หน่วยที่ 2 งาน กำลัง พลังงาน

หน่วยท่ี 2 งาน งานและพลงั งาน พลงั งาน

งาน ความหมายของงาน งานเกิดขึ้นเมื่อมีแรงกระทาต่อวัตถุให้เคล่ือนที่ ไปตามแนวทแี่ รงกระทา ถ้านักเรียนออกแรงดนั วัตถุ แต่ วัตถุไม่มีการเคล่ือนที่แต่อย่างใด ถึงจะออกแรงมากจน เหน่ือยล้ากไ็ ม่เกดิ งาน เนื่องจากไม่เกิดการเคลอื่ นทข่ี อง วัตถุ ดังนั้นงานคือผลของการใช้แรงกระทาต่อวตั ถุ ทา ให้วัตถุเคลื่อนที่ไปได้ระยะทางในทิศทางที่แรงกระทา ซง่ึ ค่าของงานทเ่ี กดิ ขึน้ สามารถคานวณไดด้ งั นี้

งาน = แรง x ระยะทาง (ระยะทางทว่ี ัตถุเคลือ่ นทไี่ ปตามแนวทแี่ รงกระทา)

ใหอ้ ภปิ รายเกย่ี วกับแรงและระยะทางท่ี เกดิ ขนึ้ ในช่วงทม่ี แี รงกระทาในแตล่ ะกรณี ตอ่ ไปนี้ คนผลักตู้ แตต่ ไู้ ม่ เคลื่อนท่ี

คนผลักกล่องใหเ้ คล่ือนทไ่ี ปได้

ลูกมะพร้าว ตกลงสู่พนื้

คนดงึ เชือกลากกล่องให้ เคล่อื นทใ่ี นแนวนะดบั

คนแบกของเดนิ ในแนวระดบั

คนแบกของ เดนิ ขึน้ บนั ได

งาน 1 จูล หมายถงึ ปรมิ าณงานท่ี เกิดขนึ้ จากการใชแ้ รง 1 นิวตนั กระทาตอ่ วตั ถทุ าใหว้ ตั ถเุ คล่อื นท่ีไปไดร้ ะยะทาง 1เมตร งานจะมีคา่ เป็นศนู ยห์ รอื ไม่เกิดงานก็ตอ่ เม่ือ - ระยะทางมีคา่ เป็นศนู ย์ - แรงกระทาตอ่ วตั ถมุ ีคา่ เป็นศนู ย์ - แนวแรงตงั้ ฉากกบั ระยะทาง

การคานวณเกย่ี วกับงาน จากท่ีไดเ้ รยี นรูม้ าแลว้ วา่ งานเป็นผลของ ความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งแรงท่ีมากระทากบั ระยะทางท่ีวตั ถเุ คลอ่ื นท่ีไปตามแนวท่ีแรงกระทา

งาน = แรงท่ีกระทา x ระยะทางตามแนวท่ีแรงกระทา W = Fs ให้ W = งาน F = แรงท่ีกระทาตอ่ วตั ถุ s = ระยะทางท่ีวตั ถเุ คลอื่ นท่ีไปในแนว ท่ีแรงกระทา

ในการคานวณหางานจะตอ้ งคานงึ ถงึ หน่วย ของงาน โดยระบหุ นว่ ยท่ีใช้ ในการคานวณหางานดงั นี้ งาน มีหน่วยเป็น นิวตนั -เมตร หรอื จลู แรง มีหนว่ ยเป็น นิวตนั ระยะทาง มีหน่วยเป็น เมตร

หนว่ ยของงาน = หน่วยของแรง x หนว่ ยของระยะทาง งาน(นิวตนั -เมตร) = แรง(นิวตัน) x ระยะทางในแนวทแ่ี รงกระทา(เมตร) กาหนดให้ มวล 1 กิโลกรมั มีนา้ หนกั (แรง โนม้ ถ่วงโลกกระทา) เทา่ กบั 9.8 นิวตนั

ตัวอย่าง เนยออกแรง 80 นิวตนั เพ่ือผลกั ตใู้ หเ้ คลื่อนท่ีไป บนพืน้ หอ้ ง เขาพบวา่ ตเู้ ล่อื นไปไดร้ ะยะทาง 4 เมตร งาน เน่ืองจากการออกแรงผลกั ตมู้ ีคา่ เทา่ ไร วิธคี ดิ โจทยก์ าหนดให้ แรงผลกั ตเู้ ท่ากบั 80 นิวตนั ระยะทางท่ีตเู้ คล่อื นท่ีไดใ้ นแนวเดียวกบั แรงผลกั เท่ากบั 4 เมตร

