Задачи › Работа и мощность

Зарядка телефона шагами

  1. Зарядка телефона шагами

    Курчатов 2021/22, 9 кл.
    2/10

    В прошлом десятилетии изобретатели придумали способ заряжать аккумулятор мобильного телефона при помощи простого преобразователя механической энергии в электрическую, что особенно пригодилось туристам-экстремалам, часто бывающим в походах. Данный механизм помещается в подошву обоих ботинок, и каждый раз, когда человек опирается на нее, происходит преобразование энергии с помощью небольшого электрогенератора. Предположим, что турист имеет массу \(m = 75\) кг, и за 1 его шаг подошва ботинка проседает на величину \(h = 5\) мм. КПД устройства равно \(20\,\%\), средняя длина двух последовательных шагов туриста составляет \(d = 1{,}5\) м, подошва проседает на одинаковую величину на протяжении всего пути. Стандартный современный мобильный телефон содержит литий-ионный аккумулятор, который работает на напряжении \(U = 3{,}7\) В, и если он работает на средней силе тока равной \(I = 130\) мА, аккумулятор будет функционировать на протяжении \(t = 10\) часов. Вычислите дистанцию, которую придется преодолеть туристу, чтобы с помощью вышеописанного механизма полностью зарядить аккумулятор первоначально разряженного мобильного телефона. Ответ дайте в километрах с точностью до десятых.

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Найдите работу, которую совершает подошва за один шаг, и энергию, которую нужно запасти в аккумуляторе. Их отношение даст число шагов, а число шагов умножьте на длину одного шага \(d/2\).

    Ответ

    \(S \approx 17{,}3\) км.

    Решение

    Найдем энергию, полученную за один шаг, учитывая, что на подошву действует сила тяжести \(F = mg\). При проседании подошвы на величину \(h\) совершается работа \(A_1 = mgh\), от которой поступает электрическая энергия \(W_1 = \eta A_1\) для заряда аккумулятора. Энергия, необходимая для полной зарядки аккумулятора, равна произведению средней мощности аккумулятора \(P = UI\) и времени \(t\) (с): \(W_2 = UIt\). Тогда необходимое количество шагов для его сбора составляет \[n = \frac{W_2}{W_1}.\] Тогда необходимый для полной зарядки аккумулятора путь равен \[S = n\,\frac{d}{2} \approx 17{,}3~\text{км}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи