งานและพลังงาน

ภาพประจำสัปดาห์   

รถไฟเหาะตีลังกา

    ถ้าท่านได้ศึกษาฟิสิกส์  ท่านจะต้องรู้จักเครื่องเล่นมหัศจรรย์ชิ้นหนึ่ง ชื่อของมันคือ รถไฟเหาะตีลังกา    เพราะการเคลื่อนที่ของมันเป็นไปตามหลักการทางฟิสิกส์ล้วนๆ    อาทิเช่น มวล   ความเร่งโน้มถ่วง  และแรงเข้าสู่ศูนย์กลางเป็นต้น   ในสวนสนุกขนาดใหญ่เกือบทุกแห่ง  ล้วนแต่มีรถไฟเหาะตีลังกาอยู่ทั้งสิ้น  ทางวิ่งของรถไฟเหาะดูใหญ่โตมโหฬาร   วนไปมาหน้าเวียนหัวยิ่ง  

รถไฟเหาะตัวนี้อยู่ที่ประเทศอังกฤษ  ทางวิ่งยาว  1524  เมตร คือ กิโลเมตรครึ่ง

      ฟิสิกส์ราชมงคล จะเปิดเผยกฎทางฟิสิกส์สำหรับเครื่องเล่นชนิดนี้ ให้ท่านได้เห็นถึงความมหัศจรรย์ ในหน้าถัดไป   คลิกอ่านต่อครับ

แบบฝึกหัดประจำสัปดาห์    

        ความหมายของงานโดยทั่วไปในชีวิตประจำวัน  งานมักจะหมายถึง  การยกของ  ทำสวนครัว  ปรุงอาหาร  ซักเสื้อผ้า  เขียนหนังสือ  หรือทำกิจกรรมใด ๆ  เพื่อรับค่าตอบแทน

        และขณะที่เด็กวิ่งเล่นกันอยู่ในสนามเด็กเล่นหรือเล่นแบดมินตัน  หรือตีเทนนิส  โดยทั่วไปถือว่าเป็นการออกกำลังกาย  หรือเป็นการเล่นกีฬา  ไม่ใช่เป็นการทำงาน

แต่ความหมายของงานโดยทั่วไป กับความหมายทางฟิสิกส์แตกต่างกัน  ซึ่งความหมายของงานในทางฟิสิกส์  คือ  งานจะเกิดขึ้นต่อเมื่อมีแรงมากระทำต่อวัตถุแล้วทำให้วัตถุมีการเคลื่อนที่ได้ระยะกระจัด  (ระยะกระจัดหมายถึงระยะที่วัดในแนวตรง)

        เพราะฉะนั้นตัวอย่างการเล่นกีฬาของเด็ก ๆ อาจเรียกได้ว่าเป็นการทำงานในทางฟิสิกส์

คลิกครับ

แรง กำลัง ทอร์ก งานและพลังงานคืออะไร

       ถ้าคุณได้อ่านบทความของฟิสิกส์ราชมงคล  คุณจะได้เห็นคำเหล่านี้บ่อยๆ เช่น  มวล   แรง   ทอร์ก  งาน   กำลัง   และพลังงาน   คำเหล่านี้มีความหมาย  และมีความสัมพันธ์กันอย่างไร

         ฟิสิกส์ราชมงคล จะอธิบายความหมายของคำแต่ละคำ ให้คุณได้ทราบ  พร้อมทั้งยกตัวอย่าง  ประกอบกับการคำนวณนิดหน่อย  

         ตลอดบทความ  เราจะพูดถึงหน่วยที่มีหลายมาตรฐาน   แต่ที่เราใช้กันทั่วไป  คือ  ระบบหน่วยระหว่างชาติ  ( International  system of  unit)  ย่อเป็น  SI  หรือนิยมเรียกว่า ระบบเมตริก  ยอมรับกันเป็นหน่วยมาตรฐานสากล  หน่วยเมตริกที่เรารู้จักกันมากที่สุด คือ  หน่วยเมตร   กับกิโลกรัม  ส่วนหน่วยมาตรฐานอีกหน่วยหนึ่งก็คือหน่วยอังกฤษ  (English  engineering Units)  ที่เรารู้จักกันมากสุด คือ  ฟุต  กับ ปอนด์ หน่วยนี้ยังนิยมใชักันในหลายประเทศ   แต่ที่เราไม่ค่อยจะคุ้นเคยเพราะว่า  ประเทศไทยเราไม่ได้ใช้เป็นหน่วยมาตรฐาน   มีต่อครับ

