КПД простых механизмов

Согласно «золотому правилу» механики никакой механизм не даёт выигрыша в работе. А вот некоторого «проигрыша в работе» избежать не удаётся. Рассмотрим простой пример.

Пусть человек поднимает с помощью неподвижного блока груз весом Р = 200 Н на высоту h = 10 м.

При этом полезная работа — это работа по подъёму груза, то есть А_пол = Ph = 200 Н • 10 м = 2000 Дж = 2 кДж.

Совершённая же работа — это работа, которую совершает сила, приложенная человеком к свободному концу троса. Если бы трения в блоке не было, то при подъёме груза человек тянул бы трос с силой, равной весу груза (200 Н). Однако из-за трения человеку пришлось тянуть трос с большей силой, например 250 Н. Поднимая груз на 10 м, человек вытянул трос тоже на 10 м. Поэтому совершённая работа A_сов = Fh = 250 Н х 10 м = 2500 Дж = 2,5 кДж.

Опыты показывают, что полезная работа всегда меньше совершённой. Одну причину этого мы уже знаем — это трение. Вторая причина состоит в том, что сами механизмы и их части имеют некоторую массу. Например, поднимая груз с помощью подвижного блока, приходится вместе с грузом поднимать и блок, а при этом необходимо совершать «дополнительную» работу.

Отношение полезной работы А_пол к совершённой А_сов , выраженное в процентах, обозначают η и называют коэффициентом полезного действия (КПД):

Например, для рассмотренного выше неподвижного блока

По указанным выше причинам КПД любого реального механизма меньше 100%.