كفاءة الآلة

                                               كفاءة الآلة

• ما مبدأ حفظ الطاقة؟

الطاقة لا تفنى ولا تستحدث بل تتحول من شكل الى آخر

ملاحظة (هذا المبدأ ستتعرف عليه في صفوف اعلى ليكون اشمل للطاقة ).

ومن مبدأ حفظ الطاقة نستنتج ان الطاقة لا يمكن ان تفنى او تنتج من العدم .

• تعرفنا على المستوى المائل والرافعة بانواعها والبكرات بأنواعها وكلها آلات بسيطة تسهل علينا انجاز الشغل ولكن

1. الآلات لا تنجز شغل من تلقاء نفسها.
2. الآلات دائما تنجز شغل مفيد اقل من الشغل المبذول.

                                 الشكل (1) : مخطط لعمل الآلات

       انظر الى المخطط السابق : نستنتج منه ان الآلة البسيطة تحول الطاقة فنبذل شغل (طاقة داخلة) وينتج شغل منجز (طاقة خارجة)

        ولكن دائما الطاقة الخارجة المفيدة (الشغل المنجز) أقل من الطاقة الداخلة (الشغل المبذول) .

       هل فكرت قليلا ووجدت ان هناك تناقض ما بين ما قلناه في شرح المخطط وبين مبدأ حفظ الطاقة؟

      اتفق انك فكرت جيدا ولكن أهملت امرا مهما ، نحن ما زلنا نقول ان الطاقة تتحول من شكل إلى آخر ولكن نحن هنا نقول الطاقة الخارجة المفيدة

       فهناك طاقة ضائعة ناتجة عن الاحتكاك في الغالب وهناك أسباب خاصة بالآلة نفسها.

      فلو اعتبرنا ان الطاقة الداخلة نسبتها 100% فالطاقة الخارجة ايضا 100% ولكن المفيد منها بالتأكيد اقل من 100%.

                                  الشكل (2): تحولات الطاقة في الآلة

        نعبر عن النسبة المئوية للطاقة المفيدة الخارجة من الآلة الى الطاقة الداخلة فيها  بمفهوم كفاءة الآلة

        الكفاءة = $\frac{\mathrm{الشغل} \mathrm{الناتج}}{\mathrm{الشغل} \mathrm{المبذول}}\times 100\%$

      الكفاءة ليس لها وحدة لأنها خارج قسمة الشغل الناتج بوحدة جول الى الشغل المبذول بوحدة جول ايضا.

      تسمى الآلة التي كفاءتها 100% بالآلة المثالية.

      كيف نزيد من كفاءة الآلة؟

      التقليل من قوة الاحتكاك كاستخدام كرات البيليا والتزييت والتشحيم.

    وكذلك تصميم السيارات بشكل انسيابي لتقليل قوة مقاومة الهواء  وبالتالي زيادة كفاءة محرك السيارة.

الشكل (3) بعض وسائل تقليل الاحتكاك

مثال1:  يبين الشكل المجاور ثلاث مستويات بأطول مختلفة استخدمت لرفع جسم وزنه 10 نيوتن ، معتمدا على الشكل اجب عما يلي:

احسب الشغل المبذول

احسب الشغل الناتج

                           الشكل (4): المثال 1 كفاءة الآلة

الحل :

    نحسب الشغل المبذول من خلال العلاقة :

   الشغل = القوة * الازاحة في نفس اتجاه القوة

   الشغل الناتج = وزن الجسم * الارتفاع

           الفائدة الآلية=$\frac{\mathrm{المقاومة}}{\mathrm{القوة}}$

          كفاءة الآلة=$\frac{\mathrm{الشغل} \mathrm{الناتج}}{\mathrm{الشغل} \mathrm{المبذول}}\times 100\%$

          نطبق العلاقات السابقة على كل مستوى مائل ونعبئ الجدول التالي:

	المستوى 1	المستوى 2	المستوى 3
الشغل المبذول(جول)	2.1$\times$1.3=2.73	3.2$\times$0.7=2.24	2.5$\times$1=2.5
الشغل المنجز (جول)	10$\times$0.15=1.5	10$\times$0.15=1.5	10$\times$0.15=1.5
الفائدة الآلية	$\frac{10}{1.2}=$4.76	$\frac{10}{2.3}=125.3$	$\frac{10}{5.2}=4$
كفاءة الآلة	$\%55=\%100\times \frac{1.5}{2.73}$	$\%67=\%100\times \frac{1.5}{2.24}$	$\%60=\%100\times \frac{1.5}{2.5}$

مثال2:   يبين الشكل الطاقة الداخلة والطاقة الخارجة لثلاث آلات ، مستعينا بالشكل أجب عن الاسئلة الآتية:

    أحسب كفاءة الآلات الثلاث:

1. كفاءة الآلة 1=$\%80=\%100\times \frac{56}{70}$
2. كفاءة الآلة 2=$\%90=\%100\times \frac{99}{110}$
3. كفاءة الآلة 3=$\%75=\%100\times \frac{75}{100}$

 

     سؤال: لماذا تكون الطاقة الخارجة أقل من الداخلة؟

        الجواب. لأن هناك طاقة ضائعة بسبب الاحتكاك أو أسباب خاصة بالآلة نفسها.