Download to read offline
Content-2-Energy
- 1. jirupi@kku.ac.th เรื่อง พลังงาน (Energy) ในบทนี้เรามาทาความรู้จักกับคาว่าพลังงานงานกันว่าพลังงานที่เรารู้จักมาจากไหน และเรา สามารถจัดเก็บพลังงานนั้นได้หรือไม่อย่างไร ซึ่งเราจะเห็นพลังงานเหล่านั้นมากมาย ไม่ว่าจะ เป็นการใช้หรือการผลิต ทั้งที่เราสามารถจับต้องได้และไม่สามารถมองเห็นพลังงานได้ แต่เรา สามารถรับรู้จากผลการกระทาของพลังงานได้ โดยส่วนหนึ่งจะเห็นจากร่างกายของเรา และ อีกส่วนหนึ่งจากเครื่องมือ เรามาเรียนเรื่องพลังงานกับน้องเชอร์รี่ พี่องุ่น และน้องลูกกวาด กันนะคะ เพื่อให้น้องๆเข้าใจเรื่องพลังงานกันดีขึ้น พลังงานคืออะไร? ได้สิคะ น้องเชอรี่กับน้องลูกกวาด พลังงาน คือ อานาจที่แฝงอยู่ในวัตถุ พลังงานเป็นกลไกสาคัญของธรรมชาติและเครื่องจักรกลซึ่งมีอยู่ในหลายรูปแบบ และคือสิ่งที่ ทาให้สิ่งต่างๆเคลื่อนที่ได้ ถ้าไม่มีพลังงาน ก็ไม่มีอะไรเกิดขึ้น สิ่งใดก็ตามที่เคลื่อนไหว เติบโต หรือทางานในทางใดทางหนึ่ง ย่อมมี พลังงาน พลังงานความร้อนเป็นพลังงานอย่างหนึ่งเราอาจมองไม่เห็นความร้อนเคลื่อนที่แต่ความร้อนทาให้โมเลกุลเคลื่อนที่เร็วขึ้น พลังงานอาจถูกเก็บไว้ได้ เช่น พลังงานอยู่ในก้อนถ่านหิน ในกล่องไม้ขีดไฟ หรือในผลแอปเปิล เป็นต้น พลังงานที่ถูกเก็บไว้ สามารถนามาใช้ได้ พลังงานสามารถเปลี่ยนแปลงได้ แต่ไม่สามารถถูกทาลายได้ เพียงแต่ถูกเปลี่ยนจากรูปหนึ่งไปอีกรูปหนึ่ง พลังงานสามารถถูกใช้ได้แต่จะใช้ให้หมดไปไม่ได้ พลังงานยังเป็นที่รู้จักในนามของสิ่งที่ทาให้เกิด งาน (work) งานในที่นี่ไม่ใช่การบ้านหรืองานบ้านนะคะ แต่งานคือ แรงที่ทาให้วัตถุ เคลื่อนไปในทิศทางเดียวกับแรงที่กระทาต่อวัตถุนั้น พลังงานมีหน่วยวัดเป็นจูล(Joules) หรือกิโลวัตต์-ชั่วโมง นะคะน้องเชอร์รี่ น้อง ลูกกวาด พลังงานคืออะไร? นะ ลูกกวาดรู้ไหมว่าพลังงานคืออะไร ไม่รู้เหมือนกันจ้าเชอรี่ งั้นเราไปถามพี่องุ่นกันดีกว่าว่าพลังงานคืออะไร ตกลงจ้า ไปหาพี่องุ่นกัน พี่องุ่นคะ เราสองคนอยากทราบว่าพลังงานคืออะไรค่ะ พี่องุ่นช่วยอธิบายให้พวกเราสองคนฟังได้ไหมคะ ?
- 2. jirupi@kku.ac.th ก็แสดงว่าเมื่อเราพลักกล่องเลื่อนไปตามแรงที่เราผลัก หรือถ้าเราเก็บ หนังสือไว้ในชั้นสูงๆเราต้องดันหนังสือขึ้นไปเก็บที่ตรงชั้นนั้น ก็แสดงว่า เกิดจากการใช้กระบวนการใช้พลังงานใช่ไหมคะพี่องุ่น ลูกกวาดเข้าใจแล้วคะพี่องุ่น โอเคคะ งั้นทั้งสองคนทราบแล้วนะว่าพลังงานคืออะไร พีองุ่นก็จะอธิบายให้น้องเชอรี่กับน้องลูกกวาดเข้าใจ เรื่องงานและพลังงานมากขึ้นนะคะ เกี่ยวกับชนิดของพลังงานและขอบเขตที่เกี่ยวข้องกับพลังงานชนิดนั้น ซึ่งจะทาให้น้องเอรี่และน้องลูกกวาดได้มโนภาพที่ถูกต้องเกี่ยวกับพลังงานด้วยตัวของน้องเองนะคะ พลังงานกล (Mechanical Energy) พลังงาน มี 2 ชนิดนั่น คือ พลังงานศักย์ (Potential Energy) พลังงานจลน์(Kinetic Energy) วันนี้พี่องุ่นจะสอนเรื่องพลังงานจลน์ก่อนแล้วกันนะคะ ตกลงคะ งั้นเราไปเรียนเรื่องพลังงงานจลน์ กันคะพี่องุ่น เราสองคนพร้อมแล้ว พลังงงานกล หรือพลังงานทางกลศาสตร์ พลังงานกลของวัตถุมี 2 รูปและที่แตกต่างกันชัดเจน ได้แก่ พลังงานที่ขึ้นกับความเร็วของวัตถุ เรียกว่าพลังงานจลน์ (Kinetic Energy; Ek) นั่นเอง พลังงานจลน์ คือพลังงานที่มีอยู่ในวัตถุที่กาลังเคลื่อนที่ เพราะวัตถุนั้นถูกแรงกระทา และถ้าแรงนั้นทาให้ เกิดการกระจัดตามแนวแรงก็หมายความว่า มีงานเกิดขึ้น วัตถุที่เคลื่อที่ก็สามารถทางานได้ เช่น กาที่ นักเรียนเตะลูกฟุตบอลให้ไปชนกับถังขยะ ลูกบอลทาให้ถังขยะกลิ้งล้มกระจัดกระจาย แสดงว่าลูกบอลที่ เคลื่อนที่มีพลังงานแฝงอยู่ด้วย ซึ่งพลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุอันเนื่องมาจากอัตราเร็วของวัตถุ วัตถุที่หยุด นิ่งจะไม่มีพลังงานจลน์ พลังงานจลน์ไม่ชึ้นกับทิสของการเคลื่อนที่ แต่ขึ้นกับขนาดของความเร็วยกาลังสอง หรืออัตราเร็วกาลังสองและขึ้นกับมวลของวัตถุด้วย ดังนั้น พลังงงานจลน์จึงมาค่าเท่ากับ Ek = 1 2 𝑚𝑣2 น้องเชอรี่และน้องลูกกวาด พลังงานจลน์ที่ทาให้เกิดการเคลื่อนที่ มีอะไรบ้างคะ พลังงานลมคะ พลีงงานคลื่น และพลังงานน้าคะ พลังงานเสียงคะ
- 3. jirupi@kku.ac.th บททบทวนเรื่องพลังงานกับพลังงานจลน์ พลังงาน คือ สิ่งที่ไม่มีตัวตนแต่มีความสามารถทางานได้ พลังงานจลน์ (kinetic energy; Ek) คือพลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุอันเนื่องจาก อัตราเร็วของวัตถุ มีขนาดเท่ากับงานต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุจนหยุดนิ่ง กาหนดให้วัตถุมวล m เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว v ดังรูป ต้องการหาขนาดของพลังงานจลน์ (Ek) หาความเร่งจาก v2 = u2 + 2as เก่งมากคะ น้องเชอรี่และน้องลูกวาดทราบได้อย่าไรคะว่าพลังงานเหล่านั้นเป็น พลังงานจลน์ การไหลของน้าตก และการเกิดคลื่นน้า พลังงานน้าที่แรงมาก เพียงพอสามารถหมุนกังหันน้าได้ พลังงานลมถ้ามีแรงมากสามารถหมุนกังหันลมได้คะ ส่วนพลังงานเสียง คือ ส่วนขยาย ความถี่ของ ส่วนอัดและส่วนขยายที่เกิดขึ้นมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความดังและลักษณะเสียงจากแหล่งกาเนิด เสียงเมื่อเดินทางมาถึง หูมนุษย์ทาให้เยื่อแก้วหูเกิดการสั่นมีความถี่ต่างๆ กัน เก่งมากคะ งั้นเรามาเข้าสู่บทเรียนทบทวนกันในเรื่องของพลังงานจลน์
- 4. jirupi@kku.ac.th แทนค่า 0 =v2 + 2as a = s2 v2 เป็นลบ แสดงว่าความเร่งมีทิศตรงข้ามกับ u หาขนาดของแรงต้าน F = ma แทนค่า f = ma = m s2 v2 = s2 mv2 หางานจากแรงต้าน Wf = -fs = - s2 mv2 s = - 2mv 2 1 ดังนั้นขนาดของพลังงานจลน์เท่ากับ E = | Wf | = 2mv 2 1 นั่นคือ Ek = 2mv 2 1 ……..(1) ดังนั้นขนาดของพลังงานจลน์เท่ากับ E = | Wf | = 2mv 2 1 เมื่อ m คือ มวลของวัตถุ มีหน่วยเป็น kg v คือ อัตราเร็วของวัตถุ มีหน่วยเป็น m/s Ek คือ พลังงานจลน์ มีหน่วยเป็น kg m2 /s2 หรือ Nm หรือ J จากสมการ สามารถเขียนกราฟแสดงความสัมพันธ์ของ Ek และ v ได้ดังรูปกราฟ
- 5. jirupi@kku.ac.th กราฟความสัมพันธ์พลังงานจลน์กับอัตราเร็ว หมายเหตุ พลังงานจลน์ เป็นปริมาณสเกลาร์ไม่คานึงถึงทิศทางจะขึ้นอยู่กับมวลและ อัตราเร็วเท่านั้น งานกับการเปลี่ยนพลังงานจลน์ของวัตถุ ถ้าแรงลัพธ์ที่ไม่เป็นศูนย์มากระทากับวัตถุ พลังงานจลน์ของวัตถุจะเปลี่ยนไป สามารถ พิสูจน์สมการได้ดังนี้ จากสูตร = ma และ = u2 + 2as = จะได้ = เมื่อ Eku แทนพลังงานจลน์ของวัตถุ = (ขณะมีความเร็วต้น u) Ekv แทนพลังงานจลน์ของวัตถุ = (ขณะมีความเร็วต้น v) แทนพลังงานจลน์ที่เปลี่ยนไปของวัตถุ และ แทนงานของแรงลัพธ์ แสดงว่า = หรือ =