กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์

บริษัท อักษรเจริญทัศน์ อจท. จำกัด : 142 ถนนตะนาว เขตพระนคร กรุงเทพฯ 10200

Aksorn CharoenTat ACT.Co.,Ltd : 142 Tanao Rd. Pranakorn Bangkok 10200 Thailand

โทรศัพท์ : 02 622 2999 โทรสาร : 02 622 1311-8 webmaster@aksorn.com / www.aksorn.com

ฟิสิกส์ เล่ม 2

หน่วยการเรียนรู้ที่ 5

หน่วยการเรียนรู้ที่ 6

หน่วยการเรียนรู้ที่ 7

Slide PowerPoint_สื่อประกอบการสอน

Slide PPT61-NEW

ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4

ตัวชี้วัด

งานและพลังงาน

• วิเคราะห์ และคำนวณงานของแรงคงตัวจากสมการและพื้นที่ใต้กราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงกับตำแหน่ง รวมทั้งอธิบายและคำนวณกำลังเฉลี่ย
• อธิบายและคำนวณพลังงานจลน์ พลังงานศักย์ พลังงานกล ทดลองหาความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงานจลน์ ความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงานศักย์โน้มถ่วงความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของแรงที่ใช้ดึงสปริงกับระยะที่สปริงยืดออกและความสัมพันธ์ ระหว่างงานกับพลังงานศักย์ยืดหยุ่น รวมทั้งอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างงานของแรงลัพธ์และพลังงานจลน์ และคำนวณงานที่เกิดขึ้นจากแรงลัพธ์
• อธิบายกฎการอนุรักษ์พลังงานกล รวมทั้งวิเคราะห์ และคำนวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของวัตถุในสถานการณ์ต่าง ๆ โดยใช้กฎการอนุรักษ์พลังงานกล
• อธิบายการทำงาน ประสิทธิภาพและการได้เปรียบเชิงกลของเครื่องกลอย่างง่ายบางชนิด โดยใช้ความรู้เรื่องงานและสมดุลกล รวมทั้งคำนวณประสิทธิภาพและการได้เปรียบเชิงกล

5

งาน

(work)

งานเป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็น นิวตัน เมตร (Nm) หรือ จูล (J)

กับขนาดของการกระจัดของวัตถุที่เกิดขึ้นในช่วงที่แรงนี้กระทำ

งานของแรงที่ทำมุม

กับแนวการเคลื่อนที่

(ก) ออกแรงเข็นกล่องบนพื้นราบ

(ข) ถือกล่องเดินบนพื้นราบ

• งานที่เกิดจากการออกแรงเข็นกล่องจะมีค่าเป็นบวก เพราะงานที่เกิดขึ้นเนื่องจากแรงที่มากระทำอยู่ในแนวเดียวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ และมีทิศทางเดียวกัน (θ = 0 ํ )

• งานที่เกิดจากแรงเสียดทานระหว่างพื้นกับกล่องจะมีค่าเป็นลบ เพราะงานที่เกิดเนื่องจากแรงที่มากระทำอยู่ในแนวเดียวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ แต่มีทิศทางตรงกันข้าม (θ = 180 ํ )

• งานที่เกิดจากการถือกล่องเดินบนพื้นราบจะมีค่าเป็นศูนย์หรือไม่เกิดงาน เพราะงานที่เกิดเนื่องจากแรงที่มากระทำอยู่ในทิศตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ (θ = 90 ํ )

การหางานจากพื้นที่ใต้กราฟ

พลังงานจลน์

(kinetic energy)

จึงคำนวณหาพลังงานจลน์ได้ดังสมการ

พลังงานจลน์ของวัตถุจะเพิ่มขึ้นเมื่อมีแรงลัพธ์กระทำกับวัตถุ

ในทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ

พลังงานจลน์ของวัตถุจะลดลงเมื่อมีแรงลัพธ์กระทำกับวัตถุ

ในทิศทางตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ

สมการนี้ เรียกว่า ทฤษฎีบทงาน-พลังงาน (work-energy theorem) คือ งานลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเท่ากับการเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ของวัตถุ

ดังนั้น พลังงานจลน์ที่เปลี่ยนไปสามารถคำนวณหาได้จาก

พลังงานศักย์

(potential energy)

เป็นพลังงานที่สะสมในวัตถุเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก

โดยวัตถุอยู่ห่างจากตำแหน่งอ้างอิงตามแนวดิ่ง

เป็นพลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุที่มีความยืดหยุ่นสามารถคืนรูปได้

ขณะที่โดนดึงให้ยืดออกหรืออัดให้หดเข้าจากสภาพปกติ

พลังงานศักย์โน้มถ่วง

(gravitational potential energy)

พลังงานศักย์ยืดหยุ่น

(elastic potential energy)

กฎการอนุรักษ์พลังงานกล

(law of conservation of energy)

แต่จะเปลี่ยนรูปพลังงานจากพลังงานรูปหนึ่งไปเป็นพลังงานอีกรูปหนึ่ง

โดยพลังงานกล (mechanical energy) คือ ผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของวัตถุ ซึ่งเขียนในรูปสมการได้เป็น

ตัวอย่างการประยุกต์

กฎการอนุรักษ์พลังงานกล

เมื่อกำหนดให้ A เป็นตำแหน่งอ้างอิง จากกฎการอนุรักษ์พลังงานกล จะได้ว่า

เมื่อพิจารณาความเร็วที่ตำแหน่งต่าง ๆ นั้น จะมีค่าไม่เท่ากัน

ตัวอย่างการประยุกต์

กฎการอนุรักษ์พลังงานกล

ผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์มีค่าคงที่ตลอดการเคลื่อนที่ของวัตถุ

พลังงานกลของระบบ ณ ตำแหน่งใด ๆ มีค่าเท่ากับพลังงานศักย์ ณ ตำแหน่ง

ที่มีการกระจัดสูงสุด ตามกฎการอนุรักษ์พลังงานกล เขียนได้ดังสมการ

กำลัง

(power)

หน่วยของกำลังม้า

หน่วยแรงม้าเป็นการเปรียบเทียบหน่วยพลังงานของเครื่องจักรกลสมัยใหม่ว่าสามารถทำงาน

แทนพลังงานสัตว์ได้มากน้อยเพียงใด ปัจจุบันหน่วยแรงม้านี้จะใช้ในการแสดงถึงกำลังของเครื่องยนต์หรือมอเตอร์ไฟฟ้า โดยเมื่อเปรียบเทียบแรงม้าตามระบบเอสไอ จะได้ว่า

1 แรงม้า (horse power : hp) เท่ากับ 746 วัตต์

เครื่องกล