برای حل این سوال، باید توان مکانیکی پمپ را با توجه به انرژی پتانسیل مورد نیاز برای بالا بردن آب محاسبه کنیم.
1. **محاسبه انرژی پتانسیل:**
\[
U = mgh
\]
در اینجا:
- \( m = 75 \, \text{kg} \) (جرم آب در هر دقیقه)
- \( g = 10 \, \text{m/s}^2 \) (شتاب گرانش)
- \( h = 4 \, \text{m} \) (ارتفاع)
بنابراین:
\[
U = 75 \times 10 \times 4 = 3000 \, \text{J}
\]
2. **توان پمپ:**
توان، مقدار انرژی بر حسب زمان است. بنابراین اگر توان خروجی پمپ \( 250 \, \text{W} \) است، مقدار انرژی ورودی در هر دقیقه یعنی 60 ثانیه باید برابر باشد با:
\[
P \times 60
\]
در اینجا:
\[
P = 250 \, \text{W}
\]
بنابراین:
\[
250 \times 60 = 15000 \, \text{J}
\]
3. **بازده پمپ:**
بازده میشود نسبت انرژی مفید به انرژی ورودی:
\[
\eta = \frac{\text{انرژی مفید}}{\text{انرژی ورودی}} = \frac{3000}{15000} = 0.2
\]
بنابراین، بازده پمپ 0.2 یا 20٪ است.