งานและพลังงาน

1 วิทยาศาสตร์ ม.2 เทอม 2 หน่วยทื่ 5 งานและพลังงาน บทที่ 1 งาน ก าลัง และเครื่องกลอย่างง่าย - งาน และก าลัง - เครื่องกลอย่างง่าย บทที่ 2 พลังงาน และกฏการอนุรักษ์พลังงาน - พลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์ - กฏการอนุรักษ์พลังงาน

2 เรื่อง งาน ทบทวนความรู้ก่อนเรียน จากสถานการณ์ต่อไปนี้ให้เขียนลูกศรระบุทิศทางของแรงที่คนกระท าต่อวัตถุ 1) ผลักโต๊ะ

3 เรื่อง งาน 2) ลากรถเข็น

4 เรื่อง งาน 3) ออกแรงดึงวัตถุที่วางบนโต๊ะลื่น

5 เรื่อง งาน งานทางวิทยาศาสตร์ คือ ผลของแรงที่กระท าต่อวัตถุ ท าให้วัตถุเคลื่อนที่ไปในแนวเดียวกับทิศทางของแรง วัตถุไม่เคลื่อนที่หรือเคลื่อนที่ตั้งฉากกับแนวแรงจะไม่เกิดงานทางวิทยาศาสตร์

6 เรื่อง งาน ตัวอย่าง

7 เรื่อง งาน ตัวอย่าง

8 เรื่อง งาน ตัวอย่าง

9 เรื่อง งาน W F คือ งาน มีหน่วยเป็น นิวตัน เมตร หรือ จูล คือ ขนาดของการกระจัดตามแนวแรง มีหน่วยเป็น เมตร W=Fs คือ ขนาดของแรงที่กระท าต่อวัตถุ มีหน่วยเป็น นิวตัน s สูตรค านวน

10 เรื่อง งาน ถ้าทิศทางของแรงและทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุเป็นทิศทางเดียวกัน ค่าของงานที่ได้จะก าหนดให้มีค่าเป็นบวก การค านวณงานต้องค านึงถึงทิศทางของแรงและทิศทางการเคลื่อนที่ ถ้าทิศทางของแรงและทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุมีทิศทางตรงกันข้าม ค่าของงานที่ได้จะก าหนดให้มีค่าเป็นลบ

11 เรื่อง งาน เมื่อมีแรงกระท าต่อวัตถุ ท าให้วัตถุเคลื่อนที่ไปโดยทิศทางของแรงท ามุมกับแนวการเคลื่อนที่ ดังรูป จะเกิดงาน

12 เรื่อง งาน เมื่อออกแรง ⃑ ลากวัตถุไปเป็นระยะทาง สามารถหางานของแรง ⃑ ได้โดยแตกแรง ⃑ ออกเป็น 2 แรงที่ตั้งฉากกัน คือ ⃑ x และ ⃑ y งานที่ได้เกิดจากแรง ⃑ x เพราะ ⃑ x และ S อยู่ในแนวเดียวกัน ส่วนแรง ⃑ y ไม่ เกิดงาน เพราะแรง ⃑ y ตั้งฉากกับ S ดังนั้น งานของแรง ⃑ จะมีค่าเท่ากับ ⃑ x S

13 เรื่อง งาน คนดันลังไม้ให้เคลื่อนที่ไปทางขวาด้วยแรง 50 นิวตัน ได้ขนาดของการกระจัด 2 เมตร ดังภาพ งานเนื่องจากแรงที่คนดันลังไม้เป็นเท่าใด

14 เรื่อง งาน คนดันกล่องให้เคลื่อนที่ไปทางขวาบนพื้นฝืดด้วยแรง 50 นิวตัน ได้ขนาดของการกระจัด 2 เมตร ดังภาพ พื้นมีแรงเสียดทาน 10 นิวตัน งานเนื่องจากแรงลัพธ์กระท าต่อกล่องเป็นเท่าใด

15 เรื่อง งาน คนหิ้วถุงขนมหนัก 5 นิวตัน เดินขึ้นบันไดไปชั้น 2 ซึ่งอยู่สูงจากชั้น 1 ประมาณ 3 เมตร ดังภาพ งานเนื่องจากแรงที่คนหิ้วถุงขนมเป็นเท่าใด

16 เรื่อง งาน คนหิ้วถุงแกงหนัก 3 นิวตัน และเดินไปข้างหน้าได้ขนาดของการกระจัด 4 เมตร ดังภาพ งานเนื่องจากแรงที่คนหิ้วถุงแกงเป็นเท่าใด

