т. к. для того чтобы оценить количество энергии потраченной на разгон лопаты нужно знать количество метательных движений, которые совершил рабочий. Формула кинетической энергии E = (mV2)/2 требует знать скорость, которую для случая броска под 45 град легко найти по формуле Vл = (SQRT(Lg))/sin(45) Vл= (SQRT(1 ∙ 9,8))/0,707106781 = 2,21 метра в сек. Тогда Eгрунта = 24500 Дж или 24,5 кДж. Итого, полезная работа по перемещению грунта составила А1 = Ap + Eгрунта. А1= 49 + 24,5 = 73,5 кДж.
Оценим теперь количество движений, которое совершил работник.
N = (M/Ro)/(Vл ∙ 0,8) где: М = вся масса грунта 10 тонн; Ro = плотность грунта 1,5 тонн на метр кубический; Vл = идеальный объем грунта, помещающийся на полотне лопаты, 0,8 – принятый ранее к-т, учитывающий осыпание грунта с лопаты. Vл легко найти из чертежа стандартной лопаты и из условия 70 мм толщины срезаемого грунта, и оно составит 0,00334425 куб. метра В таком случае количество движений, совершенных рабочим за смену 2492.
Теперь сделаем оценку затрат энергии рабочего на подъем лопаты Ал = N ∙ Мл ∙ g ∙ h, тут N – количество движений, Мл – масса лопаты, g – ускорение свободного падения, h – средняя высота подъема лопаты. Тогда Ал = 2492 ∙ 0,98 ∙ 9,8 ∙ 0,5 = 11967 Дж.
Оценим количество энергии, затраченной на разгон лопаты в метательных движениях Емл = N ∙ (Мл ∙ Vл2)/2, тогда Eмл = 2492 ∙ (0,98 ∙ 2,2142)/2 = 5983 Дж. Итого на движение самой лопатой в процессе полезной работы (в моменты перемещения грунта) за смену рабочий потратил 11967 + 5983 = 17950 Дж.
Оценим теперь энергию, потраченную рабочим на преодоление сопротивления грунта при срезании. Для этого возьмем из справочников по проектированию машин данные по сопротивлению грунту срезанию.
Сила, необходимая для срезания зависит от справочного к-та, ширины срезания и высоты срезаемого слоя, F = 10000 ∙ 0,21∙ 0,07 = 147 Ньютон. Учитывая глубину внедрения полотна лопаты и количество движений за смену, получим общую работу по срезанию грунта Ас = 2492 ∙ 147 ∙ 0,285 = 104402 Дж.
Подведем промежуточные итоги.
Общая сумма трудовых энергетических затрат, которые непосредственно связаны с работой инструментом и перемещением груза составила 195,85 кДж.
На полезное перемещение собственно грунта потрачено 73,5 кДж – 37,5%.
На подъем лопаты и совершение бросков 17,95 кДж – 9.2%.
На срезание грунта 104,4 кДж – 53,3%.
Однако общие суточные энергозатраты работника средних лет при таком типе работ составят около 16,8 миллионов джоулей. Т. е. полезная работа по перемещению грунта на заданную высоту составит 73500/16800000 = 0,4% от суточных энергозатрат организма! Все энергозатраты на операции, которые можно отнести к полезной деятельности работника займут 1,17% его суточных энергозатрат.
Этот вывод следует осознать! Ни Маркс, ни Смит не делали ничего подобного. Они опирались на абстракцию рабочего времени, выводя стоимость труда только из затраченного работником времени.
Итак, мы видим, что энергозатраты человека средних лет растут не более чем в 1,6–1,9 раза в зависимости от интенсивности физического труда, но КПД работы человека в механическом