Hiệu suất là một khái niệm quan trọng trong vật lý, đặc biệt khi xét đến các loại máy móc và quá trình biến đổi năng lượng. Nắm vững Công Thức Tính Hiệu Suất Vật Lý giúp học sinh lớp 10 giải quyết các bài tập liên quan và hiểu sâu hơn về hiệu quả sử dụng năng lượng. Bài viết này sẽ trình bày chi tiết về công thức, kèm theo ví dụ minh họa và bài tập tự luyện.
Công Thức Tính Hiệu Suất
Hiệu suất (H) được tính bằng tỷ lệ giữa năng lượng (hoặc công suất) có ích và năng lượng (hoặc công suất) toàn phần, thường được biểu diễn dưới dạng phần trăm.
Công thức tổng quát:
H = (Năng lượng có ích / Năng lượng toàn phần) * 100%Hoặc:
H = (Công suất có ích / Công suất toàn phần) * 100%Ký hiệu:
- H: Hiệu suất (%)
- Wci: Năng lượng có ích (J)
- Wtp: Năng lượng toàn phần (J)
- Pci: Công suất có ích (W)
- Ptp: Công suất toàn phần (W)
Ví Dụ Minh Họa
Ví dụ 1: Ròng rọc
Để nâng một vật có khối lượng 250 kg lên độ cao 10 m, người ta sử dụng một hệ thống ròng rọc gồm một ròng rọc cố định và một ròng rọc động. Lực kéo dây để nâng vật lên là F = 1500 N. Tính hiệu suất của hệ thống.
A. 80%.
B. 83,3%.
C. 86,7%.
D. 88,3%.
Hướng dẫn giải:
Alt: Minh họa hệ thống ròng rọc động cố định để nâng vật, chú thích lực kéo và chiều cao, giải thích công thức tính hiệu suất vật lý.
Công có ích để nâng vật lên độ cao 10m:
Aci = mgh = 250 kg 9.8 m/s2 10 m = 24500 J (Sử dụng g = 9.8 m/s2 để chính xác hơn)
Khi sử dụng hệ thống ròng rọc, quãng đường kéo dây s = 2h = 2 * 10 m = 20 m.
Công toàn phần để kéo vật:
Atp = F s = 1500 N 20 m = 30000 J
Hiệu suất của hệ thống:
H = (Aci / Atp) 100% = (24500 J / 30000 J) 100% ≈ 81.67%
Vậy, đáp án gần đúng nhất là B. 83,3%. (Do làm tròn số trong quá trình tính toán)
Ví dụ 2: Mặt phẳng nghiêng
Người ta dùng một mặt phẳng nghiêng có chiều dài 5 m để kéo một vật có khối lượng 300 kg với lực kéo 1200 N. Biết hiệu suất của mặt phẳng nghiêng là 80%. Tính chiều cao của mặt phẳng nghiêng?
A. 1,6 m.
B. 2 m.
C. 3,6 m.
D. 2,4 m.
Hướng dẫn giải:
Công toàn phần của lực kéo: Atp = F l = 1200 N 5 m = 6000 J
Công có ích là: Aci = Atp H = 6000 J 80% = 4800 J
Ta cũng có công có ích: Aci = mgh = 300 kg 9.8 m/s2 h = 2940h J
Từ đó suy ra: 2940h = 4800
=> h = 4800 / 2940 ≈ 1.63 m
Vậy đáp án gần đúng nhất là A. 1,6 m.
Bài Tập Tự Luyện
Bài 1: Một người dùng ván để đưa một thùng hàng lên xe tải. Sàn xe tải cao 1,5 m, ván dài 4 m. Thùng hàng có khối lượng 120 kg và lực đẩy thùng là 450 N. Tính hiệu suất khi sử dụng ván nghiêng.
Bài 2: Một động cơ điện có công suất tiêu thụ 6 kW kéo một vật có khối lượng 1500 kg lên cao 40 m theo phương thẳng đứng trong thời gian 100 s với vận tốc không đổi. Tính hiệu suất của động cơ này.
Alt: Ảnh chụp sách luyện thi Toán Lý Hóa, tập trung vào ôn tập công thức và giải bài tập, liên kết đến tài liệu ôn thi đại học.
Bài 3: Một máy bơm nước có công suất 2000 W bơm 1200 lít nước lên bể chứa ở độ cao 12 m trong mỗi phút. Tính hiệu suất của máy bơm, biết khối lượng riêng của nước là 1 kg/lít và g = 9.8 m/s2.
Bài 4: Một cần cẩu có công suất 3000 W nâng một kiện hàng nặng 200 kg lên cao 40 mét trong thời gian 30 giây. Tính hiệu suất của cần cẩu.
Bài 5: Một máy biến thế có công suất đầu vào là 500W, công suất đầu ra là 400W. Tính hiệu suất của máy biến thế.
Đáp án:
(Vui lòng tự giải để kiểm tra kiến thức. Bạn có thể sử dụng các công thức và ví dụ trên để giải các bài tập này.)
Nắm vững công thức tính hiệu suất vật lý và luyện tập thường xuyên với các bài tập sẽ giúp bạn tự tin hơn khi đối mặt với các bài kiểm tra và kỳ thi. Chúc bạn học tốt!
