Задание 6. Человек поднимается на 5 этажей. Сравните: работа и мощность при подъёме по лестнице, работа и мощность при использовании лифта. Вопросы: 1. У кого выше КПД - у человека или у лифта? 2. Почему человек устаёт, а лифт - нет?

Сравнение работы и мощности при подъёме на 5 этажей:

Подъём по лестнице:

• Работа: При подъёме по лестнице человек совершает работу против силы тяжести, поднимая своё тело на высоту 5 этажей. Работа \( A_ч = mgh \), где \( m \) — масса человека, \( g \) — ускорение свободного падения, \( h \) — высота 5 этажей.
• Мощность: Мощность человека зависит от времени, за которое он преодолевает эту высоту. Чем быстрее он поднимается, тем выше его мощность. \( P_ч = \frac{A_ч}{t_ч} \).

Подъём на лифте:

• Работа: Лифт совершает работу по подъёму кабины с пассажирами (человеком) на ту же высоту \( h \). Работа лифта \( A_л = (m_{каб} + m)gh \), где \( m_{каб} \) — масса кабины лифта. Если рассматривать только работу по подъёму человека, то \( A_л \approx A_ч \), так как \( m_{каб} \) обычно значительно больше массы человека. Но если считать работу, совершаемую двигателем лифта, то она будет больше, так как нужно преодолеть трение и КПД лифта не 100%.
• Мощность: Лифт имеет определённую мощность двигателя, которая позволяет ему поднимать кабину с пассажирами за короткое время. \( P_л = \frac{A_л}{t_л} \). Мощность лифта, как правило, значительно выше мощности человека.

Ответы на вопросы:

1. У кого выше КПД — у человека или у лифта?

   КПД (коэффициент полезного действия) человека выше. Человек использует энергию пищи для выполнения работы, и большая часть этой энергии идёт непосредственно на подъём. У лифта КПД ниже, так как часть энергии тратится на преодоление трения в механизмах, нагрев двигателя, освещение кабины и т.д.

2. Почему человек устаёт, а лифт — нет?

   Человек устаёт, потому что его организм — это биологическая система, которая расходует энергию в процессе работы. Мышцы работают, происходит обмен веществ, накапливается усталость. Лифт — это машина, состоящая из механизмов. Его работа обеспечивается электродвигателем, который не испытывает усталости в биологическом смысле. Он может работать до тех пор, пока подаётся электроэнергия и не произойдёт механическая поломка.