งานและพลังงาน

ความหมายของงาน

ความหมายของงาน    ความหมายของงานที่เราจะได้เรียนต่อไปนี้ จะมีความหมายแตกต่างไปจากงานที่เราได้คุ้นเคย ในการออกแรงอาจมีงานเกิดขึ้นหรือไม่เกิดเลยก็ได้ และยังพบอีกว่า ถ้าแนวของแรงมากระทำต่อวัตถุกับแนวของการกระจัดทำมุมต่างกันไป ก็จะส่งผลทำให้งานแตกต่างกันไปด้วย    งานเป็นปริมาณสเกลาร์ สามารถคำนวณหาได้จากผลคูณของแรงหรือองค์ประกอบของแรงกับขนาดของการกระจัดที่อยู่ในแนวเดียวกัน มีหน่วยเป็นจูล กรณีที่แรงตั้งฉากกับการกระจัดงานจะมีค่าเป็นศูนย์หรือไม่มีงานเกิดขึ้น เพราะไม่มีองค์ประกอบของแรงในทิศทางเดียวกับการกระจัด เมื่อหาค่าของงานตามนิยามค่าที่ได้จึงมีค่าเป็นศูนย์

งานในความหมายทางฟิสิกส์ เกี่ยวข้องกับงานเชิงกล เช่นออกแรงกระทำต่อวัตถุ ส่งผลให้วัตถุย้ายตำแหน่ง เรียกว่า ทำงาน พลังงานเป็นความสามารถที่จะทำงาน วัตถุที่มีพลังงานสามารถทำงานได้ พลังงานเป็นปริมาณอนุรักษ์ พลังงานอยู่ได้หลายรูป เช่น พลังงานกล พลังงานไฟฟ้า พลังงานความร้อน พลังงานเคมี พลังงานนิวเคลียร์ อื่น ๆ พลังงานสามารถเปลี่ยนรูปได้ ไม่สามารถสร้างใหม่หรือทำลายให้หายไปได้

งานเนื่องจากแรงค่าคงตัว งานหมายถึงผลของการออกแรงกระทำ กำหนดให้มีค่าเท่ากับ แรง คูณกับการกระจัด ตามแนวแรง เช่น มีแรง F กระทำต่อวัตถุโดยทำมุม θ กับแนวระดับ แล้ววัตถุมีการเคลื่อนที่ตามแนวระดับ ได้ระยะทาง S ดังรูป งานจะมีค่าเท่ากับ W=(Fcos )S W=FScos

งาน (Work) เมื่อมีการออกแรงกระทำกับวัตถุอย่างต่อเนื่อง ให้วัตถุเคลื่อนที่ไป ได้ระยะทางหนึ่ง ถือว่าเกิด งาน

งาน งานที่เกิดขึ้นหาได้จากแรงที่กระทำขนานไปกับระยะทางที่เคลื่อนที่ คูณกับระยะทางนั้น เนื่องจากเราพิจารณาทิศทางการเคลื่อนที่ด้วย ระยะทางดังกล่าวก็คือการกระจัดนั่นเอง W คืองาน มีหน่วยเป็นจูล(Joule) ซึ่งหมายถึง หน่วย Nm หรือ การออกแรง F= 1 N กับวัตถุที่เคลื่อนที่ไปได้ระยะทาง d=1 เมตร จะได้งาน 1 จูล คือมุมที่แนวแรงกระทำกับการกระจัด มีค่าเท่ากับ 0 เมื่อแรงและการกระจัดเป็นแนวเดียวกัน

การหางานรวมเนื่องจากแรงย่อยหลายแรงกระทำต่อวัตถุ หาได้จาก การหางานเนื่องจากแรงย่อยเหล่านั้นรวมกัน Wtotal = W1+W2+W3+……. = ∑Wi หรือ รวมแรงเหล่านั้นเป็นแรงลัพธ์แล้วนำมาหางานรวม Wtotal=Fลัพธ์Scos

งานที่เกิดจากแรงหลายแรง f N mg mgsin วัตถุเคลื่อนที่ลงพื้นเอียง เกิดงานย่อยดังนี้ 1.งานเนื่องจากแรงปฏิกิริยา (WN) 2.งานเนื่องจากแรงโน้มถ่วง ( Wmg) 3.งานเนื่องจากแรงเสียดทาน (Wf)

