448. Электросани с грузом (рис. 135) общей массой m = 300 кг движутся по снегу. Сила тяги двигателя F = 2400 Н. Сила трения скольжения составляет 0,20 веса саней. Сани прошли путь s = 500 м. а) Равномерно ли двигались сани? б) Какую работу совершила сила тяги двигателя? в) Чему равна неполезная работа при движении саней? г) Какова эффективность работы силы тяги двигателя?

Физический смысл задачи:

Нам нужно проанализировать движение электросаней, рассчитать работу, совершаемую силой тяги, определить неполезную работу и вычислить КПД.

Исходные данные:

• Масса электросаней с грузом: m = 300 кг
• Сила тяги двигателя: F_тяги = 2400 Н
• Сила трения скольжения: f = 0,20 * вес
• Пройденный путь: s = 500 м
• Ускорение свободного падения (примем для расчета веса): g = 9,8 м/с2 (или 10 м/с² для упрощения, уточним это ниже)

Решение:

1. а) Равномерно ли двигались сани?
   • Для определения равномерности движения нужно сравнить силу тяги с силой трения. Если они равны, движение равномерное.
   • Сначала рассчитаем вес саней: P = m * g = 300 кг * 9,8 м/с2 = 2940 Н (используем g=9,8 м/с² для большей точности).
   • Теперь рассчитаем силу трения: f = 0,20 * P = 0,20 * 2940 Н = 588 Н.
   • Сравниваем силу тяги (2400 Н) и силу трения (588 Н). Так как F_тяги > f, сила тяги больше силы трения. Это означает, что на сани действует равнодействующая сила, и они будут двигаться с ускорением.
   Вывод: Сани двигались неравномерно (с ускорением).
2. б) Какую работу совершила сила тяги двигателя?
   • Работа силы определяется по формуле: A = F * s.
   • A_тяги = F_тяги * s = 2400 Н * 500 м = 1 200 000 Дж = 1200 кДж.
   Ответ: Работа силы тяги двигателя составила 1 200 000 Дж (или 1200 кДж).
3. в) Чему равна неполезная работа при движении саней?
   • Неполезная работа — это работа, совершаемая против силы трения.
   • A_непол = f * s = 588 Н * 500 м = 294 000 Дж = 294 кДж.
   Ответ: Неполезная работа равна 294 000 Дж (или 294 кДж).
4. г) Какова эффективность работы силы тяги двигателя?
   • Эффективность (КПД) рассчитывается по формуле: η = (Полезная работа / Совершенная работа) * 100%.
   • В данном случае, совершенная работа — это работа силы тяги (A_тяги). Полезная работа — это та часть работы, которая идет на преодоление трения и на увеличение кинетической энергии. В этой задаче под полезной работой часто подразумевают работу, которая совершается против силы трения (хотя это может быть некорректно, если есть ускорение). Для более точного понимания КПД, нужно было бы знать, какая часть работы идет на ускорение.
   • Если считать, что полезная работа — это преодоление силы трения, то:η = (A_непол / A_тяги) * 100% = (294 000 Дж / 1 200 000 Дж) * 100% = 0,245 * 100% = 24,5%.
   • Важное замечание: В задачах на КПД часто под полезной работой понимают работу, направленную на полезное действие (например, подъем груза). Здесь же сила тяги совершает работу, которая частично преодолевает трение (неполезная работа), а частично идет на увеличение кинетической энергии (если есть ускорение). Если бы речь шла о КПД двигателя, то нужно было бы знать его общую мощность и полезную мощность. В данном контексте, вопрос о