งานและพลังงาน

หนังสือเรียนรายวิชาพ้ืนฐาน

วทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี ม. 2
เล่ม 2ชัน้ มัธยมศกึ ษาปท ่ี 2

ตามมาตรฐานการเรยี นร้แู ละตวั ชี้วัด
กลมุ สาระการเรยี นรวู ทิ ยาศาสตรแ ละเทคโนโลยี (ฉบบั ปรบั ปรงุ พ.ศ. 2560)

ตามหลักสตู รแกนกลางการศกึ ษาข้นั พนื้ ฐาน พุทธศักราช 2551

ผ้เู รียบเรยี ง
ผศ. ดร.เศรษฐวชั ร ฉำ่� ศาสตร์ วท.บ., วท.ม., M.Sc., Ph.D.

ชนกิ านต์ น่มุ มชี ัย กศ.บ., กศ.ม.
นรสิ รา ศรเี คลอื บ วท.บ., วท.ม.

วารี โตพนั ธ์ วท.บ.
รืน่ ฤดี ตอ่ ชวี ัน วท.บ.

ผู้ตรวจ
ดร.สมพิศ เผ่าจินดา กศ.บ., กศ.ม., ศษ.ด.

ศศิพินท์ุ นรเศรษฐพนั ธุ์ วท.บ., กศ.ม.
ภูริชัย ชยั ศร กศ.บ., ศษ.ม.
บรรณาธิการ
อนวุ ชั ร นามเชือ้ วท.บ.

ผลติ และจดั จำหนายโดย บริษทั สำนกั พิมพว ัฒนาพานชิ จำกัด

วฒนาพานิช สำราญราษฎร

216–220 ถนนบำรุงเมือง แขวงสำราญราษฎร เขตพระนคร กรุงเทพฯ 10200
โทร. 02 222 9394 • 02 222 5371–2 FAX 02 225 6556 • 02 225 6557

email: [email protected]

ข

หนงั สอื เรียนรายวชิ าพ้ืนฐาน

วทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี ม. 2 เลม่  2

ชัน้ มัธยมศกึ ษาปท ี่ 2
ตามมาตรฐานการเรยี นรแู้ ละตวั ชว้ี ดั
กลมุ สาระการเรยี นรวู้ ทิ ยาศาสตรแ ละเทคโนโลยี (ฉบบั ปรบั ปรงุ พ.ศ. 2560)
ตามหลักสตู รแกนกลางการศึกษาขัน้ พน้ื ฐาน พุทธศักราช 2551

B สงวนลขิ สิทธต์ิ ามกฎหมาย
หามละเมิด ทำ�ซ้ำ� ดัดแปลง เผยแพร
สวนหนง่ึ สวนใด เวนแตจ ะไดรบั อนญุ าต

ผเู้ รียบเรยี ง
ผศ. ดร.เศรษฐวชั ร ฉ่ำ�ศาสตร์
ชนกิ านต์ นมุ่ มีชัย
นริสรา ศรีเคลือบ
วารี โตพันธ์
รน่ื ฤดี ต่อชีวัน

ผู้ตรวจ
ดร.สมพศิ เผา่ จนิ ดา
ศศิพนิ ทุ์ นรเศรษฐพันธุ์
ภูรชิ ัย ชัยศร

บรรณาธิการ
อนุวชั ร นามเชอื้

ปที ี่พมิ พ์ พ.ศ. 2563
พมิ พ์ครงั้ ที่ 2
จำ�นวน 20,000 เล่ม

ISBN 978-974-18-7485-9
พิมพ์ที่ บริษทั โรงพมิ พ์วฒั นาพานชิ จำ�กดั นายเริงชัย จงพิพฒั นสุข กรรมการผู้จัดการ