แบบฝึกหัด 1.ออกแรงลากกล่อง 10 N ไปตามแนวราบ ได้ระยะทาง 5 เมตร อยากทราบงานที่เกิดขึ้น 2.ออกแรงยกกล่อง 10 N แล้วเดินไปตามแนวราบ ได้ระยะทาง 5 เมตร 3.นาย ก. มวล 50 kg ไต่เชือกขึ้นในแนวดิ่งได้ความสูง 20 m อยากทราบงานที่นาย ก. ทำได้ 4.จงหางานเนื่องจากแรง 12 N ที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงได้ ระยะทาง 7 เมตร โดยแรงกระทำในทิศ 0 ,60 ,90 องศา กับระยะทาง

Homework 1 1.An intern pushes a 72-kg patient on a 15-kg gurney ,producing an acceleration of 0.60 m/s2 . How much work does the intern do by pushing the patient and gurney through a distance of 2.5 m ? Assume the gurney moves without friction. 2.A car of mass m coasts down a hill inclined at an angle below the horizontal. The car is acted on by three forces: (i) the normal force N exerted by the road , (ii) a force due to air resistance, Fair , and (iii) the force of gravity , mg . Find the total work done on the car as it travels a distance d along the road. Practice Problem Calculate the total work done on a 1550-kg car as it coasts 20.4 m down a hill with = 30° . Let the force due to air resistance be 15.0 N .

การหางานจากพื้นที่ใต้กราฟเนื่องจากแรงค่าคงตัว F (N) W= พื้นที่ใต้กราฟระหว่าง พื้นที่ใต้กราฟระหว่าง แรงกับการกระจัด F W S (m) S งานจากพื้นที่ใตกราฟของแรงกับการกระจัด = F∆s = F (s-0) = Fs

การหางานจากพื้นที่ใต้กราฟเนื่องจากแรงไม่คงที่ (เพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอ) เช่น วัตถุมวล m อยู่บนพื้นเกลี้ยงถูกแรงกระทำด้วยแรง F ซึ่งไม่คงที่ดังกราฟ ให้เคลื่อนที่จาก A ไป B ได้ระยะการกระจัด x ต้องการหางานที่ต้องเกิดขึ้นกับวัตถุ F พื้นที่ใต้กราฟ= F m A B x F S x W= Fs = พื้นที่ใต้กราฟ FS W=

ตัวอย่างของแรงไม่คงที่ แรงดึงสปริงกลับสู่ตำแหน่งสมดุล F = -kx แรงที่ใส่ให้สปริง F’ = kx

การหางานจากพื้นที่ใต้กราฟเนื่องจากแรงไม่คงที่ (มีขนาดไม่สม่ำเสมอ) งานรวมหาได้จาก โดยที่

กำลัง (Power) กำลัง คือ อัตราการทำงานหรืองานที่เกิดขึ้นในหนึ่งหน่วยเวลา กำหนดให้ W คือ งานที่ทำได้ มีหน่วยเป็นจูล (J) t คือ เวลาที่ใช้ในการทำงาน มีหน่วยเป็นวินาที (s) P คือ กำลัง จากนิยามของกำลังเขียนเป็นสมการได้ว่า หน่วยของกำลัง คือ J/s หรือ เรียกว่า Watt (วัตต์) “ W ”

การหากำลังของวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว V จาก แต่ ดังนั้น ( เมื่อ ) ได้ว่า *หมายเหตุ กำลัง 1 กำลังม้า (hp) หรือแรงม้า มีค่า 746 วัตต์

พลังงาน (Energy) พลังงานเป็นสมบัติอย่างหนึ่งของระบบที่บ่งถึงขีดความสามารถในการทำงานหรือความสามารถในการทำให้เปลี่ยนแปลง ในทางใดทางหนึ่ง พลังงานของวัตถุจึงวัดได้จากงานของวัตถุที่ทำได้ พลังงานมีหลายรูปแบบ เช่น พลังงานกล พลังงานเคมี พลังงานไฟฟ้า พลังงานนิวเคลียร์ พลังงานแผ่รังสี พลังงานความร้อน เป็นต้น ในบทนี้จะเป็นการศึกษาพลังงานในรูปแบบที่ง่าย ๆ ก่อนคือพลังงานกล จำแนกเป็น 2 ประเภทคือ พลังงานจลน์ และพลังงานศักย์ พลังงานมีหน่วยวัดเป็น จูล(Joules) “ J ”

