初中物理机械效率的公式有两个:
1. η=W有用/W总,这个公式说明有用功占总功的百分比,也就是机械效率。
2. G/nF,这个公式适用于滑轮组,其中n是承担物重的绳子的段数,F是每段绳子分摊的拉力。
请注意,机械效率是一个重要的物理量,它表示的是机械对物体做功的能力,可以通过实验来测定。同时,也需要注意到机械效率与功率的区别,功率表示的是单位时间内的做功能力。
例题:某学生家中有一个功率为300W的洗衣机,他为了在夏天来临前把洗衣机的内外筒体清洗干净,决定利用家中已有的简单工具和自己的聪明才智来制作一个简易的“过滤器”来代替人工清洗。他找来一根长1.5m、直径为6mm的金属管,在管内放入一些钢珠,并用一根细软的棉布带紧绕在金属管上,制作成一个简易过滤器。
1. 将洗衣机正常工作,使洗衣机的内外筒体清洗干净;
2. 将过滤器安装在洗衣机内筒的下端;
3. 将需要清洗的衣物放入洗衣机内筒中;
4. 打开洗衣机的开关并调节洗涤时间到5分钟;
5. 关闭电源并让洗衣机正常工作;
6. 取出衣物并清理过滤器上的污物。
请根据上述实验过程,回答下列问题:
1. 该简易过滤器的总质量是多少?
2. 该过滤器的机械效率是多少?
【分析】
根据题意分析过滤器的总质量,再根据功率和洗涤时间求出总功和有用功,最后求出机械效率。
【解答】
(1)由题意可知,金属管的总长度为$1.5m$,直径为$6mm$,则横截面积为$S = \pi \times (6 \times 10^{- 3}m)^{2} = 2.82 \times 10^{- 5}m^{2}$,则过滤器的总质量为$m = \rho V = \rho SSh = 7.9 \times 10^{3}kg/m^{3} \times 2.82 \times 10^{- 5}m^{2} \times 1.5m \times 5 \times 60s = 7kg$。
(2)该过滤器的有用功为$W_{有用} = W_{总} - W_{热} = Pt - Q = 300W \times 5 \times 60s - Q$,其中Q为加热过程中消耗的电能。该过滤器的总功为$W_{总} = Pt = 300W \times 5 \times 60s = 9 \times 10^{4}J$。所以机械效率为$\eta = \frac{W_{有用}}{W_{总}} \times 100\% = \frac{3 \times 10^{4}J}{9 \times 10^{4}J} \times 100\% = 33.3\%$。
答:略。