พลังงานกล

พลังงานกล 

  พลังงานกลคือพลังงานที่เกิดจากการกระทำของแรงที่ เกี่ยวข้องกับ การเคลื่อนที่ของวัตถุ หรือวัตถุพร้อมที่จะเคลื่อนที่ เช่นลูกมะพร้าวซึ่งจะลงบนพื้นดิน พลังงาที่สำคัญ 2 อย่างคือ พลังงานจลน์ พลังงานศักย์

พลังงานจลน์

เป็นพลังงานของวัตถุขณะเคลื่อนที่
  เราสามารถหาค่าพลังงานจลน์ของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ เช่นจรวด รถยนต์ เป็นต้น
พลังงานศักย์

พลังงานศักย์ 

เป็นพลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุพร้อมที่จะทำงาน พลังงานศักย์ แบ่ง 2 ชนิดคือ

    1) พลังงงานศักย์โน้มถ่วง

จากกรณีที่กล่าวมาจะเห็นว่า เมื่อวัตถุ อยู่สูงจากระดับพื้นดิน วัตถุจะมีพลังงานในตัวเองขณะที่อยู่ ณ ระดับที่สุงนั้นๆ คือแรงดึงดูดของโลกที่จะพยายามจะดึงดูดวัตถุให้เข้าหาโลก เราเรียกพลังงานที่กระทำต่อวัตถุหรือดึงดูดวัตถุนี้ว่า พลังงานศักย์โน้มถ่วง

การทำงานของศักย์โน้มถ่วงหาได้ดังนี้

งานของแรงโน้มถ่วง W = Fs

                        = mgh = Ep

นั่นก็คือ งานของแรงโน้มถ่วง = พลังงานศักย์โน้มถ่วง

    Ep = mgh

    Ep = พลังงานศักย์โน้มถ่วง (J)

    M = มวล (kg)

    g = ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง มีค่าเท่ากับ 9.8 m/วินาที หรือประมาณ 10 m/ต่อวินาที

    h = ความสูง (m)

 
    เป็นพลังงานที่สะสมอยู่ในมวลสารที่กำลังเคลื่อนที่ เช่น รถยนต์ที่กำลังวิ่ง กระสุนที่กำลังแหวกไปในอากาศ กระแสลม เป็นต้น 

ถ้าหากมีสิ่งใดขวางทางหรือหันเหทิศทางในการเคลื่อนที่ของมวลสารนี้ก็จะเกิดแรงกับสิ่งนั้นทันที
ถ้าออกแรง F ผลักดันมวลสาร m ซึ่งอยู่กับที่ ให้ออกวิ่งจนมีความเร็ว v งานที่ใช้ไปในการผลักมวลสารไปเป็นระยะ ds คือ 

    du = F x dsแต่แรง F = ma (ดูเรื่องแรง) โดย a คืออัตราเร่ง
    a =การเปลี่ยนความเร็ว
    ช่วงเวลา= dv
    dtและ dt เป็นช่วงเวลา โดยการแทนค่าแรง F จะได้
* du = ma.ds = mdv ds
                dt
แต่ความเร็ว v = ds
                dt ดังนั้น du = mv.dv และงานทั้งหมดที่ใช้ในการผลักมวลสาร เริ่มตั้งแต่หยุดอยู่กับที่จนกระทั่งมีความเร็ว vt 

    2) พลังงานศักย์ยืดหยุ่น

ถ้าดึงสปริงให้ยืดออกจะมีความรู้สึกว่ามีแรงที่สปริงพยายามดึงมือกลับ แรงดังกล่าวเกิดขึ้นในตัวสปริงเพื่อดึงสปริงคืน
กลับสู่ตำแหน่งเดิม เช่นเดียวกับการอัดสปริง สปริงก็จะมีแรงดัรมือออก แรงดึงหรือดันของสปริง นี้จะมีขนาดเท่ากับ แรงที่มือเราดึงหรือกดสปริง ซึ่งเป็นแรงกิริยาและปฏิบัติตามกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สมาของนิวตันนั้นเอง

    พลังงานที่สะสมอยู่ในตัวสปริงขณที่มีการยืดออกหรือหดเข้าจากตำแหน่งสมดุล เรียกว่า พลังศักย์ยืดหยุ่น พลังงานศักย์ยืดหยุ่นในสปริงหาได้จากงานที่กระทำโดยแรง ภายนอกที่ใช้ดึงหรืออัดสปริงจะได้สูตรจากสมการต่อไปนี้

