2. Bài 16. Công suất - Hiệu suất

Hai thế hệ đầu máy trong Hình 16.1 có sự khác biệt rất nhiều về tốc độ sinh công, đại lượng nào đặc trưng cho khả năng sinh này?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học ở THCS

Lời giải chi tiết:

Đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công là công suất.

1. Quan sát Hình 16.2 và cho biết trong trường hợp nào thì tốc độ sinh công của lực là lớn hơn.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ.

Lời giải chi tiết:

Từ hình vẽ, ta thấy tốc độ sinh công của hình 16.2b lớn hơn tốc độ sinh công của hình 16.2a.

2. Quan sát Hình 16.3, hãy phân tích những yếu tố ảnh hưởng đến công suất của các học sinh này khi đi lên cầu thang để cùng vào một lớp học.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ.

Lời giải chi tiết:

Yếu tố ảnh hưởng đến công suất của các học sinh này là:

+ Tốc độ đi của học sinh

+ Lực chuyển động của học sinh.

=> Phân tích: Nếu tốc độ và lực chuyển động của học sinh càng lớn thì công suất càng lớn, và ngược lại.

Tìm hiểu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hộp số xe ô tô, xe máy để giải thích tại sao khi bắt đầu chuyển động hoặc lên dốc, xe đi ở số nhỏ. Khi xe chạy với tốc độ cao trên đường, xe đi ở số lớn.

Phương pháp giải:

Tìm hiểu thông tin trên internet và vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết:

Trên thực tế, động cơ xe máy không thể hoạt động vượt quá một giá trị công suất nhất định. Do đó cần pahir điều chỉnh lực và tốc độ một cách phù hợp khi động cơ xe máy đang hoạt động với công suất tối đa. Vì vậy khi bắt đầu chuyển động hoặc lên dốc, xe phải có lực phát động lớn, cần giảm tốc độ nên xe phải đi số nhỏ và ngược lại khi xe chạy với tốc độ cao trên đường thì xe phải phải đi ở số lớn.

3. Em hãy chỉ ra những loại năng lượng cần cung cấp để động cơ xe máy hoặc xe ô tô vận hành. Thảo luận những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ xe.

Phương pháp giải:

Vạn dụng kiến thức thực tế.

Lời giải chi tiết:

- Loại năng lượng cần cung cấp để động cơ xe máy hoặc ô tô vận hành là năng lượng hóa học được tạo ra từ việc đốt nhiên liệu.

- Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ xe là sự vận hành các bộ phận, máy móc trong xe. Năng lượng mất đi do ma sát, nhiệt gây nên.

Em hãy đề xuất giải pháp làm tăng hiệu suất của quạt điện (Hình 16.9) sau một thời gian sử dụng. Giải thích lí do lựa chọn giải pháp này.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức thực tiễn

Lời giải chi tiết:

Giải pháp làm tăng hiệu suất của quạt điện: lau sạch cánh quạt, tra dầu cho quạt

Lí do: Sau một thời gian sử dụng, cánh quạt sẽ bị bám đầy bụi, làm quạt chạy yếu hơn. Vì vậy nên lau sạch cánh quạt và tra dầu để làm giảm ma sát, tăng công suất sử dụng của quạt, giảm năng lượng hao phí, tăng hiệu suất sử dụng. 

1. Một người chạy bộ lên một đoạn dốc, người đó có khối lượng 60 kg, đi hết 4 s, độ cao của đoạn dốc này 4,5 m. Xác định công suất của người chạy bộ (tính theo đơn vị watt và mã lực).

Phương pháp giải:

- Biểu thức tính công suất: \(P = \frac{A}{t}\)

- Biểu thức tính công: A = F.d

Trong đó:

+ P: công suất (W)

+ A: công vật thực hiện được (J)

+ F: lực thực hiện công (N)

+ d: độ dịch chuyển của vật (m)

+ t: thời gian vật thực hiện công (s)

- 1 HP = 746 W (HP là đơn vị mã lực).

Lời giải chi tiết:

Lực thực hiện công là trọng lực.

Ta có: m = 60 kg; t = 4 s; d = 4,5 m.

- Công mà người chạy bộ thực hiện được là: A = F.d = P.d = m.g.d = 60.10.4,5 = 2700 (J).

- Công suất của người chạy bộ là: \(P = \frac{A}{t} = \frac{{2700}}{4} = 675(W)\)

Công suất của người chạy bộ theo đơn vị mã lực (HP) là: \(P = \frac{{675}}{{746}} \approx 0,9(HP)\)

2. Một máy bơm nước đưa từ mặt đất lên độ cao 10 m, nước được bơm với lưu lượng là 30 kg/phút với tốc độ không đổi. Tính công suất máy bơm thực hiện để làm công việc đó theo đơn vị mã lực. Xem máy hoạt động với hiệu suất gần đúng bằng 100%.

Phương pháp giải:

- Biểu thức tính công suất: \(P = \frac{A}{t}\)

- Biểu thức tính công: A = F.d

Trong đó:

+ P: công suất (W)

+ A: công vật thực hiện được (J)

+ F: lực thực hiện công (N)

+ d: độ dịch chuyển của vật (m)

+ t: thời gian vật thực hiện công (s)

- Lưu lượng dòng chảy: \(v = \frac{m}{t}\) (kg/s).

- 1 HP = 746 W (HP là đơn vị mã lực).

Lời giải chi tiết:

Ta có: v = 30 kg/phút = 0,5 kg/s; d = 10 m

Công suất máy bơm thực hiện là:

\(\begin{array}{l}P = \frac{A}{t} = \frac{{m.g.d}}{t} = v.g.d = 0,5.10.10 = 50(W)\\P = \frac{{50}}{{746}} \approx 0,07(HP)\end{array}\)

3. Một xe bán tải có khối lượng 1,5 tấn, hiệu suất của xe là 18%. Tìm số lít xăng cần dùng để tăng tốc xe từ trạng thái nghỉ đến tốc độ 15 m/s. Biết năng lượng chứa trong 3,8 lít xăng là 1,3.10⁸ J.

Lời giải chi tiết:

Dựa vào công thức chuyển động thẳng biến đổi đều, ta có:

\(\begin{array}{l}{v^2} - v_0^2 = 2a.d\\ \Rightarrow d = \frac{{{v^2} - v_0^2}}{{2a}}\end{array}\)

Công của xe bán tải thực hiện khi di chuyển một quãng đường s là:

\(A = F.d = m.a.\frac{{{v^2} - v_0^2}}{{2a}} = \frac{1}{2}m{v^2} - \frac{1}{2}mv_0^2 = \frac{1}{2}{.1500.15^2} - \frac{1}{2}{.1500.0^2} = 168750J\)

Lượng (thể tích) xăng cần sử dụng là:

\(V = \frac{A}{{18\% }}.\frac{{3,8}}{{1,{{3.10}^8}}} = \frac{{168750}}{{18\% }}.\frac{{3,8}}{{1,{{3.10}^8}}} \approx 0,027L\)