งานพลังงานอย่างง่าย

งานและพลังงาน  
1.  งาน  (work)
ความหมายทั่วไป   เป็นการกระทำกิจกรรมหรือทำสิ่งใดๆเพื่อที่จะได้รับซึ่งผลตอบแทน เช่น การปลูกต้นไม้ ดายหญ้า  รับจ้างทั่วไป  การเล่นกีฬา การเขียนหนังสือ  ฯลฯ
ความหมายทางวิทยาศาสตร์  เป็นผลจากการกระทำของแรงต่อวัตถุอย่างต่อเนื่องและทำให้วัตถุเคลื่อนที่ตามแนวแรงกระทำ ดังนั้นการเกิดงานจะต้องมีแรงกระทำและระยะทางการเคลื่อนที่เกี่ยวข้องเสมอ
งาน  ในวิชาฟิสิกส์นั้นจะพิจารณาว่ามีการทำงานหรือมีงานเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อมีแรงมากระทำต่อวัตถุ แล้วทำให้วัตถุมีการกระจัด   ปริมาณงานจะเท่ากับ ผลคูณของแรงกับการกระจัด การกระจัดของวัตถุอยู่ในแนวเดียวกับแรง นิยามของงาน   งาน หมายถึง ผลคูณของแรงกับระยะทางตามแนวแรงที่กระทำ  
เมื่อ     แทน  แรงที่กระทำต่อวัตถุ      มีหน่วยเป็น นิวตัน (N)         s     แทน  ระยะทางตามแนวแรงที่กระทำ  มีหน่วยเป็น เมตร   (m)      
      
W    แทน  งานที่เกิดจากแรงกระทำ มีหน่วยเป็น นิวตันเมตร (
N.m)หรือ จูล (J)   
ภาพประกอบการอธิบาย แรง F  



 

                                                                sการกระจัด S จากรูป เมื่อขนาดของแรง F คงที่ กระทำต่อวัตถุ และทำให้วัตถุมีการกระจัด S ที่มีทิศเดียวกันกับแรง F กรณีนี้ พบว่า                                                            งาน = แรง x การกระจัด                                                 หรือ W F.s  กรณีที่งานเกิดจากแรงคงที่ที่กระทำกับวัตถุในแนวทำมุมกับทิศการเคลื่อนที่ของวัตถุ ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ได้การกระจัด s กรณีนี้พบว่า                         W =Fcosθ. S   ตัวอย่าง ข้อควรระวังเมื่อคำนวณหางาน 1) แรงกับระยะทางต้องอยู่ในแนวที่ขนานกันจึงใช้ได้ หากแรงตั้งฉากกับระยะทาง ต้องตอบงานเป็นศูนย์ หากแรงอยู่ในแนวเอียงต้องแตกแรงก่อน
2) หากแรงไม่คงที่ต้องหาแรงเฉลี่ยมาใช้คำนวณ
3) พื้นที่ใต้กราฟ F & s จะเท่ากับผลคูณ F s เสมอ แบบฝึกหัดระดับธรรมดา
1. เด็กชาย  NGC ออกแรงลากของตามแนวราบ 10 N  สม่ำเสมอเป็นระยะทาง 3 m จะ ทำงานได้เท่าไร  (ตอบ 30 J)ระดับยาก2. ชายคนหนึ่งถือของมวล 10 กิโลกรัม นั่งอยู่บนรถบรรทุกคันหนึ่งซึ่งวิ่งไปด้วยอัตราเร็ว 72 กิโลเมตร  ต่อชั่วโมง ถ้ารถคันนี้เบรก กะทันหันหยุดได้ในระยะทาง 20 เมตร จงหาว่าชายคนนี้จะทำงานเท่าใด1. 2,000 จูล                2. 200 จูล3. 100 จูล                   4. 0 จูล3. จงหางานในการเคลื่อนที่กล่องมวล 40 กิโลกรัมขึ้นไปตามพื้นเอียง 37 องศา กับพื้นราบไปยังจุดซึ่งสูงจากพื้นราบ 3 เมตร ถ้าแรงเสียดทานระหว่างกล่องกับพื้นเอียงเท่ากับ 2 นิวตัน1. 130 จูล                   2. 1,190 จูล3. 1,200 จูล                4. 1,210 จูล4. เข็นลังที่มีมวล 80 กิโลกรัม ขึ้นไปตามพื้นเอียงเป็นระยะทาง 10 เมตร ดังรูป ด้วยความเร็วคงที่ถ้ากำหนดสัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์เป็น 0.2 จะต้องทำงานทั้งหมดเท่าไร1. 1,280 จูล                2. 4,800 จูล3. 6,080 จูล                4. 8,000 จูล5. มวล 10 กิโลกรัม วางอยู่บนพื้นเอียงทำมุม 30° กับแนวราบ ถ้าสัมประสิทธิ์ความเสียดทานระหว่างผิวของวัตถุกับพื้นเอียงเท่ากับ 0.2 งานในการนำมวลนี้ ขึ้นไปตามพื้นเอียงระยะทาง 5 เมตรเท่ากับ1. 86.6 จูล                  2. 250 จูล3. 336.6 จูล                4. 420 จูล งานที่เกิดจากแรงไม่คงที่  ให้หาจากพื้นที่ใต้กราฟ