ค

คานา

หนงั สอื เรยี นรายวชิ าพน้ื ฐานวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี ชน้ั มธั ยมศกึ ษาปที ี่ 2 เลม่ 2 เลม่ นี้
จดั ทาํ ขน้ึ ตามมาตรฐานการเรยี นรู้ ตวั ชว้ี ดั ชน้ั ปี และสาระการเรยี นรแู้ กนกลาง กลมุ่ สาระการเรยี นรู้
วทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี (ฉบบั ปรบั ปรุง พ.ศ. 2560) หลกั สตู รแกนกลางการศกึ ษาข้ันพื้นฐาน
พุทธศักราช 2551 โดยมีเปาหมายให้นักเรียนและครูใช้เปนส่ือในการจัดการเรียนรู้ เพ่ือพัฒนา
นกั เรยี นใหม้ ีคณุ ภาพตามมาตรฐานการเรยี นรู้และตัวชวี้ ดั ชั้นปที หี่ ลักสูตรกําหนด พัฒนานักเรียน
ให้มสี มรรถนะตามทตี่ อ้ งการทง้ั ดา้ นการส่อื สาร การคิด การแกป้ ญหา การใช้ทกั ษะชีวิต และการ
ใชเ้ ทคโนโลยี ตลอดจนพัฒนานักเรียนให้มีคุณลักษณะอันพึงประสงค์ เพื่อให้สามารถอยู่ร่วมกับ
ผู้อื่นในสงั คมไทยและสังคมโลกไดอ้ ยา่ งมคี วามสขุ

ในการจัดทําหนังสือเรียนรายวิชาพ้ืนฐานชุดน้ี คณะผู้จัดทําซึ่งเปนผู้เช่ียวชาญในสาขาวิชา
และการพัฒนาส่ือการเรียนรู้ได้ศึกษาหลักสูตรอย่างลึกซึ้ง ทั้งด้านวิสัยทัศน์ หลักการ จุดหมาย
สมรรถนะสาํ คญั ของผูเ้ รยี น คณุ ลักษณะอันพงึ ประสงค์ สาระ มาตรฐานการเรยี นรู้ ตัวชวี้ ัดชัน้ ปี
สาระการเรียนรู้แกนกลาง แนวทางการจัดการเรียนรู้ การวัดและประเมินผลการเรียนรู้ รวมท้ัง
เอกสารหลักสูตรอ่ืน ๆ แล้วจึงออกแบบหน่วยการเรียนรู้ แต่ละหน่วยการเรียนรู้ประกอบด้วย
คาํ ถามสาํ คัญ บทเรยี นนนี้ กั เรยี นจะไดเ้ รยี นรเู้ ก่ยี วกับ ศัพท์ที่ควรรู้ นา่ รู้ กิจกรรม คน้ หาคําตอบ
แหลง่ สบื คน้ ความรู้ ฝก เพม่ิ พนู ทกั ษะ กจิ กรรมสะเตม็ ศกึ ษา ทบทวนความเขา้ ใจ ผงั มโนทศั น์ สาระ
สําคัญประจําหน่วย และกิจกรรมประจําหน่วย และท้ายเล่มยังมีบรรณานุกรมและภาคผนวก
ซ่ึงองค์ประกอบของหนังสือเรียนเหล่านี้จะช่วยส่งเสริมให้นักเรียนเกิดการเรียนรู้อย่างครบถ้วน
ตามหลกั สตู ร

การเสนอเนื้อหา กิจกรรม และองค์ประกอบอื่น ๆ ในหนังสือเรียนรายวิชาพ้ืนฐานเล่มน้ี
มงุ่ เนน้ ผเู้ รยี นเปน สาํ คญั โดยคาํ นงึ ถงึ ศกั ยภาพของนกั เรยี น เนน้ การเรยี นรแู้ บบองคร์ วมบนพน้ื ฐาน
ของการบูรณาการแนวคิดทางการเรียนรู้อย่างหลากหลาย จัดการเรียนรู้แบบบูรณาการเน้นให้
นักเรียนสร้างองค์ความรู้ด้วยตนเอง มุ่งพัฒนาการคิด และพัฒนาการเรียนรู้ที่สอดคล้องกับ
พัฒนาการทางสมองของนักเรียน อันจะช่วยให้นักเรียนเกิดการเรียนรู้อย่างสมบูรณ์และสามารถ
นําไปประยุกต์ใชใ้ นชวี ติ ประจาํ วันได้

หวงั เปน อยา่ งยงิ่ วา่ หนงั สอื เรยี นรายวชิ าพน้ื ฐานวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี ชนั้ มธั ยมศกึ ษา
ปที ่ี 2 เลม่ 2 เล่มนี้ จะช่วยพัฒนาการเรยี นรู้ของนกั เรยี นตามหลกั สูตรได้เปน อยา่ งดี

คณะผูจ้ ดั ทํา

ง

คาชีแ้ จง

หนงั สือเรียนรายวชิ าพ้ืนฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ช้ันมธั ยมศึกษาปที ี่ 2 เลม่ 2 ได้
ออกแบบหนว่ ยการเรยี นรใู้ ห้แตล่ ะหน่วยการเรียนร้ปู ระกอบดว้ ยองคป์ ระกอบทีส่ ำคัญ ดังน้ี

