1、滑轮组的机械效率有关因素:被提物体的重量,G越大,机械效率越高,滑轮自重,滑轮组如果越多,虽然省力但是无用功多,机械效率越小。绳与滑轮之间的摩擦。
2、机械效率是指机械在稳定运转时,机械的输出功(有用功量)与输入功(动力功量)的百分比。主要内容包括滑轮组,斜面效率,杠杆转动,常见效率,增大效率。
设滑轮组中动滑轮重为“G动”,物重为“G”,作用在动滑轮上绳子段数为“n”,作用在绳子自由端的拉力为“F”,绳子自由端移动距离为“s绳”,物体沿竖直方向移动的距离为“h”,沿水平方向移动的距离为“s物”,则滑轮组机械效率的公式如下:
一、基本公式:η=W有用/W总
二、常用的推导公式(不计绳重及摩擦)
1、提升重物时:
①、η=Gh/(Fs绳)
②、η=G/(nF)
③、η=G/(G+G动)
2、水平移动重物时:
④、η=fs物/ (Fs绳)
⑤、η=f / (nF)
——重点讲一下“滑轮组水平拉动重物时”的那个公式——
设想如果不用滑轮组,直接用手拉着物体沿水平方向匀速移动距离“s物”,受到的摩擦力大小为“f”,拉力的大小为“F'”,显然 F'=f。
这时人对物体所做的功就是有用功,所以 W有用=F's物=fs物;
现在改用滑轮组拉着物体沿水平方向仍匀速移动距离“s物”,受到的摩擦力大小显然也仍为“f”,这时对绳子自由端的拉力大小为“F”,则人对滑轮组所做的功就是总功:W总=Fs绳。将“W有用”、“W总”代入基本公式即得公式④。
由滑轮组特点可知s绳=ns物,代入公式④,可得⑤。
1当滑轮组沿水平方向拉物体时,忽略对动滑轮的重力做功:
利用滑轮组沿水平方向拉物体时,总功为W总=FS ,有用功为W有=F拉L ,若物体沿水平方向做匀速直线运动,则物体受平衡力作用,应有:F拉=f,而s=nL,这时滑轮组的机械效率为 =W有/ W总100%= f/(Nf)100%
2当使用滑轮组沿竖直方向拉物体时:
(1)考虑动滑轮自重,摩擦阻力及绳重等所有额外功的情形 W总=FS有用功为 W有=F拉L,因为物体沿竖直方向被匀速提起,则物体受平衡力作用,则有:F拉=G物,s=nh所以有 =W有/ W总100%=G物/(NF)100%
(2)考虑动滑轮自重,但不计轮轴间摩擦阻力及绳重等额外功的情形此时由于物体沿竖直方向被匀速提起,物体受平衡力作用,即:因此滑轮组做的有用功为W有= G物h ,总功为 W总= W有+W额,所以有 =W有/ W总100%=W有/(W有+W额)100%=G物/(G物+G动)100%
(3)不计动滑轮自重,轮轴间摩擦阻力及绳重所做的额外功的情形:这时滑轮组做的有用功 W有= G物h,W额=0,W总=Fs=nFh,故有W总=W有,NF=G物,F=G物/h,
滑轮组的机械效率为100%
注意:(1) 当不同滑轮组提升相同的物重时,由于绳子股数越多时,G动 越大,将使滑轮组的机械效率降低
(2) 用同一滑轮组提升不同的物重时,由于额外功一定,当所提升的物重越大时,滑轮组所做的有用功越多,机械效率越高
(3)绳子的自由端和动滑轮移动的距离之间有一定的几何关系一般情况下为:S=nL 或s=nh(其中:s是指绳的自由端移动的距离,L是指动滑轮或物体在水平方向移动的距离,n是动力拉动滑轮绳子的股数,h是物体上升的高度)
当用滑轮组提升重物时,提升高度为h,则机械效率=Gh/(Fnh),即有用功=Gh,总功=Fnh
当用滑轮组拉动重物时,拉重物走动距离为S,重物受到的摩擦力为f,则机械效率=fs/(Fns),即有用功=fS;总功=FnS
其中的n值是承担动滑轮组绳子的段数。
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1、组装好滑轮组,并在绳子自由端挂上测力计
2、将质量为m1的砝码挂在滑轮下,匀速向上拉动弹簧测力计,记下示数F
3、计算效率=m1g/(绳子股数F)/100%
4、换不同质量的砝码重复实验并计算,比较机械效率钩码重的关系。
要提高滑轮组的机械效率,其主要的措施有:
1、增大重物,有用功增大,也不影响额外功,所以有用功在总功中占的比例增大,会提高机械效率;
2、在有用功不变的情况下,减小摩擦或者动滑轮的重力或者绳子的重力都可以减少额外功,从而增加有用功所占总功的比例,因此减小摩擦或减小动滑轮的重力或绳子的重力都可以提高滑轮组的效率。
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