W = พื้นที่ของสามเหลี่ยมรูปที่ 1 + พื้นที่ของสามเหลี่ยมรูปที่ 2  

ตัวอย่าง   



 

ข้อควรระวัง    ให้คิดเครื่องหมายด้วย       
2.   พลังงานพลังงาน คือ ความสามารถทำงานได้       สิ่งใดที่มีการเปลี่ยนแปลงหรือมีการเคลื่อนที่  สิ่งนั้นย่อมมีพลังงาน  พลังงานมีหลายรูป  เช่น พลังงานความร้อน  พลังงานแสง  เป็นต้น    มนุษย์รู้จักนำพลังงานต่าง ๆ มาใช้ประโยชน์ในการดำรงชีวิตตั้งแต่สมัยโบราณ  จนถึงปัจจุบันพลังงาน(Energy)พลังงาน เป็นความสามารถในการทำงานของวัตถุ ไม่มีตัวตน สัมผัสหรือจับต้องไม่ได้ ไม่สามารถสร้างขึ้นมาใหม่ได้ แต่สามารถเปลี่ยนรูปได้ พลังงานมีหลายรูปแบบ เช่น พลังงานไฟฟ้า พลังงานความร้อน พลังงานแสง พลังงานเสียง พลังงานกล  พลังงานเคมี พลังงานนิวเคลียร์ ฯ  พลังงาน มีหน่วยเช่นเดียวกับงาน คือ จูล(J)  สำหรับพลังงานที่จะศึกษาในระดับนี้ เป็นพลังงานที่มีอยู่ในวัตถุทุกชนิด คือ พลังงานกล (Mechanic Energy) แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ1. พลังงานศักย์ (Potential Energy)2. พลังงานจลน์ (Kinetic Energy) พลังงานศักย์ ( Potential Energy ; Ep )พลังงานศักย์ แบ่งออกเป็น1. พลังงานศักย์โน้มถ่วง (Gravitational Potential Energy) เป็นพลังงานศักย์ที่สะสมในวัตถุ เมื่ออยู่บน ที่สูง พลังงานศักย์โน้มถ่วงจะมีค่ามาก หรือ ค่าน้อย ขึ้นอยู่กับระดับความสูงจากพื้นโลก สามารถหาค่าได้จากงานที่ทำหรือการเปลี่ยนตำแหน่งของวัตถุในแนวดิ่ง เช่น การตกของลูกมะพร้าวจากต้น การปล่อยตุ้มตอกเสาเข็ม สามารถหาค่าพลังงานศักย์โน้มถ่วง จากงานเนื่องจากแรงดึงดูดของโลกที่กระทำต่อวัตถุ เมื่ออยู่บนที่สูง                พลังงานศักย์(Ep)     =  งาน (W)               =   s                                                                           =   mgs                                             ระยะทาง (s)         =   ความสูง(h)                            ดังนั้น                           Ep     =     mgh 2. พลังงานศักย์ยืดหยุ่น (Elastic Potential Energy) เป็นพลังงานศักย์ที่สะสมในวัตถุที่ติดกับสปริงที่ถูกทำให้ยืดออก หรือ หดเข้า จากตำแหน่งสมดุล แรงที่กระทำต่อสปริงมีค่าไม่คงที่ แต่จะมีค่าเพิ่มขึ้นจากศูนย์ แรงที่นำไปใช้จึงเป็นค่าเฉลี่ย ดังนั้น งานหาได้จากงาน                  =   แรงเฉลี่ย x ระยะยืดหยุ่นของสปริง                                                                    W    =      S                                                                  W      =        .............(1)          เมื่อ  W    แทน  งานที่ได้จากการยืดหยุ่นของสปริง (J)                     แทน   แรงที่กระทำต่อสปริง (N)                     S    แทน   ระยะยืดหยุ่นของสปริง (m) อีกประการหนึ่ง แรงที่กระทำต่อสปริงจะแปรผันตรงกับระยะยืดหยุ่นของสปริง มีค่าคงที่ของสปริง เรียกว่า ค่าคงที่ของสปริง หรือ ค่านิจของสปริง (spring constant;k)       นั่นคือ                                                    s                                                                    =     ks ………….