พลังงาน (Energy)

  1. 1. พลังงาน หมายถึง ความสามารถในการทางานได้ ซึ่งจะมี สะสมอยู่ในวัตถุ แบ่งเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ1. พลังงานจลน์ (Kinetic Energy) อยู่ในวัตถุที่เคลื่อนที่2. พลังงานศักย์ (Potential Energy) อยู่ในวัตถุที่อยู่นิ่ง ซึ่ง สามารถแบ่งได้ 2 ชนิด คือ 2.1 พลังงานศักย์โน้มถ่วง จะอยู่ในวัตถุที่อยู่บนที่สง ู 2.2 พลังงานศักย์ยืดหยุ่น จะอยู่ในวัตถุที่มีความยืดหยุ่น
  2. 2. 1. พลังงานจลน์ (Kinetic Energy) คือ พลังงานอยู่ในวัตถุที่กาลัง เคลื่อนที่ โดยพลังงานจลน์ จะขึ้นอยู่กับมวล และอัตราเร็วของวัตถุ ซึง ่ เขียนความสัมพันธ์ได้ดังนี้ 1 พลังงานจลน์ = x มวล x อัตราเร็ว 2 2 กาหนดให้ Ek แทนพลังงานจลน์ Ek = 1 x m x v2 2 1 Ek = mv 2 ... (4) 2 พลังงาน มีหน่วยเป็น จูล (J)
  3. 3. ตัวอย่าง 1 วัตถุหนึ่งมีมวล 20 kg เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 5 m/s ขณะนันวัตถุจะมีพลังงานจลน์เท่าใด ้ วิธีทา เราสามารถคานวณหาพลังงานได้ v = 5 m/s จากสมการ (4) ดังนี้ 1m = 20 kg Ek  mv 2 2 1 E k   20  (52 ) 2 1 10 E k   20  25 12
  4. 4. ตัวอย่าง 1 วัตถุหนึ่งมีมวล 20 kg เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 5 m/s ขณะนันวัตถุจะมีพลังงานจลน์เท่าใด ้ วิธีทา (ต่อ) E k  10  25 v = 5 m/s E k  250 Jm = 20 kg ตอบ วัตถุมีพลังงานจลน์ 250 จูล
  5. 5. ตัวอย่าง 2 วัตถุหนึ่งมีมวล 30 kg เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ขณะนัน ้ วัตถุจะมีพลังงานจลน์ 600 J อยากทราบว่าวัตถุมีความเร็วเท่าใด วิธีทา เราสามารถคานวณหาพลังงานได้ E = 600 J จากสมการ (4) ดังนี้ v=? 1 m = 30 kg Ek  mv 2 2 1 600   30  ( v 2 ) 2 1,200  v2 30
  6. 6. ตัวอย่าง 2 วัตถุหนึ่งมีมวล 30 kg เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ขณะนัน ้ วัตถุจะมีพลังงานจลน์ 600 J อยากทราบว่าวัตถุมีความเร็วเท่าใด วิธีทา (ต่อ) 40 E = 600 J 1,200  v2 v=? 1 30 m = 30 kg v 2  40 v 40 v  6.32 ตอบ วัตถุความเร็วประมาณ 6.32 เมตรต่อวินาที
  7. 7. 2. พลังงานศักย์ (Potential Energy) คือ พลังงานอยู่ในวัตถุที่อยู่นิ่ง ซึ่งสามารถจาแนกได้ 2 แบบ ดังนี้ 2.1 พลังงานศักย์โน้มถ่วง จะอยู่ในวัตถุที่อยู่บนที่สง วัดจากระดับ ู อ้างอิง พลังงานศักดิ์จะขึนอยู่กับมวล ความสูง และค่า g เมื่อให้ ้ Ep แทนพลังงานศักย์โน้มถ่วง ซึ่งเขียนความสัมพันธ์ได้ดังนี้ พลังงานศักย์โน้มถ่วง = มวล x ค่า g x ความสูง Ep = m x g x h Ep = mgh ... (5)
