать массу груза  и блока , высоту падения груза , время от начала падения груза до его касания о землю , радиус ролика , период T и число оборотов (об) ролика от момента, когда груз упал на землю до полной остановки ролика.

            Для всего этого необходимо провести ряд опытов.

            Бросаем вниз с высоты h груз, привязанный к блоку. После касания груза земли считаем количество оборотов блока и время до полной остановки вращения.