Công thức tính hiệu suất máy cơ đơn giản (hay, chi tiết)

Công thức tính hiệu suất máy cơ đơn giản Vật Lí lớp 8 sẽ giúp học sinh nắm vững công thức, từ đó có kế hoạch ôn tập hiệu quả để đạt kết quả cao trong các bài thi Vật Lí 8.

Bài viết Công thức tính hiệu suất máy cơ đơn giản hay nhất gồm 4 phần: Định nghĩa, Công thức, Kiến thức mở rộng và Bài tập minh họa áp dụng công thức trong bài có lời giải chi tiết giúp học sinh dễ học, dễ nhớ Công thức tính hiệu suất máy cơ đơn giản Vật Lí 8.

1. Định nghĩa

- Máy cơ đơn giản là những thiết bị cơ học dùng để thay đổi hướng hoặc độ lớn của lực, giúp con người làm việc dễ dàng hơn.

- Các loại máy cơ đơn giản thường gặp:

+ Mặt phẳng nghiêng

 

+ Đòn bẩy

+ Ròng rọc cố định (hình a) và ròng rọc động (hình b)

- Định luật về công: Không một máy cơ đơn giản nào cho ta lợi về công. Được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại.

- Trong thực tế, ở các máy cơ đơn giản bao giờ cũng có ma sát. Do đó công thực hiện phải dùng để thắng ma sát và nâng vật lên. Công này gọi là công toàn phần, công nâng vật lên là công có ích. Công để thắng ma sát là công hao phí.

  Công toàn phần = Công có ích + Công hao phí

Tỉ số giữa công có ích (A_i) và công toàn phần (A_tp) gọi là hiệu suất của máy, kí hiệu là H.

2. Công thức

- Hiệu suất của một máy cơ đơn giản được tính theo công thức:

 

Trong đó:

A_i là công có ích (J),

A_tp là công toàn phần (J),

H là hiệu suất của máy.

- Vì A_tp luôn lớn hơn A_i nên hiệu suất của máy luôn nhỏ hơn 100%.

3. Kiến thức mở rộng

- Công thức tính công có ích: A_i = H.A_tp.

- Công thức tính công toàn phần:

- Khi sử dụng máy cơ đơn giản: 

Để kéo vật trọng lượng P lên độ cao h, công của lực kéo cần thiết: A = P.h.

Nếu dùng máy cơ đơn giản, vật chuyển động trên quãng đường s, lực kéo cần thiết là F, công của lực là: A’ = F.s.

+ Khi không xét đến lực ma sát, vì mặt phẳng nghiêng không cho ta lợi về công nên: A = A’, suy ra công thức mặt phẳng nghiêng:  F.s = P.h.

+ Trường hợp có ma sát: A_i = A = P.h, A_tp = A’ = F.s

Suy ra:  

Trong đó:

F là lực kéo vật (N)

P là trọng lượng của vật (N)

h là độ cao nâng vật (m)

s là:

   + Chiều dài mặt phẳng nghiêng (khi dùng mặt phẳng nghiêng)

   + Độ cao cần nâng vật (khi dùng ròng rọc cố định)

   + Chiều dài của đoạn dây dẫn cần kéo (khi dùng ròng rọc động)

H là hiệu suất của máy cơ đơn giản.

                              

4. Bài tập minh họa

BÀI TẬP 1: Kéo một vật khối lượng 40 kg lên cao 3m bằng một mặt phẳng nghiêng dài 8m.

a. Tính lực kéo tối thiểu F_min trong trường hợp không có ma sát.

b. Do có ma sát nên phải kéo vật với lực F = 180N. Xác định hiệu suất của mặt phẳng nghiêng.

Tóm tắt:

m = 40kg, h = 3m, s = 8m

a. F­_min = ?

b. F = 180N, H = ?

Giải:

Trọng lượng của vật cần kéo: P = 10.m = 10.40 = 400 (N).

a. Khi không có ma sát: F_min.s = P.h

b. Khi có ma sát:

BÀI TẬP 2: Khi đưa một vật lên cao 2,5m bằng mặt phẳng nghiêng, người ta phải thực hiện một công là 3600J. Biết hiệu suất của mặt phẳng nghiêng là 75%. Tính khối của vật đó.