พลังงานจลน์ (Kinetic Energy) พลังงานจลน์ คือพลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุอันเนื่องจากอัตราเร็วของวัตถุขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของวัตถุ ใช้สัญลักษณ์ (Ek) หาพลังงานจลน์ได้จาก ปริมาณงานที่ทำได้ทั้งหมด ของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ไปทำงานอย่างหนึ่ง จนกระทั่งวัตถุหยุดนิ่ง จากนิยามเขียนเป็นสมการได้ว่า

เส้นกราฟพลังงานจลน์ Ek พาราโบลา v

ความสัมพันธ์ระหว่างงานและพลังงานจลน์ หากมีแรง F กระทําต่อวัตถุ จนขนาดของความเร็วของวัตถุเปลี่ยนไป ทําให้พลังงานจลน์ของวัตถุเปลี่ยนไปจากเดิม พบว่างานที่แรงนั้นกระทําต่อวัตถุมีค่าเท่ากับพลังงานจลน์ของวัตถุที่เปลี่ยนไป หรือ เรียกคํากล่าวนี้ว่า หลักของงาน-พลังงานจลน์ (Work-Kinetic Energy Theorem)

4.2 ทฤษฎีบทงาน-พลังงาน W = ½ m v2 - ½ m u2 = Ek2 – Ek1 4.2 ทฤษฎีบทงาน-พลังงาน W = ½ m v2 - ½ m u2 = Ek2 – Ek1 ทฤษฎีบทงาน-พลังงาน งานเนื่องจากแรงคงที่ = การเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ ปริมาณงาน W มีค่ามากกว่า 0  พลังงานจลน์ Ek เพิ่มขึ้น ปริมาณงาน W มีค่าน้อยกว่า 0  พลังงานจลน์ Ek ลดลง

ประโยชน์ของทฤษฎีบทงาน-พลังงาน 1) ทราบปริมาณงาน W และอัตราเร็วต้นของวัตถุ u  สามารถคำนวณหาอัตราเร็วปลายของวัตถุ v 2) ทราบปริมาณงาน W และอัตราเร็วปลายของวัตถุ v  สามารถคำนวณหาอัตราเร็วต้นของวัตถุ u 3) ทราบอัตราเร็วต้นของวัตถุ u และอัตราเร็วปลายของวัตถุ v  สามารถคำนวณหาปริมาณงาน W

ปัญหาตัวอย่างที่ 2 โจทย์ u = 10 m/s v = 0 s = 10 m

ปัญหาตัวอย่างที่ 2 (ต่อ) Ex กล่องใบหนึ่งเริ่มต้นไถลด้วยอัตราเร็วต้น u = 10 m/s ไปบนพื้นที่มีความฝืดได้ไกลสุด 10 m จงหาค่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ระหว่างกล่องและพื้น  วิธีทำ พิจารณาแรงที่กระทำต่อวัตถุ f = - Ny = - mg s = 10 N = f W

ปัญหาตัวอย่างที่ 2 (ต่อ) เนื่องจากแรง N และ W ตั้งฉากกับระยะขจัด N  s = 0 = W  s เพราะฉะนั้น แรง N และ W ไม่ทำให้เกิดงาน จากทฤษฎีบทงาน-พลังงาน W = f  s = ½ m v2 - ½ m u2 (-  mg )  (10 ) = - ½ m u2   = u2/20g = 0.5

การบ้าน 1.วัตถุชิ้นหนึ่งมีมวล 10 kg อยู่นิ่งบนพื้นระดับผิวเกลี้ยง ต่อมามีแรง 40 นิวตัน มาฉุดให้เคลื่อนที่เป็นระยะทาง 6 เมตร แล้วจึงเปลี่ยนเป็นแรง 10 นิวตัน ฉุดต่อไปอีก 8 เมตร ในทิศทางเดิม จงหาพลังงานจลน์และอัตราเร็วของวัตถุนี้ ภายหลังจากถูกแรงกระทำทั้งสองครั้ง 2. วัตถุมวล 2 กิโลกรัม เคลื่อนที่ตาม แนวราบด้วย ความเร็ว 10 m/s พุ่งเข้ากดสปริง กราฟของแรงกระทำและระยะหดของสปริงเป็นดังรูปขณะที่สปริงหดเข้าไป 1 เมตร พลังงานจลน์ของวัตถุเหลือเท่าไร

