ใบความรู้ เรื่อง งานและพลังงาน
•Download as DOCX, PDF•
3 likes•1,220 views
หน่วยการเรียนรู้ที่ 2 งานและพลังงาน
ใบความรู้ เรื่อง งานและพลังงาน
- 1. ใบความรู้ เรื่อง งานและพลังงาน หน่วยการเรียนรู้ที่ ๒ งานและพลังงาน เรื่อง งาน ............................................................................................... .................................................. งาน คือ การออกแรงกระทาต่อวัตถุ และวัตถุที่ถูกกระทามีการเคลื่อนที่ไปตามทิศของแรง มีหน่วยเป็นจูล พลังงาน คือ ความสามารถทางานได้ สิ่งใดที่มีการเปลี่ยนแปลงหรือมีการเคลื่อนที่ สิ่งนั้นย่อมมีพลังงาน พลังงานมีหลายรูปแบบ ได้แก่พลังงานความร้อน พลังงานแสง พลังงานเสียง พลังงานกล พลังงานไฟฟ้ า พลังงานเคมี เป็นต้น พลังงานมีความจาเป็นต่อการดารงชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด และมีความเกี่ยวข้องกับมนุษย์มาตั้งแต่โบราณ จนกระทั่งปัจจุบันมนุษย์ได้ใช้พลังงานต่างๆ ทากิจกรรมในการดารงชีวิตและใช้อานวยความสะดวกได้มากขึ้น พลังงานกล แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ 1. พลังงานจลน์ คือ พลังงานที่เกิดกับวัตถุที่กาลังเคลื่อนที่ เช่น น้าไหล คนเดิน รถกาลังแล่น นกกาลังบิน เป็นต้น วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง จะมีพลังงานจลน์มากกว่าวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่า แต่ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากันวัตถุที่มีมวลมากกว่า จะมีพลังงานจลน์มากกว่า 2. พลังงานศักย์ คือ พลังงานที่มีอยู่ในวัตถุเนื่องมาจากตาแหน่งของวัตถุ แบ่งเป็น 2.1 พลังงานศักย์โน้มถ่วง เป็นพลังงานที่มีอยู่ในวัตถุซึ่งอยู่ในที่สูง เกิดขึ้นเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทาต่อวัตถุ วัตถุที่อยู่บนพื้นดินถือว่าไม่มีพลังงานศักย์โน้มถ่วง แต่วัตถุที่อยู่สูงจากพื้นดิน มีพลังงานศักย์โน้มถ่วง และถ้าวัตถุอยู่สูงจากพื้นดินมากเท่าใด ก็จะมีพลังงานศักย์ โน้มถ่วงมากขึ้นตามไปด้วย 2.1 พลังงานศักย์ยืดหยุ่น เป็นพลังงานศักย์ที่มีอยู่ในวัตถุที่ยืดหยุ่นได้โดยเฉพาะสปริง สปริงที่อยู่ในสภาพปกติคือไม่ถูกยืดหรือหด จะถือว่า ไม่มีพลังงานศักย์ยืดหยุ่น แต่ถ้าเรายืดสปริง หรือกดสปริงเข้าไปในขณะที่สปริงถูกยืดหรือถูกกดให้หดนั้น สปริงจะมี พลังงานศักย์ยืดหยุ่น
- 2. พลังงานทั้งสองประเภทอาจอยู่ในรูปของพลังงานต่าง ๆ ดังนี้ 1. พลังงานเคมี เป็นพลังงานศักย์ที่แฝงหรือสะสมอยู่ในโครงสร้างของสสาร เช่น พลังงานเคมีที่อยู่ในน้ามันเชื้อเพลิง ถ่านหิน แก๊ซธรรมชาติ ในฟื น ในถ่านไม้ เมื่อถูกเผาไหม้ก็จะปล่อยพลังงานเคมีออกมาในรูปของพลังงานความร้อน พลังงานแสง หรือพลังงานกล 2. พลังงานไฟฟ้ า เป็นพลังงานที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเลกตรอนไปตามวัตถุ ที่ เป็นตัวนาไฟฟ้ า ดังนั้นพลังงานไฟฟ้ าจึงเป็นพลังงานจลน์ พลังงานไฟฟ้ าสามารถเปลี่ยนรูปไปเป็นพลังงานความร้อน พลังงานแสง พลังงานกล และอื่น ๆ 3. พลังงานกล เป็นพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ โดยตรงของวัตถุต่างๆ ถ้าวัตถุอยู่นิ่งจะมีพลังงานศักย์ แต่ถ้าวัตถุเคลื่อนที่จะมีพลังงานจลน์ 4. พลังงานแผ่รังสี เป็นพลังงานที่อยู่ในรูปของคลื่น เช่น แสง เสียง ความร้อน คลื่นวิทยุ และรังสีต่าง ๆ ซึ่งเป็นพลังงานจลน์ 5. พลังงานนิวเคลียร์ เป็นพลังงานที่ถูกปล่อยออกจากสารกัมมันตรังสีที่มีอยู่ตาม ธรรมชาติหรือจากเตาปฏิกรณ์ปรมาณู หรือระเบิดนิวเคลียร์ งาน (Work , W) ความหมายโดยทั่วไป เป็นการกระทากิจกรรมหรือสิ่งใด ๆ เพื่อที่จะได้รับซึ่งผลตอบแทน เช่น การรดน้าต้นไม้การเล่นฟุตบอล การวาดภาพ การล้างรถการล้างจาน ความหมายของงานทางวิทยาศาสตร์ เป็นผลจากการกระทาของแ รงต่อวัตถุอย่างต่อเนื่องและทาให้วัตถุเคลื่อนที่ตามแนวแรงกระทา แรงที่กระทาต่อวัตถุแล้วทาให้วัตถุเคลื่อนที่ไปตามแนวราบแสดงว่าเกิดงา น ถ้าเราออกแรงกระทาต่อวัตถุแล้ววัตถุไม่เคลื่อนที่ แสดงว่าไม่เกิดงาน ดังนั้นการเกิดงานจะต้องมีแรงกระทาและระยะทางการเคลื่อนที่เ กี่ยวข้องเสมอเช่น การออกแรงดันตู้เสื้อผ้าจากกลางห้องเลื่อนไปติดผนัง แต่ถ้าออกแรงดันแล้วตู้ไม่ขยับหรือเคลื่อนที่จากเดิมถือว่า ไม่เกิดงาน ปริมาณของงานขึ้นอยู่กับ 1. ขนาดของแรงที่ใช้ 2. ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ไปตามทิศทางของแนวแรง 3. ทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุตามแนวแรง
- 3. เราสามารถหาขนาดของงานได้จากผลคูณระหว่างขนาดของแรงกับการก ระจัดตามแนวแรงนั้น เขียนเป็นสมการจะได้ W = Fs เมื่อ F คือ ขนาดของแรงที่ทาให้เกิดงาน มีหน่วยเป็น นิวตัน (N) s คือ ระยะกระจัด มีหน่วยเป็น เมตร(m) W คือ งาน มีหน่วยเป็น นิวตันเมตร (N m)หรือจูล (J) เช่น การออกแรงยกกล่องให้สูงขึ้น ทิศทางการเคลื่อนที่ของกล่องมีทิศทางเดียวกับแนวแรง การกระทาเช่นนี้เป็นการทาให้เกิดงานทางวิทยาศาสตร์ หมายเหตุ ถ้าทิศของแรงมีทิศเดียวกับทิศของระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ ต้องแทนค่าแรง (F) เป็นบวก ถ้าทิศของแรงมีทิศตรงกันข้ามกับทิศของระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ต้องแท นค่าแรง (F) เป็นลบ หน่วยของงานในระบบเอสไอ คือ จูล (J) หรือนิวตัน-เมตร (N- m) โดยที่ 1 จูลของงานที่ทาเกิดจากการออกแรง 1 นิวตันกระทาต่อวัตถุให้วัตถุเคลื่อนที่ไปได้1 เมตร ตามทิศทางของแนวแรง
- 4. จากรูป งานขนาด 1 จูลที่ทาได้เมื่อยกกล่องหนัก 1 นิวตันขึ้นไปในแนวดิ่งเป็นระยะทางสูง 1 เมตร ซึ่งเราอาจใช้หน่วยของงานที่ใหญ่กว่าจูล เช่น กิโลจูล (kJ)เมกะจูล (MJ) เป็นต้น เมื่อ 1 kJ = 1,000 J 1 MJ = 1,000,000 J ตัวอย่างวินัยออกแรงยกกล่องด้วยแรง 30 นิวตัน แล้วเดินขึ้นบันได5 ขั้น แต่ละขั้นสูง 20 เซนติเมตร งานที่วินัยทาจากการยกกล่องขึ้นบันไดมีค่าเท่าใด วิธีทา จากโจทย์ความสูงของขั้นบันใด= 5 x 20 = 100 cm = 1 m จากสูตร W = F x s = 30 n x 1 m = 30 J (n-m) ตอบ วินัยทางานจากการลากกล่องได้30 จูล กรณีแรง F กระทาต่อวัตถุในแนวทามุมกับทิศการเคลื่อนที่ของวัตถุแล้ว ทาให้วัตถุเคลื่อนที่ได้ระยะกระจัด S
- 5. แรง F ไม่ได้อยู่ในแนวเดียวกับการเคลื่อนที่กล่าวคือแรง F อยู่ในแนวเอียงแต่การเคลื่อนที่อยู่ในแนวราบ ซึ่งจะคานวณหางานจากสูตร W=Fsไม่ได้ดังนั้น จึงต้องพิจารณาโดยการแตกแรงคือแตกแรงเป็นแรงองค์ประกอบในแนว ราบ และแนวดิ่ง แรงที่อยู่ในแนวเดียวกับการเคลื่อนที่คือแรง Fcosซึ่งอยู่ในแนวราบ และวัตถุก็เคลื่อนที่ในแนวราบจึงถือได้ว่าอยู่ในแนวเดียวกัน เพราะฉะนั้นสามารถคานวณหางานได้จาก งาน (W) = แรง (Fcos ) x ระยะ (S) ; คือมุมที่แรงทากับแนวระนาบ ตัวอย่าง จงหางานที่เกิดขึ้น เมื่อสมปองออกแรง 200 นิวตัน ลากกระสอบข้าวสาร เคลื่อนที่เป็นระยะทาง 20 เมตร ก. ทามุม 0 องศากับพื้นราบ ข. ทามุม 60 องศากับพื้นราบ วิธีทา ก. เมื่อทามุม 0 องศากับพื้นราบ จาก สูตร W = s cos เมื่อ = 200 N s = 20 m cos 0 ํ = 1 แทนค่า W = 200 n x 20 m = 4,000 J(n- m) งานที่เกิดขึ้น 4,000 จูล หรือ 4 กิโลจูล
- 6. ข. เมื่อทามุม 60 องศากับพื้นราบ จาก สูตร W = s cos เมื่อ = 200 N s = 20 m cos 60 ํ = 0.5 แทนค่า W = 200 x 20 x 0.5 = 2,000 J งานที่เกิดขึ้น 2,000 จูล