17 เรื่อง งาน คนลากกล่องด้วยแรง 20 นิวตัน ไปข้างหน้า 10 เมตร งานเนื่องจากแรงที่ลากกล่องเป็นเท่าใด

18 เรื่อง งาน คนแบกกล่องหนัก 15 นิวตัน เดินไปทางทิศตะวันออก 5 เมตร แล้วเดินไปทางทิศเหนืออีก 4 เมตรงานเนื่องจากแรงที่แบกกล่องเป็นเท่าใด

19 เรื่อง งาน นักเรียนถือหนังสือเรียนหนัก 20 นิวตัน ขึ้นลิฟท์จากชั้น 1 ไปยังชั้น 4 ซึ่งอยู่สูงจากพื้น 12 เมตรงานเนื่องจากแรงที่นักเรียนถือหนังสือเป็นเท่าใด

20 เรื่อง งาน นักเรียนจัดห้องโดยเข็นตู้เก็บของด้วยแรง 50 นิวตัน จากมุมห้องด้านหนึ่งไปยังมุมห้องด้านตรง ข้ามได้ระยะทาง 6 เมตร จากนั้นนักเรียนเปลี่ยนใจเข็นตู้เก็บของกลับมาไว้ที่มุมเดิมด้วยแรงเท่า เดิม งานเนื่องจากแรงที่กระท าต่อตู้เก็บของเป็นเท่าใด

21 เรื่อง ก าลัง ก าลัง คือ อัตราการท างานหรืองานที่ท าได้ในหนึ่งหน่วยเวลา โดยก าลังเป็นปริมาณสเกลาร์

22 เรื่อง ก าลัง P คือ ก าลังเฉลี่ย มีหน่วยเป็น จูลต่อวินาที J/s หรือ วัตต์ W t คือ เวลา มีหน่วยเป็น วินาที s P = W คือ งาน มีหน่วยเป็น นิวตัน เมตร N m หรือ จูล J W t สูตรค านวน

23 เรื่อง ก าลัง ชายคนหนึ่งดันรถที่จอดขวางให้เคลื่อนที่ได้ระยะทาง 3 เมตร ใช้เวลา 10 วินาที ถ้าออกแรงดัน 100 นิวตันชายคนนั้นมีก าลังเท่าใด

24 เรื่อง ก าลัง รถทดลองคันหนึ่งมีก าลัง 60 วัตต์ ถ้ารถทดลองคันนี้เคลื่อนที่ได้ระยะทาง 3 เมตร ใช้เวลา 2 วินาที แรงขับเนื่องจากเครื่องยนต์ที่ท าให้รถทดลองเคลื่อนที่เป็นเท่าใด

25 เรื่อง ก าลัง เครื่องยกของเครื่องหนึ่งมีก าลัง 500 วัตต์ ถ้ายกสิ่งของชิ้นหนึ่งหนัก 600 นิวตัน ได้สูง 3 เมตร จะใช้เวลาในการยกสิ่งของชิ้นนี้เท่าใด

26 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย ทบทวนความรู้ก่อนเรียน เขียนเครื่องหมาย √ หน้าสถานการณ์ที่เกิดงานในทางวิทยาศาสตร์และเขียนเครื่องหมาย ĭ หน้าสถานการณ์ที่ไม่เกิดงานในทางวิทยาศาสตร์ .........คนยืนถือถังน้ า .........คนนั่งท่องหนังสือ

27 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย ทบทวนความรู้ก่อนเรียน เขียนเครื่องหมาย √ หน้าสถานการณ์ที่เกิดงานในทางวิทยาศาสตร์และเขียนเครื่องหมาย ĭ หน้าสถานการณ์ที่ไม่เกิดงานในทางวิทยาศาสตร์ ……..คนเข็นรถเข็นเดินซื้อของในห้างมีงาน ……..คนเดินหิ้วกระเป๋า

28 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย เครื่องกล คือ อุปกรณ์ที่ช่วยในการผ่อนแรงหรือช่วยให้ท า งานได้สะดวกขึ้น โดยหลักการท างานของเครื่องกลอย่างง่ายต่าง ๆ อาศัยหลักการของงาน งานที่ให้กับเครื่องกล = งานที่ได้จากเครื่องกล + งานที่สูญเสีย ความเป็นจริงเมื่อมีการให้งานกับเครื่องกลจะต้องมีการสูญเสียงานท าให้งานที่ได้จาก เครื่องกลจะน้อยกว่างานที่ให้กับเครื่องกลเสมอ