3.ลากกล่องบนพื้นฝืดระดับด้วยแรง 100 เอียงทำมุม 60° กับระดับ จากแผนภาพแทนแรง แรงที่กระทำต่อวัตถุคือ น้ำหนัก W แรงปฏิกิริยาที่พื้นกระทำต่อกล่อง N แรงเสียดทาน f = 5 N กล่องเคลื่อนที่ไปทางขวาเป็นระยะทาง S ถ้ากล่องมีความเร็วต้น u = 4 1m/s ให้มวลของกล่อง = 10 kg จงหาความเร็วสุดท้ายของกล่อง จากความสัมพันธ์ของงานและพลังงาน

4. ออกแรง F สม่ำเสมอขนาด 70 N กระทำต่อบล็อกในแนวทำมุม 250 กับพื้นระดับ ทำให้บล็อกมวล 15 kg เลื่อนไปบนพื้น ถ้าสัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ระหว่างพื้นกับบล็อกเป็น 0.3 ในขณะที่บล็อกเคลื่อนที่จากสภาพนิ่งได้ระยะ 5.0 m จงหา ก) งานของแรง F ข) งานของแรงเสียดทาน ค) งานสุทธิที่ทำต่อบล็อก ง) พลังงานจลน์ของบล็อก

5. วัตถุมวล 6.0 กิโลกรัม ผูกติดปลายสปริงที่มีค่าคงตัวสปริง 1,200 นิวตันต่อเมตร วางอยู่บนพื้นราบ ถ้าค่าสัมประสิทธ์ความเสียดทานจลน์ระหว่างวัตถุกับพื้นเท่ากับ 0.3 แล้ว จงคำนวณหางานจากแรงดึงวัตถุออกไปจากตำแหน่งสมดุลเป็นเสาชิงช้าหน้าวัดสุทัศน์สูง 20 เมตร ถ้า 6.แกว่งชิงช้าจนถึง 90 อัตราเร็วของชิงช้าตอนผ่านจุดต่ำสุดจะเป็นกี่กิโลเมตร/ชั่วโมงระยะ 16 เซนติเมตร

พลังงานศักย์ (Potential Energy) พลังงานศักย์ (Ep) คือ พลังงานที่ถูกเก็บสะสมไว้และพร้อมที่จะนำมาใช้ ในบทเรียนนี้จะศึกษาพลังงานศักย์ 2 ประเภท คือ 1.พลังงานศักย์โน้มถ่วง 2.พลังงานศักย์ยืดหยุ่น

พลังงานศักย์โน้มถ่วง (Gravitational Potential Energy) พลังงานศักย์โน้มถ่วง คือ พลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุ เกิดจากแรงโน้มถ่วงและตำแหน่งของวัตถุตามระดับความสูง เมื่อปล่อยวัตถุซึ่งอยู่สูงจากพื้น h เคลื่อนที่ตกลงมา พบว่าเกิดงานเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกต่อวัตถุ มีค่าเท่ากับ mgh แสดงว่าวัตถุที่อยู่สูงจากพื้น h มีพลังงาน เพราะว่าสามารถทำงานได้เรียกว่า พลังงานศักย์โน้มถ่วง ซึ่งมีค่าเท่ากับ mgh นั่นเอง เขียนสมการได้ว่า m h mg

พิจารณาเมื่อยกวัตถุมวล m จากระดับอ้างอิง ซึ่งก็คือพื้นเป็นระยะทาง h ด้วยความเร็วคงตัวซึ่งจะต้องออกแรง F มีขนาดเท่ากับขนาดของน้ำหนักของวัตถุ mg ดังรูป จากรูป แรง F มีทิศเดียวกับการเคลื่อนที่ แสดงว่างานจะต้องเป็นบวก WF = Fh ดังนั้น WF = mgh ปริมาณ mgh เป็นงานของแรงภายนอกเอาชนะแรงของสนามโน้มถ่วง ถือว่าเป็นพลังงานศักย์ของวัตถุนั่นเอง Ep = mgh