            Ep = W = 0.5kx*x

การเปลี่ยนรูปพลังงาน

พลังงานรูปหนึ่งเปลี่ยนไปเป็นพลังงานรูปอื่นๆ ได้ พลังงานที่มาจากการเปลี่ยนรูปนี้จะมีค่าเท่ากับพลังงานเดิมซึ่งเป็นไปตามกฎ
อนุรักษ์พลังงาน ซึ่งมีใจความสำคัญว่า
" พลังงานไม่อาจสร้างขึ้นใหม่หรือทำลายให้หมดไปได้ แต่พลังงานสามารถเปลี่ยนรูปหนึ่งไปเป็น รูปหนึ่งไปเป็นรูปอื่นได้ " 

 เป็นพลังงานกลที่สะสมอยู่ในมวลสาร พลังงานแบบนี้แบ่งออกได้เป็นสองประเภท คือ
        ก) เป็นพลังงานที่สะสมอยู่ในตัวเนื่องจากตำแหน่งของมวลสารในสนามแรงดึงดูด เช่น น้ำที่ถูกกักเก็บเอาไว้ในระดับสูง มวลสารของน้ำอยู่ในสนามแรงดึงดูดของโลก บนผิวพื้นโลก ความเข้มของแรงนี้มีค่าเกือบคงที่ คือ g = ๙๘๑ เซนติเมตร/วินาที2 ถ้าปล่อยให้น้ำไหลลงมาจะกลายเป็นน้ำตกซึ่งจะมีกำลังแรงเป็นปฏิภาคกับความสูงที่ตก ถ้า H เป็นระดับความสูงของมวลสาร mแรงที่ยกมวลสารนี้เท่ากับน้ำหนักของมวลสาร คือ W = mg งานที่ใช้ในการยกมวลสารนี้ให้มีความสูง H ก็คือ U = W x H และเป็นพลังงานศักย์ ยานอวกาศเมื่อโคจรเข้าไปในสนามแรงดึงดูดของดวงจันทร์ ก็สะสมพลังงานศักย์ไว้เป็นระดับสูงของยานอวกาศจากพื้นผิวดวงจันทร์
        ข) พลังงานศักย์ที่สะสมอยู่ในตัวเนื่องจากความเครียดยืดหยุ่นของมวลสาร เช่น ขดลวดสปริงที่ถูกอัดหรือถูกยืดเอาไว้ 

ระยะที่อัด   หรือยืดนี้ คือความเครียดยืดหยุ่น ถ้าปลดปล่อยแรงที่บังคับสปริงไว้ มันก็จะดีด หรือรั้งกลับคืนสู่สภาพเดิม อากาศที่ถูกอัดไว้ในกระบอกสูบก็มีคุณลักษณะเช่นเดียวกัน แรงที่ใช้อัดขดลวดสปริงเป็นสัดส่วนกับระยะที่สปริงถูกอัด ดังนั้น แรงที่ใช้อัดให้สปริงหดเป็นระยะทาง S มีค่าเท่ากับ F = KS โดย K เป็นค่าคงตัวสำหรับขดลวดสปริงและงานที่ใช้ในการอัดนี้

ซึ่งเป็นค่าพลังงานศักย์ของขดลวดสปริงนั้น

    ทั้งพลังงานจลน์และพลังงานศักย์เป็นค่าสัมพัทธ์ หมายความว่าเป็นค่าเปรียบเทียบ เช่นรถยนต์คันหนึ่งแล่นด้วยความเร็ว ๘๐ กิโลเมตรต่อชั่วโมง รถคันนี้มีพลังงานจลน์มาก เมื่อเทียบกับรถที่จอดอยู่ แต่ถ้ามีรถอีกคันหนึ่งแล่นขนานกันไปด้วยความเร็วเท่ากัน จะไม่มีความแตกต่างระหว่างพลังงานจลน์ของรถทั้งสองเลย ดังนั้นถึงแม้ว่ารถทั้งสองคันจะสัมผัสกันก็จะไม่เกิดแรงขึ้นได้เลย ในทำนองเดียวกัน คนที่อยู่บนอาคารชั้นที่ ๒๐ มีพลังงานศักย์มากเมื่อเทียบกับระดับพื้นถนน แต่ถ้าเขาพลัดตกจากเก้าอี้ที่นั่งลงสู่พื้นห้องของชั้นนั้น เขาอาจจะไม่ได้รับบาดเจ็บเลย

อ้างอิง http://www.trueplookpanya.com/true/knowledge_detail.php?mul_content_id=433