งานและพลังงาน

บทท่ี 2 งานและพลงั งาน ( Work and Energy ) ครปู รินดา อินทสวุ รรณ กลมุ่ สาระการเรียนรวู้ ทิ ยาศาสตร์





หมายถึง ผลของการออกแรงกระทาต่อวตั ถุ แล้วทาให้วตั ถุเคลื่อนทต่ี ามแนวแรง มหี น่วยเป็ นจูล( J ) W = F. s เม่ือ มหี น่วยเป็ นจูล ( J ) W = งานทที่ าได้ มหี น่วยเป็ นนิวตนั ( N ) F = แรงทีก่ ระทาต่อวตั ถุ มหี น่วยเป็ นเมตร ( m ) S = ระยะทางทวี่ ตั ถุเคล่ือนทไี่ ด้ตามแนวแรง

เจมส์ เพรสคอต จลู (James Prescott Joule) นกั ฟิสกิ สช์ าวองั กฤษ เป็นผคู้ น้ พบธรรมชาติ ของความรอ้ นและความสมั พนั ธก์ บั พลงั งาน กล ซง่ึ กอ่ ใหเ้ กดิ หลกั การอนุรกั ษพ์ ลงั งาน ซง่ึ นนั่ กค็ อื อุณหพลศาสตร์ และเขายงั ได้ คน้ พบความสมั พนั ธข์ องความตา้ นทาน ไฟฟ้าและความรอ้ นทป่ี ลอ่ ยออกมา ซง่ึ นนั้ คอื กฎของจลู ตอ่ มาชอ่ื ของเขาไดถ้ กู ตงั้ ให้ เป็นชอ่ื หน่วยของงานและพลงั งาน ในระบบ หน่วยเอสไอ

ทิศทางการเคล่ือนท่ี F S งานที่ทาคือ W = F. S

ทศิ ทางการเคลื่อนท่ี F  S งานทที่ าคือ W = Fcos. S

F ทิศทางการเคล่ือนท่ี SS งานท่ที าคือ W = 0

ตวั อยา่ งการคานวณ ชายคนหน่ึงแบกถงั นา้ หนัก 200 นิวตัน เคลื่อนทไ่ี ปบนพืน้ ราบได้ระยะทาง 10 เมตร จงหางานในการหิว้ ถังนา้ จาก W = ( Fcos90 ) ( S ) = ( 200 )( 0 ) ( 10 ) F = 0J หรอื W = F. S s = 200 x 0 =

ตวั อยา่ งการคานวณ ด.ช. จนิ ออกแรงผลกั วตั ถหุ นัก 50 นิวตนั ไปตาม พนื้ ราบเป็ นระยะทาง 15 เมตร จงหาวา่ จนิ ทางาน ไดเ้ ทา่ ใด วธิ ที า จากสตู ร W = F . S = 50 x 15 = 750 จลู ตอบ จนิ ทางานได ้ 750 จลู

ตัวอย่าง ณเดชยกกลอ่ งขนมท่ีมีนา้ หนกั 20 นิวตนั ขนึ ้ จากพืน้ ไปวางบนหลงั ต้เู ยน็ ที่สงู จากพืน้ 1.3 เมตร จงหางานท่ีณเดชทาได้ วธิ ีทา ( จากโจทย์ F = 20 นิวตนั s = 1.3 เมตร w = ? ) จากสตู ร W = Fxs W = 20 N x 1.3 m = 26 J ตอบ งานท่ีณเดชทาได้มีคา่ เทา่ กบั 26 จลู

ตัวอย่าง ธีรเดชออกแรงยกหม้อหงุ ข้าวด้วยแรง 30 นิวตนั แล้วเดนิ ขนึ ้ บนั ได 5 ขนั้ แตล่ ะขนั้ สงู 20 เซนติเมตร งานท่ีธีรเดชทาจากการยกหม้อหงุ ข้าวขนึ ้ บนั ไดมีคา่ เทา่ ใด วธิ ีทา จากโจทย์ความสงู ของขนั้ บนั ใด (s) = 5 x 20 = 100 cm = 1m ( F = 30 ) จากสตู ร W = Fxs = 30 x 1 = 30 J ตอบ ธีรเดชทางานจากการยกหม้อหงุ ข้าวได้ 30 จลู

ตัวอย่าง จงหางานท่เี กิดขนึ ้ เมอ่ื สมปองออกแรง 200 นิวตนั ลากกระสอบ ข้าวสาร เคล่อื นที่เป็นระยะทาง 20 เมตร ก. ทามมุ 0 องศากบั พืน้ ราบ ข. ทามมุ 60 องศากบั พืน้ ราบ วธิ ีทา ก. เม่ือทามมุ 0 องศากบั พืน้ ราบ W = Fs cos จาก สตู ร เมื่อ F = 200 N s = 20 m cos 00 = 1 แทนคา่ W = 200 x 20 x 1 = 4,000 J งานท่ีเกิดขนึ ้ 4,000 จลู หรือ 4 กิโลจลู

ตัวอย่าง จงหางานที่เกิดขนึ ้ เม่ือสมปองออกแรง 200 นิวตนั ลากกระสอบข้าวสาร เคล่ือนท่ีเป็นระยะทาง 20 เมตร ข. เมื่อทามมุ 60 องศากบั พืน้ ราบ จาก สตู ร W = s cos เม่ือ = 200 N s = 20 m cos 600 = 1/2 แทนคา่ W = 200 x 20 x 1 2 = 2,000 J งานทเี่ กิดขนึ ้ 2,000 จลู

โจทยค์ ำนวณ เรอ่ื ง งำน 4. ชำยผหู้ นึ่งดนั ตทู้ ี่มีน้ำหนกั 1,000 นิวตนั ใหเ้ คลื่อนที่ ไปขำ้ งหนำ้ 0.5 เมตร จงคำนวณหำงำนที่ชำยผนู้ ้ีทำได้