องคประกอบท่ีสําคญั ของหน‹วยการเรย� นรŒู

คําถามสําคญั ฝƒกเพิ�มพูนทักษะ

คําถามนําเพ่ือให้นักเรียนค้นหาองค์ความรู้เม่ือเรียนจบ คำถามหรือกิจกรรมที่ให้นักเรียนได้เรียนรู้ เพื่อสร้างเสริม
หนว่ ยการเรียนรู้ ทกั ษะกระบวนการทางวทิ ยาศาสตร์ และทกั ษะกระบวนการ
คิดที่สำคัญ
บทเร�ยนน้นี ักเรย� นจะไดŒเร�ยนรŒูเกี่ยวกบั
กจิ กรรมสะเตม็ ศกึ ษา
เปา หมายของการพฒั นานกั เรยี นแตล่ ะชน้ั ปี ซง่ึ สอดคลอ้ งกบั
มาตรฐานการเรียนรู้ กิจกรรมการเรียนรู้ท่ีบูรณาการวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี
วศิ วกรรมศาสตร์ และคณติ ศาสตรเ์ ขา้ ดว้ ยกนั เพอ่ื นาํ ความรู้
ศัพทที่ควรรูŒ เหล่านี้ไปใช้แก้ปญหาและสร้างสรรค์ช้ินงานท่ีเปนประโยชน์
ในชีวิตจริงและพัฒนาทักษะในศตวรรษที่ 21
คำศัพท์วิทยาศาสตร์ที่ควรจดจำ ซึ่งเปนคำหลักในสาระ
ท่ีเรียนรซู้ ง่ึ จะนำไปสคู่ วามเขา้ ใจที่คงทนของนักเรยี น ทบทวนความเขาŒ ใจ

นา‹ รŒู คำถามหลกั ทา้ ยหวั เรอ่ื งหลกั เพอ่ื ประเมนิ ความรู้ ความเขา้ ใจ
ในสาระทนี่ ักเรยี นไดเ้ รยี นรู้
ความรทู้ างวทิ ยาศาสตรท์ น่ี า่ สนใจ ซง่ึ สอดคลอ้ งกบั ความคดิ
รวบยอดและสาระทีน่ ักเรียนเรียนรใู้ นบทเรยี น ผังมโนทศั น (concept map)

กจิ กรรม บทสรุปความคิดหลักของแต่ละหน่วยการเรียนรู้ เพ่ือ
ตรวจสอบความรู้ ความเข้าใจของนักเรียนและช่วยในการ
ภาระงานท่ีนักเรียนฝกปฏิบัติเพ่ือให้เกิดทักษะกระบวนการ จดจำส่ิงท่ีเรยี นรู้
ทางวทิ ยาศาสตรท์ ี่นำไปสคู่ วามเข้าใจท่ีคงทนของนกั เรยี น
สาระสําคัญประจาํ หน‹วย
คนŒ หาคาํ ตอบ
สรุปแนวคดิ หลกั การ และความคดิ รวบยอดของสาระทน่ี ำ
คำถามหลกั ทา้ ยกจิ กรรมพฒั นาการเรยี นรเู้ พอื่ ชว่ ยสรา้ งเสรมิ ไปสู่ความเข้าใจที่คงทนของนักเรียน ในแต่ละหน่วยการ
ทกั ษะกระบวนการทางวิทยาศาสตรข์ องนักเรียน เรียนรู้ทสี่ อดคลอ้ งกับตัวชี้วดั ชนั้ ปี

แหล‹งสืบคŒนความรูŒ กิจกรรมประจําหนว‹ ย

แหลง่ การเรยี นรทู้ ป่ี ระกอบดว้ ยเวบ็ ไซต์ และสอ่ื QR (Quick กิจกรรมสรปุ ความรู้ หลักการ ความคดิ รวบยอด คำศัพท์
Response) ทน่ี กั เรยี นสามารถคน้ ควา้ เนอ้ื หาทส่ี อดคลอ้ งกบั ท่ีได้เรียนรู้ในแต่ละหน่วยการเรียนรู้ รวมทั้งการนำความรู้
เรอ่ื งทเ่ี รยี นรู้ ท่ไี ด้ไปประยุกตใ์ ชใ้ นชีวิตประจำวนั

