Коэффициент полезного действия.

Говоря о энергии, которая тратится на какое-то действие или передается от тела к телу, возникает вопрос – насколько эффективно энергия потратилась или передалась? Иными словами, как много было энергии потеряно при этом.

Чтобы оценивать эффективность передачи энергии, была введена величина, названная коэффициентом полезного действия (КПД) – отношение того, что получилось передать телу к тому, что имелось.

Но оказалось, что КПД можно рассматривать не только через энергию, но и через работу силы (поскольку размерности у обеих величин – Джоули). В таком случае получается, что КПД – это отношение той работы, которую требовалось совершить ко всей совершенной работе.

Потери здесь могут появляться из-за несовершенства выбранного механизма (подъем на лифте намного эффективнее подъема на лестнице), модели ситуации (поднять груз в один подход или разделить на части и поднять в несколько подходов – потери на деление, второе привязывание веревки и т.д.) или потерь, которые нельзя убрать (к примеру, поднять 10 л воды в квартиру можно только в таре, то есть придется совершить работу по подъему тары, которая без воды совсем не нужна) и т.д. Но даже при благоприятных факторах потери будут всегда – к примеру, на преодоление силы трения в частях механизма.

Здесь 0 означает ситуацию, когда совсем не получилось сделать, что требовалось, а 100 – когда все, что было, ушло на то, что требовалось (идеальная ситуация, почти недостижимая в реальном мире). Выходить на пределы диапазона значение КПД не может.

В последнем примере кроется важная физическая закономерность: в случае, когда тяжело (или невозможно) совершить некоторую работу – в нашем случае, поднять тело вертикально вверх на высоту h – можно прибегнуть к хитрости: увеличить расстояние, которое предстоит преодолеть телу, но при этом уменьшить силу, которую требуется приложить. Ведь даже если бы лестница была бы идеальной (совсем без потерь), мы совершили бы точно ту же работу, что и при подъеме тела вверх.