Tóm tắt:

h = 2,5 m, A_tp = 3600 J, H = 75%:   m = ?

Giải:

Áp dụng công thức hiệu suất của mặt phẳng nghiêng:  

Suy ra, trọng lượng của vật là:

Vậy của vật đó là:

5. Bài tập tự luyện

Bài 1. Người ta cần đưa 20 m³ nước cất lên độ cao 5 m. Biết hiệu suất của máy bơm là 80% và khối lượng riêng của nước là 1 000 kg/m³. Tính công của máy bơm sinh ra.

Bài 2. Người ta kéo vật khối lượng m = 24 kg lên một mặt phẳng nghiêng có chiều dài s = 15 m và độ cao h = 1,8m. Lực cản do ma sát trên đường là F_c = 36 N.

a, Tính công của người kéo. Coi vật chuyển động đều.

b, Tính hiệu suất của mặt phẳng nghiêng

Bài 3. Người ta dùng một máy có công suất là 800 W và hiệu xấu hiệu suất 85 % để nâng hàng từ mặt đất lên cao 6 m. Máy đã làm việc trong 10 giờ. Tính khối lượng hàng mà máy đã nâng được.

Bài 4. Một máy cơ đơn giản, công có ích là 240 J, công toàn phần của máy sinh ra là 300J. Tính hiệu suất máy đã đạt được.

Bài 5. Một vật có khối lượng 100 kg được kéo lên cao 10 m, công suất của máy cẩu là 1 kW. Hiệu suất của máy đạt 80%. Vậy cần cẩu cần bao nhiêu thời gian để kéo vật lên?

Bài 6: Một máy bơm dầu từ một giếng dầu ở độ sâu 500 m so với mặt đất với lưu lượng 50 lít/s (trong 1 giây máy bơm được 50 lít dầu). Biết hiệu suất của máy bơm là 90%. Trọng lượng riêng của dầu là 9 000 N/m³.

a. Tính công suất của máy bơm.

b. Tính thời gian để máy bơm bơm được 1,8 tấn dầu.

Bài 7: Một người đi xe đạp đi đều từ chân dốc lên đỉnh dốc cao 5 m dài 40 m. Tính công của người đó sinh ra. Biết rằng lực ma sát cản trở xe chuyển động trên mặt đường là 25 N và cả người và xe có khối lượng là 60 kg. Tính hiệu suất đạp xe.

Bài 8: Khi đưa một vật lên cao 2,5 m bằng mặt phẳng nghiêng, người ta phải thực hiện một công là 3 600 J. Biết hiệu suất của mặt phẳng nghiêng là 75%. Tính trọng lượng của vật. Biết chiều dài của mặt phẳng nghiêng  là 24 m.Tìm công để thắng lực ma sát khi kéo vật lên và độ lớn của lực ma sát đó .

Bài 9: Một vận động viên xe đạp đang leo dốc. Biết rằng độ cao từ chân dốc lên đỉnh dốc là h = 10 m và đoạn đường dốc dài l = 50 m, khối lượng của người và xe m = 70 kg, lực ma sát của mặt đường cản trở chuyển động của người và xe là F_ms = 50N. Hãy tính:

a. Công mà vận động viên tiêu tốn để vượt dốc.

b. Hiệu suất của công đó.

Bài 10: Một máy bơm nước có công suất P = 1 kW bơm nước từ mặt đất lên bồn nước có dung tích V = 3 000 lít đặt trên sân thượng toà nhà cao tầng cách mặt đất h = 24 m. Biết trọng lượng riêng của nước là d = 10 000N/m³; hiệu suất của động cơ là H = 80%. Để bơm được nước vào đầu bồn phải mất thời gian là bao lâu?

Bài 11. Người ta dùng một mặt phẳng nghiêng có chiều dài 5 m để kéo một vật có khối lượng 300 kg với lực kéo 1 200N. Biết hiệu suất của mặt phẳng nghiêng là 80%. Tính chiều cao của mặt phẳng nghiêng?

Xem thêm các Công thức Vật Lí lớp 8 quan trọng hay khác:

• Công thức tính công suất

• Công thức liên hệ giữa công suất và hiệu suất

• Công thức tính công suất trung bình của lực kéo

• Công thức tính vận tốc

• Công thức tính vận tốc trung bình

---