29 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย เมื่อต้องการยกรถยนต์ขึ้นบนรถบรรทุกควรใช้อุปกรณ์หรือ เครื่องมือใดช่วย เพราะเหตุใด เมื่อต้องการยกตู้สินค้าลงเรือบรรทุกควรใช้อุปกรณ์ หรือ เครื่องมือใดช่วย เพราะเหตุใด

30 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย พื้นเอียง การดึงรถทดลองให้เคลื่อนที่ขึ้นไปตามพื้นเอียงจะออกแรงน้อยกว่าการดึงรถทดลอง ขึ้นในแนวดิ่ง โดยยิ่งระยะทางตามพื้นเอียงมากขึ้นแรงที่ใช้ก็จะยิ่งน้อยลง แต่งานที่ ท าจะเท่ากันไม่ว่าจะดึงรถทดลองขึ้นตรง ๆ หรือดึงตามแนวพื้นเอียง

31 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย ดังนั้นพื้นเอียงจึงเป็นเครื่องกลอย่างง่ายที่ผ่อนแรงแต่ไม่ผ่อนงาน

32 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย นักเรียนรู้จักเครื่องกลประเภทคานหรือไม่ ให้ช่วยกันยกตัวอย่าง

33 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย คาน คานจะช่วยผ่อนแรงเมื่อระยะห่างจากจุดหมุนตั้งฉากกับแนวแรงพยายามมากกว่า ระยะห่างจากจุดหมุนตั้งฉากกับแนวแรงต้านทาน (l2> l1) แต่ปริมาณงานที่ได้จาก คานก็ยังคงเท่ากับงานที่ให้กับคาน

34 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย อุปกรณ์ที่ใช้หลักการของคาน

35 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย อุปกรณ์ที่ใช้หลักการของคาน

36 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย ประเภทของคานในชีวิตประจ าวันได้เป็น 3 ประเภท ตามต าแหน่งของจุดหมุน คานอันดับ 1 คานที่จุดหมุนอยู่ระหว่างแรงพยายาม E และแรงต้านทาน L เช่น คีมตัดลวด ค้อนงัดตะปู กระดานหก และกรรไกร คานอันดับ 1 จะช่วยผ่อนแรงเมื่อจุดหมุน F อยู่ใกล้แรง ต้านทาน แต่ไม่ช่วยผ่อนแรงเมื่ออยู่ใกล้แรงพยายาม

37 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย ประเภทของคานในชีวิตประจ าวันได้เป็น 3 ประเภท ตามต าแหน่งของจุดหมุน คานอันดับ 2 คานที่แรงต้านทานอยู่ระหว่างจุดหมุนและแรงพยายาม ดังนั้น คานชนิดนี้ จะช่วยผ่อนแรง เสมอ (l2 > l 1 เสมอ) เช่น รถเข็นทรายและเครื่องตัดกระดาษ

38 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย ประเภทของคานในชีวิตประจ าวันได้เป็น 3 ประเภท ตามต าแหน่งของจุดหมุน คานอันดับ 3 คานที่แรงพยายามอยู่ระหว่างจุดหมุนและแรงต้านทาน ดังนั้น คานชนิดนี้ จะต้องออกแรง พยายามมากกว่าแรงต้านทานเสมอ (l1 > l 2 เสมอ) แต่อย่างไรก็ตาม คานชนิดนี้ช่วยอ านวยความ สะดวกในการท างานได้เช่น ไม้กวาดและที่คีบน้ าแข็ง

39 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย รอกเดี่ยว รอกเดี่ยวเป็นเครื่องกลที่นิยมใช้กันมากในโรงงานอุตสาหกรรมและงานก่อสร้าง เช่น การซ่อมหรือวางท่อประปา ท่อระบายน้ า เราจะเห็นคนใช้รอกช่วยในการยกวัตถุหนักมาก ๆ โดย รอกจะติดตั้งอยู่กับปั้นจั่นหรือคานของโรงงาน

40 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย รอกเดี่ยวแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ 1. รอกเดี่ยวตายตัว 2. รอกเดี่ยวเคลื่อนที่ รอกเดี่ยวตายตัวเป็นรอกที่ติดอยู่ กับที่และใช้เชือกเส้นหนึ่งคล้องอยู่ กับรอก โดยปลายเชือกข้างหนึ่ง เกี่ยวอยู่กับวัตถุและปลายเชือกอีก ข้างหนึ่งใช้ส าหรับดึง รอกเดี่ยวเคลื่อนที่เป็นรอกที่สามารถ เคลื่อนที่ได้ขณะใช้งาน ซึ่งจะเกี่ยว วัตถุไว้กับตัวรอก และใช้เชือกคล้อง กับรอกไว้ โดยผูกปลายเชือกข้างหนึ่ง ไว้กับเพดาน และปลายอีกข้างหนึ่ง ใช้ ส าหรับดึง