(2)        เมื่อ   k   คือ  ค่าคงที่ของสปริง หรือ ค่านิจของสปริงแทนค่า (2) ใน (1) ;                               W    =    เนื่องจากงานที่ใช้ในการทำให้สปริงมีระยะเปลี่ยนไป  =  นั่นคือ พลังงานศักย์ในสปริง เรียกว่า พลังงานศักย์ยืดหยุ่น (Ep)           ดังนั้น                                          Ep   =              หรือ                                             Ep   =      ตัวอย่าง1. ออกแรงดึงขนาด 100 นิวตัน ดึงสปริงให้ยืดออก 30 เซนติเมตร จงคำนวณหาค่าพลังงานศักย์ยืดหยุ่นของสปริง วิธีทำ          จาก สูตร                                           Ep   =                       เมื่อ                                          =   100 N                                                                 s     =     30 cm   =   0.3 m                แทนค่า                                               Ep     =                                                                           =    15 Jพลังงานศักย์ยืดหยุ่นของสปริงเมื่อยืดออก 30 เซนติเมตร 15 จูล 2.  สปริงอันหนึ่งมีค่าคงที่ของสปริง 25 N/m เมื่อสปริงยืด 50 เซนติเมตร จะมีค่าพลังงานศักย์ยืดหยุ่นเท่าใดวิธีทำ           จาก        สูตร                    Ep     =                        เมื่อ                                    k     =    25 N/m                                                               s     =     0.5 m                    แทนค่า                            Ep    =    x 25 x 0.5 x 0.5                                                                      =   3.125 Jพลังงานศักย์ยืดหยุ่นของสปริงเมื่อยืดออก 50 เซนติเมตร 3.125 จูล    พลังงานจลน์ (Kinetic Energy ; Ek) พลังงานจลน์ เป็นพลังงานที่เกิดขึ้นขณะวัตถุกำลังเคลื่อนที่เนื่องจากมีแรงมากระทำต่อวัตถุและมีค่าเปลี่ยนแปลงตามอัตราเร็วของวัตถุเคลื่อนที่ พลังงานจลน์ที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่   เช่น
1. พลังงานลม ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอนุภาคอากาศ เป็นสภาพของลมพัด พลังงานลมที่แรงมากสามารถหมุนกังหันลมได้
2. พลังงานคลื่น คลื่นในทะเล และมหาสมุทร ปกติเกิดจากลม ในบางครั้งเกิดจากการเคลื่อนไหวของเปลือกโลก เช่น แผ่นดินไหว พลังงานคลื่น สามารถนำมาผลิตเป็นพลังงานไฟฟ้า    3. พลังงานน้ำ ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอนุภาคน้ำ เช่น การไหลของกระแสน้ำ การไหลของน้ำตก และการเกิดคลื่นน้ำ พลังงานน้ำที่แรงมากเพียงพอสามารถหมุนกังหันน้ำได้ 4. พลังงานเสียง ทำให้อนุภาคของอากาศเคลื่อนที่เป็นส่วนอัด ส่วนขยาย ความถี่ของส่วนอัดและส่วนขยายที่เกิดขึ้นมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความดังและลักษณะเสียงจากแหล่งกำเนิด เสียงเมื่อเดินทางมาถึง   หูมนุษย์ทำให้เยื่อแก้วหูเกิดการสั่นมีความถี่ต่างๆ กัน และ เปลี่ยนพลังงานเสียงให้กลายเป็นพลังงานกล อวัยวะภายในหูเปลี่ยนพลังงานกลเป็นกระแสประสาท แล้วส่งไปยังสมองแปลความออกมาเป็นเสียงนิยามการเกิดพลังงานจลน์ ได้ คือ            งานที่วัตถุเคลื่อนที่แปรผันตรงกับกำลังสองของอัตราเร็วและมวลของวัตถุเคลื่อนที่เขียนได้ดังสมการ                                                                               เมื่อ   Ek  