  8. 8. ตัวอย่าง 3 วัตถุหนึ่งมีมวล 65 kg ตั้งอยู่บนที่สูง 20 m อยากทราบว่า วัตถุมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงเท่าใด วิธีทา เราสามารถคานวณหาพลังงานได้ m = 30 kg จากสมการ (5) ดังนี้ Ep = mgh h = 20 m Ep = 30 x 9.8 x 20 Ep = 12,740 J Ep = 12.74 kJ ตอบ วัตถุมีพลังงานศักย์โน้มถ่วง 12,740 จูล หรือ 12.74 กิโลจูล
  9. 9. ตัวอย่าง 4 ตู้ไม้ใบหนึ่งอยู่บนดาดฟ้าตึกสูง 35 m ถ้าตู้มีพลังงานศักย์โน้ม ถ่วง 15,000 J อยากทราบว่าตู้มีมวลเท่าใด วิธีทา เราสามารถคานวณหาพลังงานได้ Ep = 15,000 J จากสมการ (5) ดังนี้ Ep = mgh h = 35 m 15,000 = m x 9.8 x 35 15,000  m 9.8  35
  10. 10. ตัวอย่าง 4 ตู้ไม้ใบหนึ่งอยู่บนดาดฟ้าตึกสูง 35 m ถ้าตู้มีพลังงานศักย์โน้ม ถ่วง 15,000 J อยากทราบว่าตู้มีมวลเท่าใด วิธทา (ต่อ) ี Ep = 15,000 J 15,000 m  343 m = 43.73 kg h = 35 m ตอบ ตู้มีมวล 43.73 kg
  11. 11. 2.2 พลังงานศักย์ยืดหยุ่น เป็นพลังงานทีอยู่ในวัตถุที่มีสภาพยืดหยุ่น ่เช่น สปริง เมื่อออกแรงดึงจะทาให้สปริงยืดออก ดังรูป เมื่อ F คือ แรงดึง S คือ ระยะยืด F S
  12. 12. 2.2 พลังงานศักย์ยืดหยุ่น เป็นพลังงานทีอยู่ในวัตถุที่มีสภาพยืดหยุ่น ่เช่น สปริง เมื่อออกแรงดึงจะทาให้สปริงยืดออก ดังรูป เมื่อ F คือแรงดึง S คือ ระยะยืด ซึ่งสปริงก็มีความแข็งแตกต่างกัน โดยเรียกว่า เป็นค่าคงทีของสปริง (k) ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดึงกับ ่ระยะยืดของสปริงเขียนได้ดังนี้ แรงดึง = ค่าคงทีสปริง x ระยะยืด ่ F = k x S F = kS ... (6)
  13. 13. 2.2 พลังงานศักย์ยืดหยุ่น เป็นพลังงานทีอยู่ในวัตถุที่มีสภาพยืดหยุ่น ่โดยจะขึ้นอยู่กับขนาดแรงดึง และค่าคงทีของสปริง (ค่านิจสปริง : k) ่Ep แทนพลังงานศักย์โน้มถ่วง ซึ่งเขียนความสัมพันธ์ได้ดังนี้ 1 พลังงานศักย์ยืดหยุ่น = 2 x ค่าคงที่สปริง x ระยะยืด2 Ep = 1 x k x s2 2 Ep = 1 ks2 ... (7) 2
  14. 14. ตัวอย่าง 5 สปริงตัวหนึ่งถูกดึงออกด้วยแรง 300 N ทาให้สปริงยืดออก 10 cm อยากทราบว่าสปริงมีค่าคงทีสปริงเท่าใด ่ วิธทา ี เราสามารถคานวณค่าคงที่สปริง ได้จากสมการ (6) ดังนี้ F = 300 N F  kS S = 10 cm 300 N  k 0.10 m k  3,000 N/m ตอบ ค่าคงทีของสปริงมีคา 3,000 นิวตัน/เมตร ่ ่
  15. 15. ตัวอย่าง 6 จากข้อ (5) พลังงานศักย์ยืดหยุ่นในสปริงมีคาเท่าใด ่ วิธทา ี เราสามารถคานวณค่าคงที่สปริง ได้จากสมการ (7) ดังนี้ F = 300 N 1 2 E p  kS 2 1 1,500 E p   3,000  (0.1) 2 S = 10 cm 12 E p  1,500  0.01 E p  150 J ตอบ พลังงานศักย์ยืดหยุ่นในสปริงมีค่า 150 จูล

×