งาน

ผลของพลังงาน

                เมื่อมีแรงกระทำแก่วัตถุ และสามารถทำให้วัตถุเคลื่อนที่ได้จะเกิดงาน งานวัดได้จากผลคูณของระยะทางกับแรงตามแนวที่วัตถุเคลื่อนที่ เช่น แรง 14 ปอนด์ ดึงให้วัตถุเคลื่อนที่ ขึ้นมา 1 ฟุต  งานที่ต้องใช้คือใช้คือ 14 x 1 หรือ 14 ฟุต-ปอนด์  แต่ถ้าเมื่อยกวัตถุให้สูงขึ้นมาได้  2 ฟุต งานที่ต้องใช้ คือ 28 ฟุต-ปอนด์ เราอาจเขียนสมการได้ดังนี้

                งาน = ระยะทางที่เคลื่อนที่ x แรงตามแนวทิศทางของการเคลื่อนที่

                ถ้าใช้ม้าลากเรือให้เคลื่อนที่ไปตามคลอง โดยให้ม้าเดินอยู่บนฝั่ง ในกรณีนี้เรือไม่ได้เคลื่อนที่ไปตามแนวแรงที่ดึง ดังนั้น ในการคำนวณหางาน เราต้องหาเฉพาะส่วนของแรงในทิศทางที่ทำให้เรือเคลื่อนที่เท่านั้น ในการกล่าวถึงงานจึงต้องกล่าวอย่างระมัดระวัง ให้ถูกต้องและถี่ถ้วนว่า            งาน = ระยะทางที่เคลื่อนที่ x แรงตามแนวทิศทางของการเคลื่อนที่

แรงม้า คือ อัตราเร็วในการทำงาน  วัดได้เพียงว่า 1  แรงม้า เท่ากับงานที่ทำ  33,000  ปอนด์ใน  1 นาที  คลิกอ่านต่อครับ

         พลังงานอันเกิดจากการเคลื่อนที่ เรียกว่า พลังงานจลน์ (kinetic energy) และ พลังงานที่มีสะสมอยู่ในตัว เนื่องมาจากภาวะของวัตถุ เรียกว่า พลังงานศักย์ (potenxtial energy) ตัวอย่างของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์นั้นเราพอจะเห็นได้ง่ายๆ จากสิ่งที่เกิดขึ้นรอบๆ ตัวเราอยู่ทุกวัน เช่น รถยนต์กำลังวิ่งด้วยความเร็วปกติบนถนนในที่ราบ ถ้าต้องการให้หยุดเราต้องใชัห้ามล้อ ซึ่งหมายถึงออกแรงต้านการเคลื่อนที่ รถยนต์ยังไม่สามารถหยุดได้ทันทีแต่จะเลื่อนต่อไปเป็นระยะทางหนึ่ง เราต้องทำงานด้วยแรงต้านทานเพื่อให้รถหยุด เพราะรถมีพลังงานเนื่องจากกำลังเคลื่อนที่อยู่ นั่นคือรถมีพลังงานจลน์ สำหรับตัวอย่างของพลังงานศักย์แบบหนึ่งที่น่าจะเห็นได้ ก็คือก้อนหินผูกห้อยที่ปลายเชือก ในภาวะที่ 1 ก้อนหินแขวนห้อยอยู่นิ่งๆ แต่ในภาวะที่ 2 ก้อนหินถูกยกขึ้นไปสูงกว่าระดับเดิม

คลิกอ่านต่อครับ

พลังงานที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่  หรือ

พลังงานที่มีอยู่ในวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่เรียกว่า  พลังงานจลน์  เช่น
        1. พลังงานลม  เป็นพลังงานที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอนุภาคของอากาศ  เกิดเป็นสภาพของลมพัด  ซึ่งพลังงานลมที่แรงมากเพียงพอจะสามารถทำให้กังหันลมหมุนได้     