จ

สัญลักษณกระบวนการเรย� นรูŒ

สัญลักษณ์ต่าง ๆ ท่ีกำหนดไว้ท่ีกิจกรรมนั้นมีจุดมุ่งหมายและจุดเน้นที่แตกต่างกันตาม
ลักษณะของกระบวนการเรียนรู้ท่ีต้องการให้นักเรียนได้เรียนรู้ ซึ่งมีความสอดคล้องกับธรรมชาติ
ของกลมุ่ สาระการเรยี นรแู้ ละจดุ เนน้ ของหลกั สตู ร ดงั นนั้ สญั ลกั ษณจ์ งึ เปน แนวทางทเี่ ออ้ื ประโยชน์
ต่อนักเรียนท่ีจะศึกษาหาความรู้ตามรายละเอียดของกิจกรรม ในหนังสือเรียนรายวิชาพ้ืนฐาน
วทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี ชน้ั มธั ยมศกึ ษาปที ่ี 2 เลม่ 2 ไดก้ ำหนดสญั ลกั ษณไ์ วเ้ ปน 2 กลมุ่ ดงั น้ี

สญั ลกั ษณห ลักของกลุ‹มสาระการเรย� นรูŒวิทยาศาสตรและเทคโนโลยี

การสังเกต เปนกิจกรรมท่ีกําหนดให้ การทดลอง เปนกิจกรรมท่ีกําหนดให้
นกั เรียนสังเกตปรากฏการณต์ ่าง ๆ ตาม นักเรียนได้ปฏิบัติการทดลองเพ่ือพิสูจน์
ความคดิ รวบยอดของแต่ละหวั เร่อื ง แล้ว ความคิดรวบยอดท่ีเรียนรู้ โดยการ
ใช้ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ออกแบบการทดลอง ดําเนินการทดลอง
เชน่ การจาํ แนก การลงสรปุ ขอ้ มูล เพื่อ และสรุปผลการทดลอง แล้วใช้ทักษะ
ให้เกดิ องคค์ วามรู้ด้วยตนเอง กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ เชน่ การ
การสํารวจ เปนกิจกรรมที่กําหนดให้ สังเกต การพยากรณ์ การจดั กระทําและ
นกั เรียนสํารวจปรากฏการณ์ตา่ ง ๆ ตาม สื่อความหมายข้อมูล การลงสรุปข้อมูล
ความคดิ รวบยอดของแตล่ ะหัวเรื่อง แล้ว เพ่อื ให้เกดิ องคค์ วามรดู้ ้วยตนเอง
ใช้ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ การสืบคน้ ขอ้ มูล เปน กิจกรรมท่ีกำหนด
เช่น การสังเกต การจัดกระทําและสื่อ ให้นักเรียนสืบค้นข้อมูลจากแหล่งการ
ความหมายขอ้ มลู การลงสรปุ ขอ้ มลู เพอ่ื เรียนรูต้ ่าง ๆ แล้วใช้ทกั ษะกระบวนการ
ให้เกิดองคค์ วามรดู้ ว้ ยตนเอง ทางวิทยาศาสตร์ เชน่ การลงสรปุ ข้อมูล
เพื่อให้เกดิ องค์ความรดู้ ว้ ยตนเอง

สญั ลักษณเ สร�มของกลม‹ุ สาระการเรย� นรŒูวิทยาศาสตรและเทคโนโลยี

การพฒั นากระบวนการคดิ เปน กจิ กรรม การทำประโยชน์ให้สงั คม เปน กิจกรรม
ทก่ี าํ หนดใหน้ กั เรยี นไดใ้ ชก้ ระบวนการคดิ ที่กำหนดให้นักเรียนนำความรู้ที่ได้จาก
เพอ่ื เพ่ิมพูนทกั ษะการคดิ ของตนเอง การเรียนรู้ไปปฏิบัติเพ่ือให้ตระหนักใน
การปฏิบัติจริง/ฝƒกทักษะ เปนกิจกรรม การทำประโยชนใ์ หส้ งั คม
ท่ีกำหนดให้นักเรียนได้ฝกปฏิบัติเพื่อให้ ความคิดริเร่ิมสร้างสรรค์ เปนกิจกรรม
เกิดและเพิ่มพูนทักษะกระบวนการทาง ที่กําหนดให้นักเรียนได้ใช้ความคิด
วิทยาศาสตร์ สร้างสรรค์สร้างภาระงาน เพ่ือเพ่ิมพูน
การประยุกต์ใช้ในชีวิตประจําวัน เปน ทักษะการคิดของตนเอง
กิจกรรมท่ีกําหนดให้นักเรียนต้องนํา การวิเคราะห์ข้อมูล เปนกิจกรรมที่
หลักการ แนวคิดของความคิดรวบยอด กำหนดให้นักเรียนได้แยกแยะหาความ
ในหัวเรื่องที่เรียนรู้มาใช้แก้ปญหาใน สัมพันธ์หรือความเปนเหตุเปนผลของ
สถานการณ์จริงของชวี ติ ประจําวัน ข้อมูลจากปรากฏการณ์ท่ีสนใจ เพื่อให้
โครงงาน เปน กจิ กรรมโครงงานคดั สรรท่ี เกิดองคค์ วามรู้ด้วยตนเอง
นำหลกั การ แนวคดิ ของความคดิ รวบยอด
ในหวั เรอ่ื งทเ่ี รยี นรมู้ าใช้แกป้ ญ หา