แทน  พลังงานจลน์         หน่วย  จูล (J)                  m  แทน   มวลของวัตถุ         หน่วย  กิโลกรัม (kg)                   แทน   อัตราเร็วของวัตถุ  หน่วย  เมตรต่อวินาที (m/s) จงหาพลังงานจลน์ของวัตถุมวล 400 กรัมที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว 20 เมตรต่อวินาทีวิธีทำ         จาก        สูตร                                                              เมื่อ                                          m   =   0.4 kg                                                                       =  20 m/s                     แทนค่า                                                                                                                           =  80 J            วัตถุมวล 400 กรัม มีพลังงานจลน์ 80 จูล   กำลัง (Power ; P)ออกแรงขนาด 100 นิวตัน ลากวัตถุบนพื้นเรียบระยะทาง 50 เมตรออกแรงขนาด 100 นิวตัน ลากวัตถุบนพื้นขรุขระระยะทาง 50 เมตรพบว่า งานทั้ง 2 กรณี มีค่าเท่ากัน แต่ถ้าพิจารณาเวลาที่วัตถุใช้ในการเคลื่อนที่ต่างกัน วัตถุที่เคลื่อนที่บนพื้นขรุขระจะมากกว่าบนพื้นเรียบ เพื่อให้เห็นความแตกต่างของงาน จึงนิยามคำว่า กำลัง      กำลัง หมายถึง ความสามารถในการทำงานในหนึ่งหน่วยเวลานั่นคือ                                                   เมื่อ      P  แทน  กำลังที่ได้    หน่วย  จูลต่อวินาที หรือ วัตต์ (J/s or watt )           W แทน   งานที่ทำได้  หน่วย  จูล (J)            t  แทน    เวลาที่ใช้      หน่วย  วินาที (s) รถยนต์คันหนึ่งมีแรงขนาด 120 นิวตัน วิ่งด้วยอัตราเร็วคงที่ 5 เมตรต่อวินาที จงหากำลังของเครื่องยนต์วิธีทำ                  จาก  สูตร                                                           และ  สูตร                                         W =    s               จะได้                                                 P  =                 และ  สูตร                                           =                ดังนั้น                                                P   =  F               เมื่อ                                                     =   120 N                                                                          =      5 m/s              แทนค่า                                             P     =    120 x 5                                                                             =   600 watt                                         กำลังของเครื่องยนต์มีขนาด 600 วัตต์ที่มา :  www.ktcm.ac.th/energy.doc           

สร้างโดย: 
สุทธิกิตติ์

 ช่วยด้วยครับ
นักเรียนที่สร้างบล็อก กรุณาอย่า
คัดลอกข้อมูลจากเว็บอื่นทั้งหมด
ควรนำมาจากหลายๆ เว็บ แล้ววิเคราะห์ สังเคราะห์ และเขียนขึ้นใหม่
หากคัดลอกทั้งหมด จะถูกดำเนินคดี
ตามกฎหมายจากเจ้าของลิขสิทธิ์
มีโทษทั้งจำคุกและปรับในอัตราสูง

ช่วยกันนะครับ 
ไทยกู๊ดวิวจะได้อยู่นานๆ 
ไม่ถูกปิดเสียก่อน

ขอขอบคุณในความร่วมมือครับ

อ่านรายละเอียด

สมาชิกที่ออนไลน์

ขณะนี้มี สมาชิก 2 คน และ ผู้เยี่ยมชม 449 คน กำลังออนไลน์

รายชื่อสมาชิกที่ออนไลน์

  • sss29469
  • aumpai