        2. พลังงานน้ำ  เป็นพลังงานที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอนุภาคน้ำ  เช่น  การไหลของกระแสน้ำ  การไหลของน้ำตกจากหน้าผา  และการเกิดคลื่นในน้ำ  ซึ่งพลังงานน้ำที่แรงมากเพียงพอจะสามารถทำให้กังหันน้ำหมุนได้

       3. พลังงานเสียง  เป็นพลังงานที่ทำให้อนุภาคของอากาศเคลื่อนที่ในลักษณะที่เกิดเป็นส่วนอัดส่วนขยาย  ซึ่งจะมีการเคลื่อนที่แรงมากหรือน้อย  ตลอดจนความถี่ของส่วนอัดและส่วนขยายที่เกิดขึ้นมากหรือน้อยจะขึ้นอยู่กับความดังและลักษณะเสียงสูงและต่ำที่ออกมาจากแหล่งกำเนิดของเสียง  นอกจากนั้นพลังงานเสียงที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอนุภาคอากาศในลักษณะดังกล่าว    เมื่อเดินทางมาถึงหูมนุษย์ก็ทำให้เยื่อแก้วหูเกิดการสั่นที่แรงมากหรือน้อยและมีความถี่ของการสั่นต่างๆ กัน  และเปลี่ยนพลังงานเสียงให้กลายเป็นพลังงานกล  ซึ่งจะถ่านแรงสั่นสะเทือนดังกล่าวให้กระดูกค้อน  ทั่ง  และโกลน  จนกระทั่งถึงอวัยวะรูปก้นหอยที่มีเซลล์ประสาทจะเปลี่ยนพลังงานกลเหล่านั้นให้กลายเป็นกระแสประสาท  แล้วส่งไปยังสมองซึ่งแปลความออกมาเป็นเสียงที่เราได้ยิน  

    4. พลังงานคลื่น คลื่นในทะเล และมหาสมุทร ปกติเกิดจากลม แต่ในบางกรณี เกิดจากการเคลื่อนไหว ของเปลือกโลก เช่น แผ่นดินไหว พลังงานคลื่น สามารถนำมา ผลิตเป็นพลังงานไฟฟ้าได้
 