งาน = แรง x ระยะทางตามแนวแรงท่ีกระทา = 80 N x 4 m = 320 N-m หรอื จลู ดงั นนั้ เนยทางานไดใ้ นการผลกั ตเู้ ทา่ กบั 320 นิวตนั –เมตร หรอื เทา่ กบั 320 จลู

กาลงั = งานทีท่ าได้ เวลาทใี่ ช้ หรอื P = W t เม่ือ W คือ งานท่ีทาได้ มีหนว่ ยเป็นจลู (J) t คือ เวลาท่ใี ชใ้ นการทางาน มีหน่วยเป็น วนิ าที (s) P คือ กาลงั มีหน่วยเป็นจลู ตอ่ วนิ าที (J/s) หรอื วตั ต์ (W)

นภาแบกกล่องหนัก 20 นิวตัน ขนึ้ บันไดทม่ี คี วาม สูง 5 เมตร ใช้เวลา 4 วนิ าที งานทเี่ กดิ จากการ แบกกล่องของนภามคี ่าเทา่ ใด และใช้กาลังกวี่ ัตต วธิ ีคิด งาน = แรง x ระยะทางท่ีวตั ถเุ คล่อื นท่ีไปตามแนวแรงทก่ี ระทา = 20N x 5m = 100 นิวตนั -เมตร หรอื จลู  งานท่ีเกิดจากการแบกกลอ่ งของนภามคี า่ 100 นิวตนั -เมตร หรอื จลู

กาลงั = งานที่ทาได้ เวลาทใ่ี ช้ = 100 4 = 25 วตั ต์  นภาใชก้ าลงั แบกกลอ่ ง 25 วตั ต์

พลังงาน ความหมายของพลังงาน พลังงาน เป็นความสามารถในการทางานซ่ึง มีอย่ดู ว้ ยกันหลายรูปแบบ เช่น พลงั งานความรอ้ น พลังงานแสง พลังงานเสียง พลังงานไฟฟ้า พลงั งานในรูปต่าง ๆ เหล่านี้ สามารถเปล่ียนแปลง รูปของพลงั งานจากรูปหนึ่งไปเป็นอีกรูปหนึ่งได้ มี หน่วยเป็น “นิวตนั เมตร” หรอื จลู





1. พลังงานศักย์โน้มถ่วง เป็นพลงั งานท่ีสะสมอยู่ในวตั ถุ ที่อยู่สงู จากพืน้ โลกขึน้ ไปและ วัตถุนั้นอยู่ในสนามแรงโน้ม ถ่วงของโลก วัตถุท่ีอยู่ห่าง จากผิวโลกจะได้รับแรงโน้ม ถ่วงจากโลก เพ่ือดึงวัตถุเขา้ สู่ ศูนยก์ ลางของโลก เกิดเป็น ค่าพลังงานศักย์โน้มถ่วง

จากรูป ผลมะพรา้ วท่ี ติดอยกู่ บั ทะลายบนยอด ตน้ มะพรา้ วสะสมคา่ พลงั งานศกั ยไ์ ว้ ผล มะพรา้ วท่ีอยสู่ งู จะสะสม พลงั งานศกั ยไ์ วม้ ากกวา่ ผลท่ีอยตู่ ่า

และเตรยี มพรอ้ มทจ่ี ะ เคลอ่ื นท่ี ถา้ ขวั้ ของผลมะพรา้ ว หลดุ ออกจากทะลาย ผลมะพรา้ ว จะตกลงสพู ืน้ ดนิ ดว้ ยแรงโนม้ ถ่วง ของโลก คา่ ของพลงั งานที่สะสม ไวท้ ีผ่ ลมะพรา้ วขณะติดอยกู่ บั ทะลายมะพรา้ วจงึ เรยี กวา่ คา่ พลังงานศักยโ์ น้มถว่ ง



แรงโน้มถ่วงของโลก หมายถึง แรงดงึ ดดู ของ โลกที่กระทาตอ่ วตั ถใุ ดๆ เพ่อื ดงึ ดดู เขา้ สศู่ นู ยก์ ลางของโลก

มวลของวัตถุ หมายถึง เนือ้ ของวตั ถุ ซง่ึ มีคา่ คงท่ีเสมอไม่วา่ วตั ถนุ นั้ จะอยู่ ณ ท่ีใด และเป็นส่งิ ท่ีตา้ นการเคล่อื นท่ีของวตั ถุ

นา้ หนักของวัตถุ หมายถึง แรงโนม้ ถว่ งของโลกท่กี ระทา ตอ่ วตั ถุ เป็นคา่ ทสี่ ามารถ เปล่ยี นแปลงได้ ขนึ้ อยกู่ บั ระยะหา่ งระหวา่ งวตั ถุ กบั ใจกลางของโลก