กราฟความสัมพันธ์พลังงานศักย์กับความสูง Ep Ep=mgh mg h

พลังงานศักย์ยืดหยุ่น ( Elastic Potential Energy) พลังงานศักย์ยืดหยุ่น คือ พลังงานศักย์ของสปริงขณะที่ยืดออก หรือหดเข้าจากตำแหน่งสมดุล ถูกเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ “ Ep (elastic) ” หาได้จากสมการ

ถ้าสปริงยืดหรือหดออกจากตำแหน่งสมดุลแล้ว จะเกิดแรงฉุดให้กลับสู่ตำแหน่งสมดุลโดยแรงนั้นจะมีขนาดแปรผันตรงกับระยะยืด หรือหดจากตำแหน่งสมดุล F พื้นที่ใต้กราฟระหว่างแรง (F) และระยะการกระจัด (x) คือ งาน (w) x

อาจหางานที่กระทำจากแรงเฉลี่ยคูณกับการกระจัดได้ เนื่องจากแรงที่ดึงเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอ ค่าแรงเฉลี่ยจะเท่ากับ และงานที่ได้จึงเป็น = พลังงานศักย์ยืดหยุ่นในสปริงหาได้จากงานที่กระทำโดยแรงภายนอกที่ใช้ดึงหรือกดสปริง ฉะนั้น

แบบฝึกหัด 1.กล่องใบหนึ่งมีมวล 20 กิโลกรัม วางอยู่บนโต๊ะซึ่งสูงจากพื้นห้อง 1 เมตร ถ้ายกกล่องใบนี้ขึ้นไปวางบนชั้นสูงจากพื้นห้อง 3 เมตร จงคำนวณงานที่ใช้ในการยกและหาพลังงานศักย์โน้มถ่วงของกล่องที่สูงขึ้นถ้าเส้นทางของการยกเฉียงดังรูป 2.ชายผู้หนึ่งออกแรง 100 นิวตันดึงสปริง แล้วเพิ่มแรงดันเป็น 500 นิวตัน ทำให้สปริงยืดออกจากตำแหน่งเดิม 1.2 เมตร สปริงมีพลังงานศักย์เพิ่มขึ้นเท่าใด

กฎการอนุรักษ์พลังงาน พลังงานรูปหนึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปอื่น ๆ ได้ พลังงานที่มาจากการเปลี่ยนรูปนี้จะมีค่าเท่ากับพลังงานเดิม ซึ่งเป็นไปตาม กฎการอนุรักษ์พลังงาน ( law of conservation of energy ) ขณะที่โยนลูกบอลขึ้นจากพื้น พลังงานเคมีในร่างกายบางส่วนจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ของลูกบอลจึงทำให้ลูกบอลเคลื่อนที่ได้เมื่อลูกบอลเคลื่อนที่สูงขึ้น ความเร็วจะลดลง นั่นคือพลังงานจลน์ของลูกบอลจะลดลงโดยเปลี่ยนไปเป็นพลังงานศักย์โน้มถ่วง ณ ตำแหน่งสูงสุด ของการเคลื่อนที่ พลังงานจลน์ของลูกบอลเป็นศูนย์และพลังงานศักย์โน้มถ่วงมีค่าสูงสุด ขณะที่ลูกบอลเคลื่อนที่ลง พลังงานศักย์โน้มถ่วงจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ และเมื่อลูกบอลกระทบพื้นพลังงานจลน์จะเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนและเสียง เรียกแรงที่กระทำแล้วพลังงานกลไม่เปลี่ยนนี้ว่า แรงอนุรักษ์

กฎการอนุรักษ์พลังงานกล ถ้าไม่มีแรงภายนอกมากระทำกับวัตถุ (งานรวม=0) แล้วผลรวมของพลังงานที่สะสมภายในวัตถุจะคงที่ เนื่องจาก ผลรวมของพลังงานศักย์ และพลังงานจลน์ของวัตถุ เรียกว่าพลังงานกลของวัตถุซึ่งเป็นพลังงานที่สะสมภายในวัตถุ จะได้สมการงานและพลังงานดังนี้ = คงที่ โดยที่ และ

