e-book ใบความรู้หน่วยที่ 1 งานและพลังงาน

ใบความรู้ เรื่องงานและพลงั งาน โดย นางสาววาสนา ถาวโิ ร

ใบความรู้ที่ 1 เรอื่ ง งานและการเกดิ งาน ความหมายของ งาน ในชีวติ ประจำวนั ของคนเรำ มีกำรทำกจิ กรรมตำ่ งๆ มำกมำยเชน่ เลน่ ฟตุ บอล ยกของ ขบั รถ วิง่ เลน่ ฯ งำนในชวี ติ ประจำวันกบั งำนทำงวทิ ยำศำสตร์มคี วำมแตกต่ำงกนั ในทำงวทิ ยำศำสตร์ งาน (work) คือ ผลของแรงทกี่ ระทำตอ่ วตั ถุแลว้ ทำใหว้ ัตถุ เคลื่อนท่ีไปตำมแนวแรง งำนเปน็ ปรมิ ำณสเกลำร์ สำมำรถคำนวณไดจ้ ำกควำมสมั พันธด์ งั ตอ่ ไปนี้ W= FxS W = งำนที่ทำได้ มหี น่วยเปน็ จลู (J) หรือ นิวตันเมตร.วนิ ำที (N.m) F = แรงท่กี ระทำต่อวัตถุ มีหนว่ ยเปน็ นิวตนั (N) S = ระยะทำงทว่ี ตั ถเุ คลอ่ื นทีไ่ ด้ มหี น่วยเป็น เมตร (m) งำน 1 จูล หมำยถึง แรงขนำด 1 นวิ ตนั กระทำต่อวตั ถุแล้วทำใหว้ ัตถเุ คล่ือนที่ไปตำม ทศิ ทำงของแนวแรงน้นั ดว้ ยกำรกระจัด 1 เมตร งำนในทำงฟสิ ิกส์อำจมคี ่ำเปน็ บวก เป็นลบ หรอื เปน็ ศูนย์ ก็ได้ ข้นึ อยูก่ บั ทิศทำงของแรงและ ทิศทำงของกำรกระจดั ว่ำสัมพันธก์ นั อย่ำงไร การเกดิ งาน กรณที ี่ 1 งานมคี ่าเป็นบวก F S

กรณที ี่ 2 งานมีคา่ เปน็ ลบ ทศิ ทางการเคล่ือนท่ีตรงข้ามกบั แรงทีก่ ระทา F S กรณีท่ี 3 งานมคี า่ เป็นศูนย์ หรอื ไมเ่ กิดงาน วัตถเุ คลื่อนท่ีตัง้ ฉากกับแนวแรงหรือวตั ถุไม่ เคลื่อนที่ F S กรณีที่ 4 งานเกิดจากแรงทามุม F ������ S

ใบความรู้ เร่ือง การคานวณงาน ************************************************************** ในทางวทิ ยาศาสตร์ งาน (work) คอื ผลของแรงทีก่ ระทาตอ่ วัตถุแลว้ ทาให้วัตถุ เคลือ่ นท่ีไปตามแนวแรง งานเปน็ ปริมาณสเกลาร์ สามารถคานวณได้จากความสมั พันธ์ดังต่อไปนี้ W= FxS W = งานที่ทาได้ มหี น่วยเป็นจูล (J) หรือ นวิ ตันเมตร.วินาที (N.m) F = แรงท่กี ระทาต่อวตั ถุ มีหนว่ ยเปน็ นิวตนั (N) S = ระยะทางทว่ี ัตถเุ คล่ือนทไ่ี ด้ มหี นว่ ยเปน็ เมตร (m) งาน 1 จลู หมายถึง แรงขนาด 1 นวิ ตัน กระทาต่อวตั ถุแล้วทาให้วัตถุ เคลื่อนท่ีไปตาม ทศิ ทางของแนวแรงน้ันด้วยการกระจัด 1 เมตร ตัวอยา่ ง 1 ออกแรงดึงวตั ถุ ด้วยแรง 20 นวิ ตัน ใหเ้ คลอ่ื นท่ีไปตามแนวแรงเป็นระยะทาง 5 เมตร จะเกิด งานเท่าใด ดงั รปู F = 20 N 5 เมตร วธิ ีทา โจทย์กาหนด F = 20 N S = 5 m จาก W = F x S W = 20 x 5 W = 100 N.m ดั้งนัน้ เกดิ งาน 100 นวิ ตันเมตร ตัวอยา่ งท่ี 2 ชายคนหนึง่ ยกวตั ถุมวล 5 กิโลกรัม ขน้ึ สงู 2 เมตร จงหางานของแรงยก 2 เมตร F

