งานและพลังงาน
งานและพลังงาน
ในหัวข้อ งานและพลังงาน และโมเมนตัม เป็นหัวข้อสุดฮิตในการออกข้อสอบ ทั้งข้อสอบภายในโรงเรียนหรือข้อสอบเข้ามหาวิทยาลัย Pat1 เพราะเป็นหัวข้อที่มีการประยุกใช้อย่าแพร่หลายซึ่งเป็นหัวข้อที่ถ้าจับหัวใจสำคัญของมันได้ งานและพลังงานจะเป็นหัวข้อที่แจกคะแนนกันเลยทีเดียว เพราะฉะนั้นตั้งใจทำความเข้าใจดีๆนะครับ
งาน (work)
งาน (work) คือ ผลของแรงที่กระทำต่อวัตถุแล้วทำให้วัตถุเคลื่อนที่ไปตามแนวราบ งานเป็นปริมาณที่สามารถคำนวณได้จากความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้
งาน = แรง (นิวตัน) x ระยะทาง (เมตร)
เมื่อ W คือ งาน มีหน่วยเป็นจูล ( J ) หรือนิวตันเมตร (N-m)
F คือ แรงที่กระทำ มีนหน่วยเป็นนิวตัน ( N )
s คือ ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ไปตามแนวราบ มีหน่วยเป็นเมตร ( m )
จะได้สูตรคำนวณหางาน คือ w = f x s cosθ
กำลัง
กำลัง คือ งานที่ทำได้ต่อเวลาที่ใช้ไป
กำลัง = งาน(J)/เวลา(s) = แรง(N) x ความเร็ว(m/s)
P คือ กำลัง มีหน่วยเป็น วัตร์(Watt) หรือ (J/s) หรือ( N-m/s)
W คือ งาน มีหน่วยเป็นจูล ( J ) หรือนิวตันเมตร (N-m)
t คือ เวลา มีหน่วยเป็นวินาที (s)
v คือ ความเร็ว มีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที (m/s)
จะได้สูตร P= W/t = F x v
พลังงาน ( energy )
พลังงาน (energy) คือ ความสามารถในการทำงานได้ของวัตถุหรือสสารต่าง ๆ พลังงานสามารถทำให้สสารเกิดการเปลี่ยนแปลงได้ เช่น ทำให้สสารร้อนขึ้น เกิดการเคลื่อนที่ เปลี่ยนสถานะเป็นต้น
พลังงานที่นำมาใช้ในชีวิตประจำวันมีหลายรูปแบบ เช่น พลังงานกล พลังงานความร้อน พลังงานไฟฟ้า พลังงานแสง พลังงานเคมี พลังงานนิวเคลียร์ เป็นต้น
หน่วยของพลังงาน พลังงานมีหน่วยเป็นจูล (J)
พลังงานกล
พลังงานกลเป็นพลังงานที่เกี่ยวข้องกับวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่หรือพร้อมที่จะเคลื่อนที่ แบ่งออกเป็น 2 อย่าง คือ พลังงานศักย์และพลังงานจลน์
1. พลังงานศักย์โน้มถ่วง(potential energy : Ep ) คือ พลังงานที่สะสมอยู่ในตัววัตถุหรือสสารที่หยุดนิ่งอยู่กับที่ยังไม่เกิดการเคลื่อนที่ ถ้าวัตถุอยู่บนพื้นที่สูงจากระดับพื้นดินขึ้นไป พลังงานที่สะสมอยู่ในตัวของวัตถุนี้จะเกิดจากแรงดึงดูดของโลกจึงเรียกว่า “พลังงานศักย์โน้มถ่วง“
การคำนวณพลังงานศักย์โน้มถ่วงใช้สูตรดังนี้
Ep = mgh
2. พลังงานศัพย์สปริง คือ พลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุที่เกิดจากการเปลี่ยนตำแหน่งโดยการ หดหรือยืดออกจากตำแหน่งสมดุล
Ep = (1/2)kx2 = (1/2)Fx
2. พลังงานจลน์ ( kinetic energy : Ek ) คือ พลังงานที่มีอยู่ในวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่
การคำนวณพลังงานจลน์ใช้สูตรดัง
Ek = (1/2)mv2
กฎการอนุรักษ์พลังงาน
กฎการอนุรักษ์พลังงาน (Law of conservation of energy) กล่าวไว้ว่า “พลังงานรวมของวัตถุจะไม่สูญหายไปไหน แต่สามารถเปลี่ยนจากรูปหนึ่งไปเป็นอีกรูปหนึ่งได้”
E = mgh = (1/2)mv2 = (1/2) kx2
E1 = E2
ในกรณีที่มีแรงอื่นมากระทำ E1 = E2+W