ฉ

สารบญ

คำนำ....................................................ค การผุพงั อยกู่ ับที่ ................................61
คำช้ีแจง ................................................ ง การกรอ่ น..........................................65
การพดั พาและการทบั ถม.....................66
หนวยการเรยี นรู้ท่ี 4 งานและพลังงาน ..........1 ดนิ ................................................ 70
งาน .................................................2 กระบวนการเกิดดิน............................70
กำลัง .................................................. 5 ลกั ษณะทั่วไปของดนิ ..........................70
เครอ่ื งกลอย่างง่าย ...............................8 ปจ จัยในการเกดิ ดนิ ...........................77
พลังงาน ......................................... 16 การปรับปรงุ คณุ ภาพของดิน................78
พลังงานศกั ย์โนม้ ถ่วง .........................16 แหลงนำ้ ......................................... 79
พลงั งานจลน์ .....................................17 แหลง่ นำ้ ผิวดิน...................................79
พลังงานกล .......................................20 แหลง่ นำ้ ใต้ดนิ ...................................83
กฎการอนุรักษ์พลังงาน ....................... 21 การใช้ประโยชนแ์ ละการอนุรกั ษ์
การใชป้ ระโยชน์จากกฎการอนรุ ักษ์
พลังงาน.......................................22 แหลง่ น้ำในทอ้ งถนิ่ ........................85
ผงั มโนทัศน์.......................................25 ธรณีพบิ ตั ภิ ยั จากนำ้ ...........................88
สาระสำคัญประจำหนว่ ย .....................26 ผังมโนทัศน์.......................................92
กิจกรรมประจำหนว่ ย .........................27 สาระสำคญั ประจำหนว่ ย .....................93
กิจกรรมประจำหน่วย .........................95
หนวยการเรยี นรทู้ ี่ 5 การแยกสาร.............. 31 หนวยการเรยี นรทู้ ่ี 7 แหลง พลังงาน ........... 99
การระเหยแหง้ .................................. 32 เช้อื เพลงิ ธรรมชาติ........................... 100
การตกผลกึ ...................................... 34 ถ่านหิน...........................................100
การกลัน่ อยา งงาย .............................. 35 หนิ นำ้ มัน ........................................102
การสกัด.......................................... 37 ปโ ตรเลยี ม ......................................104
โครมาโทกราฟ ................................. 39 ผลจากการใช้เช้อื เพลงิ ธรรมชาติ ........108
กิจกรรมสะเตม็ ศึกษา.......................... 42 พลังงานทดแทน ............................. 109
ผังมโนทศั น์.......................................53 ผังมโนทศั น์.....................................111
สาระสำคัญประจำหนว่ ย .....................54 สาระสำคญั ประจำหนว่ ย ...................112
กจิ กรรมประจำหนว่ ย .........................55 กิจกรรมประจำหน่วย .......................113
บรรณานกุ รม...................................... 116
หนว ยการเรียนรทู้ ี่ 6 โลกและการ ภาคผนวก ......................................... 117
เปลี่ยนแปลงของเปลือกโลก...................... 57 อุปกรณแ์ ละแหล่งการเรียนรู้ .............117
อภิธานศัพท์ ....................................121
โครงสร้างของโลก ............................. 58
การเปล่ียนแปลงของเปลอื กโลก ............ 61

หน4ว่ ยการเรียนรทู้ ่ี

งานและพลงั งาน

คำาถามสาำ คญั

1. งานคอื อะไร
2. กำ ลังคอื อะไร สัมพันธก์ ับงานหรอื ไม่ อย่างไร
3. งานและกำ ลงั เกยี่ วข้องกบั ชวี ติ ประจำ วันของเราหรือไม่ อยา่ งไร
4. เคร่ืองกลอยา่ งง่ายแตล่ ะประเภทมีหลักการทำ งานอย่างไร
5. พลังงานกลประกอบดว้ ยพลังงานอะไรบา้ ง
6. พลังงานเกย่ี วข้องกบั ชวี ิตประจำ วนั ของเราหรอื ไม ่ อยา่ งไร