กฎการอนุรักษ์พลังงานกล ฉะนั้น

ถ้ามีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ (งานรวม ≠0) แล้วสมการงานและพลังงานจะกลายเป็นดังนี้ ซึ่งก็คือ

สิ่งที่ควรทราบ 1.พลังงานเนื่องจากแรงภายนอก ให้เป็น 2.ถ้าวัตถุมีมวลเท่ากันกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วขนาดเท่ากัน แต่ทิศต่างกันหรือไม่ต่างกัน แล้วพลังงานจลน์ จะมีค่าเหมือนกันโดยไม่สนใจทิศ 3.ถ้าวัตถุอยู่สูงกว่าตำแหน่งอ้างอิง แล้วพลังงานศักย์โน้มถ่วงจะต้องเป็นบวก ถ้าวัตถุอยู่ต่ำกว่าตำแหน่งอ้างอิง แล้วพลังงานศักย์โน้มถ่วงจะต้องเป็นลบ 4.ไม่ว่าสปริงยืดหรือหด ขอให้ระยะห่างจากตำแหน่งสมดุลเท่ากัน พลังงานสะสมในสปริงจะเท่ากัน แสดงว่า เป็นบวกเสมอ ไม่สนใจว่าสปริงจะยืดหรือหด

เครื่องกล (Machines) เครื่องกล คือ เครื่องมือที่เมื่อนำพลังงานใส่เข้าไป แล้วเครื่องกลนั้นสามารถที่จะทำงานออกมาได้ สิ่งที่ควรทราบ 1.ถ้าเครื่องกลไม่มีความเสียดทานเลย แล้วพลังงานที่ใส่ให้แก่เครื่องกล จะต้องมีค่าเท่ากับงานที่เครื่องกลทำออกมา 2.เนื่องจากความจริงแล้ว เครื่องกลทุกเครื่องจะต้องมีความเสียดทานแน่ ๆ ดังนั้นพลังงานที่ใส่ให้กับเครื่องกลบางส่วนจะต้องเสียไปในการทำลายความเสียดทานเหล่านั้น ทำให้เราทราบว่า สำหรับเครื่องกลทุกเครื่อง งานที่ทำโดยเครื่องกลจะมีค่าน้อยกว่างานที่เราใส่ให้แก่เครื่องกลนั้นเสมอ งานที่ทำโดยแรงที่ให้กับเครื่องกล = งานที่ได้รับจากเครื่องกล + งานที่สูญเสียไปกับความเสียดทาน

สำหรับระบบเครื่องกลที่ดีงานของแรงเสียดทานจะมีค่าน้อยเมื่อเทียบกับงานที่เครื่องกลกระทำเราอาจประมาณได้ว่า งานที่ทำโดยแรงที่ให้กับเครื่องกล = งานที่เครื่องกลได้รับ 3. เครื่องกลพื้นฐานที่จัดเป็นเครื่องกลอย่างง่าย ( simple Machines) มี 6 อย่าง ได้แก่ คาน ล้อกับเพลา รอก พื้นเอียง ลิ่ม และสกรู 4. เครื่องกลเป็นเครื่องที่ใช้สำหรับผ่อนแรง แต่ไม่ได้ผ่อนงาน

การได้เปรียบเชิงกล (Mechanical Advantage : M.A.) คือ “อัตราส่วนระหว่างน้ำหนักบรรทุก W กับแรงความพยายาม” P คือ แรงความพยายาม

อัตราส่วนความเร็ว(Velocity Ratio : VR) คือ อัตราส่วนระหว่างความเร็วของความพยายามกับความเร็วของความต้านทาน V.R. = ความเร็วของความพยายาม ความเร็วของความต้านทาน

ประสิทธิภาพเครื่องกล (Efficiency of Machine : E ) 1.คิดเป็นอัตราส่วน หาได้จาก ประสิทธิภาพเครื่องกล (E) = กำลังที่ได้รับจากเครื่องกล กำลังที่ให้กับเครื่องกล = งานที่ได้รับจากเครื่องกล งานที่ให้กับเครื่องกล

ประสิทธิภาพเครื่องกล (Efficiency of Machine : E ) 2.คิดเป็นเปอร์เซ็นต์ ประสิทธิภาพเครื่องกล (E) = กำลังที่ได้รับจากเครื่องกล x 100 กำลังที่ให้กับเครื่องกล = งานที่ได้รับจากเครื่องกล x 100 งานที่ให้กับเครื่องกล