สูตร พลังงานศักย ( potential energy) Ep = mgh เม่ือ Ep คือ พลงั งานศกั ย์ (จลู ) m คือ มวลของวตั ถุ (กิโลกรมั ) g คอื คา่ ความเรง่ เน่ืองจากแรงโนม้ ถว่ งของโลก เทา่ กบั 9.81 หรอื 10 เมตร/วนิ าที2 h คอื ความสงู (เมตร)

2. พลังงานจลน เป็นพลงั งานท่มี ีในวตั ถทุ ี่เกิดการเคล่อื นที่ ของ ซงึ่ วตั ถจุ ะมลี กั ษณะการเคลอ่ื นทท่ี ่ีแตกต่างกนั ออกไป ไดแ้ ก่ การเปลี่ยนตาแหนง่ ไปจากเดมิ การหมนุ เพื่อเปล่ยี น ทิศทาง และการส่นั สะเทือน เช่น นา้ ไหล ลมพดั การหมนุ ของลกู ขา่ ง รถไขลานกาลงั แลน่ ลกู ตมุ้ กาลงั แกว่ง กอ้ นหิน กลงิ้ ตกจากหนา้ ผา

ปัจจยั ทมี่ ผี ลตอ่ พลังงานจลน คอื 1) มวลของวตั ถุ วตั ถทุ ่มี คี า่ ของมวลมากจะมี พลงั งานจลนม์ าก

2) ความเร็วในการเคลื่อนทข่ี องวตั ถุ วตั ถทุ ่ีเคลอ่ื นท่ีดว้ ยความเรว็ สงู จะมีพลงั งาน จลนม์ ากดว้ ย







ขณะวตั ถอุ ยใู่ นตาแหนง่ สงู สดุ วตั ถุ จะหยดุ น่ิง พลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถว่ งจะมี คา่ สงู สดุ สว่ นพลงั งานจลนจ์ ะมีคา่ ต่าสดุ คอื เท่ากบั ศนู ย์

เม่ือวตั ถเุ รมิ่ เคลอ่ื นที่ พลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถ่วงจะ เรมิ่ ลดลง เนื่องจากพลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถว่ งเปลี่ยนไป เป็นพลงั งานจลน์

และขณะวตั ถเุ คลื่อนท่ตี ่าลงมาจนถงึ ตาแหนง่ ต่าสดุ พลงั งานจลนก์ ลบั มคี า่ สงู สดุ สว่ นพลงั งาน ศกั ยโ์ นม้ ถ่วงมคี า่ ต่าสดุ คอื เทา่ กบั ศนู ย์ เนื่องจาก พลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถ่วงทง้ั หมดเปล่ียนไปเป็นพลงั งาน จลนน์ ่นั เอง



สูตร พลงั งานจลน์ ( kinetic energy ) Ek = 21 mv2 เม่ือ Ek คือ พลงั งานจลน์ (จลู ) m คือ มวลของวตั ถุ (กิโลกรมั ) V คอื ความเรว็ ของวตั ถุ (เมตร/วนิ าที)

3. พลังงานกล ประกอบดว้ ยพลงั งาน 2 ชนิด คือ พลงั งานจลนก์ บั พลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถ่วง ซง่ึ สามารถเปล่ยี น รูปกลบั ไปกลบั มาระหวา่ งกนั และกนั ได้ ทาใหเ้ กิดสมดลุ ของพลงั งานขนึ้ ดงั นี้

พลงั งานกล = พลงั งานจลน์ + พลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถว่ ง พลงั งานจลน์ + พลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถว่ ง = คา่ คงท่ี ถา้ พลงั งานจลนม์ าก พลงั งานศกั ยจ์ ะนอ้ ย ถา้ พลงั งานจลนน์ อ้ ย พลงั งานศกั ยจ์ ะมาก



จากรูปขณะท่ี ด.ช.โจก้ าลงั ไตเ่ ชือก ขนึ้ ไปเป็นการสะสมพลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถว่ ง ณ ตาแหน่ง สงู สดุ จะมีคา่ พลงั งานศกั ย์ โนม้ ถว่ งเท่ากบั 3,000 จลู

สว่ นพลงั งานจลนม์ ีคา่ เป็นศนู ย์ เม่ือ ปลอ่ ยมือจากเชือกและทงิ้ ตวั ลงมา ย่งิ ลง ใกลพ้ นื้ พลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถ่วง ย่ิงลดลงและเปลย่ี น ไปเป็นพลงั งานจลน์ มากขนึ้

เม่ือ ด.ช.โจท้ ิง้ ตวั ลงถงึ พืน้ พลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถว่ งจะมีคา่ เป็นศนู ย์ สว่ นพลงั งานจลนม์ ีคา่ สงู สดุ เทา่ กบั 3,000 จลู เน่ืองจากพลงั งานศกั ย์ โนม้ ถ่วงเปลย่ี นเป็น พลงั งานจลนจ์ นหมด