叶春浓
周末聊物理学:只有你来我往才有功率和效率
2026-5-16 22:26
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切莫因为牛顿三大定律、能量守恒定律、力的合成与分解等很简单掉以轻心,再也没什么比学习和应用基础原理更重要,更有实效了。

工程师常跟功率,效率等概念打交道,比如一台机器的功率多少,效率多少等。但功率、效率这样看似简单的概念有时并不简单,不理解透彻可能会让你犯糊涂。

如下图,电机通过减速机驱动卷扬机,把重物G以速度V吊起来,怎么分析传动系统的效率?机械工程师都懂,效率等于绳子吊起重物的功率GV除以电机输出功率Tn。

无标减速机.jpg

再问,如何分析卷扬机的效率呢?你很可能会犯错。你会认为卷扬机效率=提起重物的功率/卷扬机的功率,这也没错,但卷扬机功率等于什么?

你可能会用材料力学里的公式:功率=扭矩*转速/9549,扭矩=重量G乘以卷扬机半径R。

如果这样计算,卷扬机效率是100%,效率100%显然是错误的,原因何在?

问题就在于,只有你来我往才有功率,单个物体没有功率。比如卷扬机本身并没有功率,它匀速转动,合外力(力矩)等于零。有且只有知道减速机给卷扬机输入了多少功率(一般是要测量),卷扬机给重物G输出了多少功率才可以计算卷扬机的效率

一句话,要计算一个系统的效率,必须要知道外界给它输入多少功率,它给外界输出多少功率,不能在封闭系统内部计算效率。

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