Bài viết này sẽ hướng dẫn giải chi tiết bài tập 27.3 trong sách bài tập Vật Lý lớp 10, tập trung vào việc tính toán công thực hiện, công có ích và hiệu suất khi sử dụng ròng rọc để kéo vật lên cao.
Phân tích bài toán
Một công nhân xây dựng sử dụng hệ thống ròng rọc để kéo một thùng sơn có khối lượng 27 kg lên một dàn giáo cao 3,1 mét. Lực kéo của người công nhân theo phương thẳng đứng là 310 N. Gia tốc trọng trường được lấy bằng g = 9,8 m/s². Bài toán yêu cầu tính:
a. Công mà người công nhân đã thực hiện.
b. Phần công có ích dùng để kéo thùng sơn.
c. Hiệu suất của quá trình này.
Lời giải chi tiết
a. Tính công mà người thợ đã thực hiện
Công thực hiện (Athực hiện) được tính bằng công thức:
Athực hiện = F × s
Trong đó:
- F là lực kéo của người công nhân (310 N).
- s là quãng đường vật được kéo lên (chiều cao của dàn giáo, 3,1 m).
Thay số vào công thức:
Athực hiện = 310 N × 3,1 m = 961 J
Vậy, công mà người thợ đã thực hiện là 961 Jun.
b. Tính phần công có ích dùng để kéo thùng sơn
Công có ích (Acó ích) là công dùng để nâng vật lên, được tính bằng công thức:
Acó ích = P × s
Trong đó:
- P là trọng lượng của thùng sơn. Trọng lượng được tính bằng P = m × g.
- s là quãng đường vật được kéo lên (3,1 m).
Trước tiên, ta tính trọng lượng của thùng sơn:
P = m × g = 27 kg × 9,8 m/s² = 264,6 N
Tiếp theo, ta tính công có ích:
Acó ích = P × s = 264,6 N × 3,1 m = 820,26 J
Vậy, phần công có ích dùng để kéo thùng sơn là 820,26 Jun.
c. Tính hiệu suất của quá trình này
Hiệu suất (H) của quá trình được tính bằng công thức:
H = (Acó ích / Athực hiện) × 100%
Thay số liệu đã tính toán vào công thức:
H = (820,26 J / 961 J) × 100% ≈ 85,4 %
Vậy, hiệu suất của quá trình kéo thùng sơn này là khoảng 85,4%.
Kết luận
Qua bài tập này, chúng ta đã hiểu rõ cách tính toán các đại lượng liên quan đến công và hiệu suất khi sử dụng ròng rọc. Hiệu suất dưới 100% cho thấy một phần năng lượng đã bị hao phí cho các yếu tố khác như ma sát. Việc tính toán hiệu suất giúp đánh giá mức độ hiệu quả của máy cơ đơn giản trong thực tế.