การทดลองเสมือนจริง  ในการทดลองนี้จะเป็นการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างแรง   งาน  และระยะกระจัดการเคลื่อนที่ของกล่อง  โดยคุณสามารถใช้เมาส์คลิกและลากกล่องไปที่ใดก็ได้ในห้องทดลองเสมือน   หรือจะใช้ลูกศรของคีย์บอรด์ก็ได้เช่นเดียวกัน  งานที่ได้จากแรงโน้มถ่วงหรือจากแรงเสียดทาน  จะปรากฎเป็นตัวเลขอยู่ด้านบนของห้องทดลองเสมือน   คุณสามารถเปลี่ยนมวล m  และสัมประสิทธ์แรงเสียดทาน โดยใช้ตัวเลื่อน   เมื่อคุณต้องการให้กล่องกลับเข้าสู่จุดเริ่มต้น  ให้กดปุ่ม  Reset     ตำแหน่งเริ่มต้นของกล่องจะแสดงด้วยเงาสีเทาดำ   ให้คุณทดลองเลื่อนกล่องไปบนพื้น  และสังเกตดูว่าการเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร  ต่อไปกดปุ่ม  Reset  และยกกล่องขึ้นจากพื้น  โดยไม่ให้กล่องติดพื้น  เมื่อยกกลับมาที่เดิม   หรือจุดเริ่มต้น  สังเกตว่างานมีค่าเท่าไร ?   กดที่กล่องหรือที่นี่เพื่อเข้าสู่การทดลอง ลูกโบว์ลิ่ง 2 ลูกวิ่งแข่งกัน เข้าสู่การทดลองเรื่องลูกโบว์ลิ่ง 2  ลูก คลิกครับ วิธีการทดลอง      กำหนดให้ความเีร่งโน้มถ่วงของโลกคงที่    เมื่อเลือกสีลูกบอลแล้วกดปุ่ม  start   ปล่อยลูกโบว์ลิ่งพร้อมกัน สังเกตดูว่าลูกโบว์ลิ่งสีใดจะถึงเส้นชัยก่อน งานและพลังงาน  งานและพลังงาน งาน การหางานที่เกิดจากแรงกระทำหลายแรง งานที่เกิดจากวัตถุรูปร่างไม่แน่นอน การหางานด้วยวิธีคำนวณจากพื้นที่ใต้กราฟ กำลัง(power) พลังงาน(Energy) พลังงานจลน์(Kinetic  Energy) พลังงานศักย์ (Potential  Energy) พลังงานศักย์ยืดหยุ่น กฎการอนุรักษ์พลังงาน การเคลื่อนที่แบบวงกลม เครื่องกล ของนิรันดร์  สุวรัตน์   ต้องขอขอบคุณมากครับ แบบทดสอบพลังงาน     1  2  3  4  5  6  7  8   หนังสืออิเล็กทรอนิกส์เรื่องงานและพลังงาน พลังงาน งาน งานที่ถูกทำด้วยแรงไม่คงที่  งานและพลังงานจลน์ พลังงานศักย์ พลังงานศักย์ยืดหยุ่น  แรงไม่อนุรักษ์ งานและพลังงาน กำลัง กำลังและรถยนต์ สรุป แบบฝึกหัดพร้อมเฉลย แผ่นใสการเรียนการสอน   งาน   แผ่นใส powerpoint  จำนวน  15  แผ่น คลิกครับ  ของ  ดร.  สมพงษ์  เลี่ยงโรคาพาธ   วีดีโอการศึกษา   ลูกโบว์ลิ่ง 2  ลูกวิ่งแข่งกัน     นักวิทยาศาสตร์นำลูกโบว์ลิ่ง 2  ลูกมาวางไว้บนราง  2 รางคู่ขนานกัน   โดยรางหนึ่งเป็นรางยาวตรงมีขนาดสั้นกว่าอีกรางหนึ่งซึ่งโค้งลงและยาวกว่า   แต่ปลายรางทั้งสองอยู่ที่ระดับและตำแหน่งเดียวกัน   คำถาม     รางวิ่งรางไหนที่จะนำลูกโบว์ลิ่งไปถึงที่หมายก่อน รางที่ยาวที่สุด รางที่สั้นที่สุด ไม่มีความแตกต่าง    คำตอบคืออะไร  คลิกครับ  ขนาด 2.9  MB สารบัญกระดานฟิสิกส์ราชมงคล ในการแข่งขันยกน้ำหนักของกีฬาโอลิมปิก ในปี ค.ศ.1976 นาย วาสิรี อเล็กซีฟ ได้ทำให้โลกตื่นเต้น โดยการยกน้ำหนักขนาด 562 ปอนด์ (2500 นิวตัน) ขึ้นเหนือศีรษะสูงจากพื้นประมาณ 2 เมตร ทำลายสถิติโลก อย่างไรก็ตาม ย้อนหลังไปในปี ค.ศ. 1957 นาย พอล แอนเดอร์สัน ได้ยกน้ำหนักโดยใช้แผ่น ผ้าคล้องผ่านเอว ดังรูป เขาสามารถยกน้ำหนักได้สูงสุด 6270 ปอนด์ (27 900 N) ขึ้นได้สูง 1 เซนติเมตร ดูจากตัวเลขแล้วนายแอนเดอร์สันยกน้ำหนักได้มากกว่า แต่ได้ระยะทางน้อยกว่า คำถามก็มีอยู่ว่า ทั้งสองคนนี้ใครทำงานมากกว่ากัน หรือใครมีพลังมากกว่ากันนั่นเอง  มีต่อ      กระดานฟิสิกส์ราชมงคลใหม่ หนังสืออิเล็กทรอนิกส์   หนังสืออิเล็กทรอนิกส์ฟิสิกส์ 1 หนังสือฟิสิกส์ 1 ภาคกลศาสตร์ หนังสือฟิสิกส์ 1  ภาค ของไหล ความร้อนและคลื่น   ทดสอบก่อนและหลังเรียน (วิธีทำ ให้ ใส่ชื่อ  สกุล  เลือกวิชาที่สอบ และจำนวนข้อ แต่ต้องไม่เกินจากที่กำหนดไว้ เช่น กำหนดไว้ 10  ข้อ เวลาเลือกจำนวนข้อ  ให้เลือก  5  และ  10 ข้อไม่เกินจากนี้ เป็นต้น เมื่อทำเสร็จสามารถดูคะแนนจากรายละเอียดผู้ทำข้อสอบได้ทันที   1. งานและพลังงาน  25 ข้อ