41 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย การออกแรงดึงให้วัตถุเคลื่อนที่ ขึ้นสูงจากพื้นเป็น ระยะทาง s จะต้องออกแรงดึงเชือก F ขนาดอย่าง น้อยเท่ากับน้ าหนักของวัตถุ mg เป็นระยะทาง s เช่นกัน ดังนั้น รอกเดี่ยวตายตัวจึงไม่ช่วยผ่อนแรง แต่จะช่วยให้สามารถ ท างานได้สะดวกขึ้น 1. รอกเดี่ยวตายตัว

42 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย 2. รอกเดี่ยวเคลื่อนที่ การออกแรงดึงเป็นระยะทาง s รอกจะดึง วัตถุขึ้นเป็นระยะทางเพียง s/2 ถ้าไม่มี การ สูญเสียงาน งานที่ให้กับรอกจะเท่ากับงานที่ ได้จากรอก ดังนั้น เราจะออกแรงเพียง ครึ่งหนึ่ง ของน้ าหนักวัตถุที่ต้องการยก

43 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย อุปกรณ์ที่ใช้หลักการของรอก

44 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย ล้อและเพลา ล้อและเพลาเป็นเครื่องกลที่เป็นส่วนประกอบที่ส าคัญของเครื่องจักรชนิดต่าง ๆ เช่น รถยนต์ เครื่องกลึง เครื่องก าเนิดไฟฟ้า เครื่องผสมอาหาร และสว่านไฟฟ้า

45 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย งานที่ให้กับล้อ (F1s1 ) เท่ากับงานที่ได้จากเพลา (F2s2 ) ถ้าไม่มีการสูญเสียงาน ในการ หมุน 1 รอบ การกระจัดที่เกิดจากล้อมีค่ามากกว่าการ กระจัดที่เกิดจากเพลา (s1>s2 ) เพราะฉะนั้น แรงที่กระท ากับล้อจึงมีค่าน้อยกว่าแรงที่กระท ากับ เพลา (F1 < F2 ) หรือกล่าวได้ว่าเราใช้แรงดึง น้อยลงในการยกวัตถุ

46 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย อุปกรณ์ที่ใช้หลักการของล้อและเพลา

47 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย สกรู สกรูเป็นเครื่องกลที่ใช้ส าหรับยกวัตถุขึ้นที่สูงหรือใช้ยึดวัตถุเข้าด้วยกัน ตัวอย่างที่พบเห็นกันทั่วไป คือ การใช้แม่แรงยกรถแบบสกรู

48 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย ออกแรงหมุนครบ 1 รอบ ที่รัศมี R ด้วยขนาดของแรง F ใน ทิศทางตั้งฉากกับ รัศมี โดยไม่มีการสูญเสียงาน งานที่ให้กับสกรูจะเท่ากับงานที่สกรูท าได้ คือ สก รูยกวัตถุที่มีน้ าหนัก mg ขึ้นสูงจากเดิมด้วยระยะทางเท่ากับระยะหว่างระหว่าง เกลียว h ดังนั้น สกรูจะช่วยเราผ่อนแรงในการยกวัตถุขึ้นเมื่อระยะทางจากสกรู ถึงต าแหน่งที่ออกแรง R มีค่ามากเมื่อเปรียบเทียบกับระยะห่างระหว่างเกลียว h

49 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย ลิ่มเป็นเครื่องกลที่ช่วยผ่อนแรงมีรูปร่างสามเหลี่ยมใช้ส าหรับผ่าวัตถุออกจากกัน และใช้หนุน หรือตรึงวัตถุให้อยู่กับที่ เช่น มีด ขวาน ลิ่ม

50 เรื่อง เครื่องกลอย่างง่าย เมื่อให้งานกับลิ่มโดยออกแรง F ท าให้ลิ่มเข้าไปในวัตถุเป็น ระยะ H ลิ่มจะท างานได้โดย แยกวัตถุออกจากกันเป็นระยะ L ด้วยแรงเท่ากับแรงต้าน W จาก ภายในเนื้อวัตถุ ถ้า ปริมาณงานที่ให้ไม่มีการสูญเสีย งานที่ให้กับลิ่มจะเท่ากับงานที่ได้จากลิ่ม ดังนั้น หากความ ยาวของลิ่มมากเมื่อเปรียบเทียบกับความกว้างของลิ่ม จะช่วยให้เราออกแรงได้น้อยลง