เครื่องกลพื้นฐานที่ควรทราบ มี 6 อย่าง คือ คาน ล้อกับเพลา รอก พื้นเอียง ลิ่ม และสกรู หลักการของการทำงานของเครื่องกลทุกชนิด งานที่ให้ = งานที่ได้รับ 1. รอก (pulley) คือ เครื่องกลที่ใช้สำหรับยกของขึ้นที่สูงแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ รอกเดี่ยว และ รอกพวง w w w รอกเดี่ยวเคลื่อนที่ รอกเดี่ยวตายตัว รอกพวง

2. คาน ( Lever) คือ เครื่องกลที่มีลักษณะเป็นท่อนยาวแข็ง โดยที่คานจะต้องหมุนได้รอบจุดหนึ่ง คานมี 3 แบบดังนี้ แบบที่ 1 จุดหมุนอยู่ระหว่างแรงความพยายาม P กับน้ำหนัก W ที่ต้องการจะยกดังรูป C B A P w เช่น คีม กรรไกร ชะแลง ตาชั่ง พบว่า ถ้า AB ยาวกว่า CB แล้วค่าของ W จะมากกว่า P ซึ่งเป็นการผ่อนแรง

เช่น มีดตัดกระดาษ มีดตัดอ้อย รถเข็นดิน แบบที่ 2 จุดหมุนอยู่ที่ปลายข้างหนึ่ง แรงความพยายาม P อยู่ที่ปลายอีกข้างหนึ่ง และ W อยู่ระหว่าง P กับจุดหมุนดังรูป w A P C B เช่น มีดตัดกระดาษ มีดตัดอ้อย รถเข็นดิน พบว่า ถ้า AB ยาวกว่า CB แล้วค่าของ W จะมากกว่า P ซึ่งเป็นการผ่อนแรง

เช่น พลั่วตักดิน ช้อนส้อม แบบที่ 3 จุดหมุนอยู่ที่ปลายข้างหนึ่ง W อยู่ที่อีกปลายหนึ่งและแรงความพยายาม P อยู่ระหว่าง W กับจุดหมุนดังรูป P B C A w เช่น พลั่วตักดิน ช้อนส้อม พบว่า ถ้า AB ยาวน้อยกว่า CB แล้วค่าของ W น้อยกว่า P ดังนั้นคานแบบนี้จึงไม่ผ่อนแรง

3. พื้นเอียง คือ เครื่องกลที่ใช้สำหรับเคลื่อนที่วัตถุหนัก ๆ ขึ้นสูง โดยออกแรงความพยายามน้อยกว่าน้ำหนักของวัตถุนั้น h P L W พบว่า ถ้าพื้นเอียงนั้นมี L มากกว่า h มาก ๆ แล้วจะผ่อนแรงได้มาก P x L = W x h

F x H = W x L Work Input = Work Output 4.ลิ่ม (Wedge) คือ เครื่องกลที่ใช้สำหรับตอกวัตถุที่ต้องการให้แยกออก จากกัน Work Input = Work Output F x H = W x L

5.สกรู (Screw) คือ เครื่องกลที่เป็นพื้นเอียงที่มีลักษณะวนรอบแกนอันหนึ่งคล้ายบันไดเวียน สกรูจึงมีลักษณะเป็นเกลียว งานในการยก W = งานที่ทำโดย P (นน. x ความสูง 1 เกลียว) = (แรง x ระยะทาง 1 รอบ) จะได้

6. ล้อและเพลา คือ เครื่องกลที่ประกอบไปด้วยล้อและเพลา โดยมีเชือกพันที่ล้อและเพลาอย่างละเส้นในทิศทางที่สวนกัน แรงพยายาม P ฉุดปลายเชือกที่พันรอบล้อ โดยฉุด ก้อนน้ำหนัก W ที่ต้องการจะยกสูงขึ้นผูกอยู่ที่ปลายเชือกซึ่งพันรอบเพลา เมื่อ P มีทิศลง W ก็จะมีทิศขึ้น โมเมนต์ตาม = โมเมนต์ทวน P x R = W x r