งานและพลังงาน อ.วัชรานนท์ จุฑาจันทร์ Watcharanon_j@hotmail.com

งาน (Work) งาน คือผลของแรงที่กระทําบนวัตถุ และทําใหวัตถุเคลื่อนที่ไปตามแนวแรง W = F.S ถามีแรงคงที่ F กระทําตอวัตถุ ทํามุม θ กับแกน x ซึ่งเปนแนวการเคลื่อนที่ของวัตถุ ดังรูป - แรงอยูในทิศเดียวกับการเคลื่อนที่ งานเปนบวก - แรงอยูในทิศสวนกับการเคลื่อนที่ งานเปนลบ - แรงกับการเคลื่อนที่ทํามุมฉากกัน งานเปนศูนย์

งานเนื่องจากแรงแปรคาได้ วัตถุมวล m ที่ติดอยูกับปลายสปริงซึ่งมีคาคงตัว สปริงวางอยูบนพื้นลื่น มีปลายหนึ่งตรึงอยูกับผนัง ถาใชแรง Fa ดึงวัตถุทําใหสปริงยืดออกไดการกระจัด x จะเกิดแรงคืนตัวของสปริงเทากับ -Fa ความสัมพันธ ระหวางแรงจากสปริงและระยะยืดหรือระยะหดของสปริงเปนไปตามกฎของฮุก (Hooke’s law) F = - kx โดยที่คา k เรียกวาคาคงตัวของสปริง งานซึ่งเกิดจากสปริงมีคา ∆W = F∆x = - kx∆x

งานที่ถูกทําดวยแรงไมคงที่ ดังนั้นงานทั้งหมด ดังนั้นสมการหางานเมื่อแรงไมคงที่ จากกฎของฮุค F = kx เมื่อ k คือคานิจของสปริง

พลังงาน พลังงานเปนสมบัติอยางหนึ่งของระบบที่บงถึงขีดความสามารถในการทํางาน พลังงานของระบบหนึ่งระบบใดจะมีคาคงที่ เรียกวา กฎการคงตัวของพลังงาน ตัวอยางเชน มวล 2 กอนชนกัน ถาเปนการชนแบบยืดหยุน พลังงานสุดทายหลังชนจะเทากับพลังงานกอนชน คือพลังงานไมสูญหายไปไหนยังคงเทาเดิม แต่ถ้ามวลทั้งสองกอนเปลี่ยนรูปรางไป เชน ปาหมากฝรั่งไปติดกําแพง ยิงลูกปนฝงเข้าไปในเปา ฯลฯ พลังงานสูญเสียไปทางอื่นที่ไมใชการเคลื่อนที่ การชนในลักษณะนี้เรียกวา การชนแบบไมยืดหยุน กฎการคงตัวของพลังงานใชไมไดกับกรณีนี้

งานและพลังงานจลน งาน = การเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ เป็นพลังงานที่เกิดขึ้นในขณะที่วัตถุกำลังเคลื่อนที่

พลังงานศักยโนมถวง เปนพลังงานของวัตถุที่ขึ้นกับระดับความสูง หรือตําแหนงของวัตถุ เกิดเนื่องจากการเปลี่ยนระดับของวัตถุจากระดับหนึ่งไปสูอีกระดับหนึ่ง W g คืองานที่ใชในการเคลื่อนที่จากจุดเริ่มตนถึงจุดสิ้นสุด mgy มีชื่อเรียกวา พลังงานศักยโนมถวง แทนดวย Ep

กําหนดใหพลังงานรวม E = EK + Ep ในกรณีที่ไมมีแรงภายนอกมากระทํากับวัตถุ P = 0 , WC = 0 เรียกวา กฎการคงตัวของพลังงาน

กําลัง (Power) กําลัง คือ อัตราการทํางาน หรืองานที่ทําไดในหนึ่งหนวยเวลา หนวยของกําลัง คือ จูลตอวินาที (J/s) เรียกเป็นหนวยใหมวา วัตต (W) หนวยของงาน อาจบอกเปน กิโลวัตต-ชั่วโมง หนวยของกําลัง อีกหนวยหนึ่ง คือ กําลังมา คาของหนึ่งกําลังมาเทากับ 764 วัตต์ ตามสมการ คาของงาน ∆ W = F. ∆ r สามารถเขียนคาของกําลังตาม สมการได

สรุปงานและพลังงาน งาน (Work) เปนปริมาณสเกลาร มีหนวยเปน นิวตันเมตร(Nm) หรือ จูล (J) งานของแรง F หาไดจาก W = F.S พลังงานกล : จัดแบงเปนพลังงานจลน (Ek) และพลังงานศักย (Ep) คาพลังงานจลนหาไดจาก Ek = m v2 คาพลังงานศักยโนมถวงหาไดจาก Ep = mgh คาพลังงานศักยยืดหยุนหาไดจาก Ep = kx2

หลักการอนุรักษพลังงานกล : ( Ek + Ep )i = ( Ek + Ep )f เมื่อไมมีการเปลี่ยนรูปพลังงานกลเปนพลังงานอื่น ( Ek + Ep )i = ( Ek + Ep )f + Wf เมื่อมีการเปลี่ยนรูปพลังงานกลเปนรูปอื่น กําลัง (Power , P) มีหนวยเปน N.m หรือ วัตต(W) กําลังเฉลี่ย = งาน / เวลา หรือ = กําลังเนื่องจากแรง F กระทําตอวัตถุ ณ ขณะที่วัตถุมีความเร็ว หาค่ากําลัง โดยแรง F ไดจาก คา