วธิ ีทา โจทย์กาหนด F = mg = 50 x 10 = 500 N S = 2 m จาก W = F x S W = 500 x 2 W = 1,000 N.m ด้ังนน้ั เกิดงาน 1,000 นิวตันเมตร ตวั อย่างที่ 3 เข็นกล่องซ่งึ หนัก 20 นวิ ตัน ไปตามพื้นเอียงสูง 3 เมตร งานทใ่ี ช้ในการเขน็ กลอ่ งมคี ่าเทา่ ใด F = 20 N 3 เมตร วธิ ที า โจทย์กาหนด F = 20 N S = 3 m จาก W = F x S F = 20 N W = 20 x 3 W = 60 N.m ดั้งนัน้ เกดิ งาน 60 นิวตนั เมตร

ใบความรู้ท่ี 3 เรอ่ื ง กาลงั ************************************************* กาลัง (power) เมื่อพจิ ำรณำกำรออกแรงดงึ วัตถดุ ้วยแรง 20 นวิ ตนั ให้วตั ถุเคล่ือนที่บนพ้ืนเรียบเป็นระยะทำง 5 m ใช้เวลำ 10 วนิ ำที ดังภำพท่ี 2 และกำรออกแรงดงึ วัตถุดว้ ยแรง 20 นิวตนั ให้วัตถเุ คล่อื นที่บนพ้ืนเรยี บเปน็ ระยะทำง 5 m ใชเ้ วลำ 20 วนิ ำที ดงั ภำพที่ 3 F = 20 N 5m ภาพท่ี 2 ออกแรงดึงวตั ถุบนพนื้ เรียบ F = 20 N 5m ภำพท่ี 3 ออกแรงถึงวัตถุบนพนื้ ขรุขระ พบว่ำ งำนทง้ั 2 กรณี จะมีค่ำเทำ่ กนั คือ W = F.s = 20 x 5 = 100 นิวตนั เมตร หรอื 100 จลู แต่ถ้ำพิจำรณำเวลำท่ีวตั ถุใชใ้ นกำรเคลื่อนทจ่ี ะแตกต่ำงกัน วัตถทุ ่ีเคล่อื นท่ีบนพื้นขรขุ ระจะใช้เวลำ มำกกว่ำบนพ้ืนเรียบ เพื่อเปรียบเทียบควำมแตกตำ่ งของงำน จงึ นยิ ำมคำวำ่ “กำลงั ” ความหมายของ กาลงั ควำมสำมำรถในกำรทำงำนของคน สตั ว์ หรือเครื่องจักร สำมำรถเปรียบเทียบไดจ้ ำกอัตรำสว่ น ระหวำ่ งงำนทที่ ำได้กับเวลำทใ่ี ชใ้ นกำรทำงำน อตั รำสว่ นน้เี รยี กว่ำ กาลัง (power; P) ซึ่งเขยี นเปน็ ควำมสมั พันธร์ ะหว่ำงปรมิ ำณท่ีเก่ยี วข้องได้ดังน้ี P = W = F.s =mtg.������ t t

เม่อื W คือ งำนทท่ี ำได้ มีหน่วยเปน็ จูล (J) t คือ เวลำท่ใี ช้ในกำรทำงำน มหี น่วยเป็น วนิ ำที (s) P คือ กำลงั มหี น่วยเปน็ จูลต่อวนิ ำที (J/s) หรือ วัตต์ (W) ตัวอย่าง การหาค่ากาลงั ตัวอยา่ งที่ 1 นำ้ มนตห์ นัก 450 นวิ ตัน เดนิ ข้ึนบนั ไดสูง 2.5 เมตร ในเวลำ 25 วนิ ำที กำลงั ที่เขำใช้มีค่ำ เท่ำใด W t วธิ ีทา จำก P= P= 450X2.5 25 P= 1125 25 P = 44 วัตต์ ตัวอย่างท่ี 2 รถยนต์คันหน่ึงมีแรงขนำด 120 นิวตัน วิ่งด้วยอัตรำเร็วคงท่ี 5 เมตรต่อวินำที จงหำกำลังของ เครือ่ งยนต์ วิธีทำ จำก สูตร P  W tFFvvss และ สูตร W = t จะได้ = P และ สูตร vv = s t ดงั นน้ั FvP = vv เมอื่ vv F = 120 N = 5 m/s แทนค่ำ P = 120 x 5 = 600 watt กำลังของเคร่ืองยนตม์ ีขนำด 600 วัตต์