งานและพลงั งาน

บทเรยี นนี้นักเรียนจะได้เรยี นร้เู กีย่ วกบั งาน

1. หงโดาลนยักแใกชลาส้ะรมกท�ำกำ� ลงาังราทน ่ีเขWกอิดง=จเคาFกร่อืsแงรแกงลทละีก่อยรPะา่ ทง=งำ� ่าตwยtอ่ วัตถุ เมื่อพูดถึงงานในชีวิตประจ�ำวัน นักเรียน
อาจนึกถึงงานที่พ่อแม่ต้องออกไปท�ำทุกวัน หรือ
2. งานบ้านต่าง ๆ เช่น กวาดพื้น ล้างจาน ซักผ้า
3. ประโยชน์ของเคร่ืองกลอยา่ งง่าย แต่งานในทางวิทยาศาสตร์นั้นต่างไปจากงานใน
4. ปจั จยั ทมี่ ผี ลตอ่ พลงั งานจลนแ์ ละพลงั งานศกั ย์ ชีวิตประจ�ำวัน โดยในทางวิทยาศาสตร์งานจะ
โน้มถ่วง เกดิ ขน้ึ ไดเ้ มอื่ เราออกแรงกระทำ� ตอ่ วตั ถุ แลว้ ทำ� ให้
5. การเปลีย่ นพลงั งานระหว่างพลังงานศักย์โนม้ วตั ถเุ คลอื่ นท่ีในแนวเดยี วกับแรง
ถ่วงและพลงั งานจลน์ของวตั ถุโดยพลังงานกล เม่ือพิจารณาแรงขนาดคงตัว F ท่ีกระท�ำ
ของวตั ถมุ ีค่าคงตัว ต่อวัตถุ แล้วท�ำให้วัตถุเคล่ือนที่ไปตามแนวแรง
6. การเปลยี่ นและถา่ ยโอนพลงั งานโดยใชก้ ฎการ เป็นระยะทาง s ดังรปู ท่ี 4.1
อนรุ กั ษ์พลงั งาน

FF

s
รปู ท่ี 4.1 แรงคงตวั F กระทำ�ตอ่ วตั ถุทำ�ให้วตั ถเุ คลื่อนทเี่ ป็นระยะทาง s

งาน (work) ทเี่ กดิ ขนึ้ จากการกระทำ� ตอ่ วตั ถสุ ามารถคำ� นวณไดจ้ าก ศัพทท่ีควรรู
ผลคูณระหว่างขนาดของแรงที่กระท�ำต่อวัตถุกับระยะทางท่ีวัตถุเคลื่อนที่
ตามแนวแรง ดังสมการ งาน

W = Fs

เมอ่ื W คอื งานทท่ี �ำได้ มีหนว่ ยเป็นจูล
F คือ ขนาดของแรงที่ท�ำใหเ้ กิดงาน มหี นว่ ยเป็นนิวตัน
s คือ ระยะทางท่ีวตั ถุเคลอ่ื นท่ีไปตามแนวแรง มหี น่วยเป็นเมตร

หนงั สอื เรียนรายวิชาพนื้ ฐานวทิ ยาศาสตรแ ละเทคโนโลยี ม. 2 เลม  2 3
หนว่ ยของงานในระบบ SI คือ จูล (Joule: J) หรอื นิวตนั –เมตร (Newton–metre: N–m)
ดังน้ัน งานที่เกิดขึ้นจะมากหรือน้อยข้ึนอยู่กับขนาดของแรงและระยะทางที่วัตถุเคล่ือนท่ีตาม
แนวแรง กรณีท่ีออกแรงกระทำ� ต่อวัตถแุ ล้วไมท่ �ำใหเ้ กิดงานขึ้น เชน่ การถือวัตถุอยนู่ ิ่ง ๆ เน่อื งจาก
วัตถุไม่มีการเคลื่อนที่แม้ว่าจะออกแรงถือวัตถุอยู่ก็ตาม หรือการยกกระเป๋าแล้วเดินในแนวระดับ
กไ็ มเ่ กดิ งานเช่นกนั เพราะกระเป๋าไม่ได้เคลื่อนทีต่ ามแรงยก
ตัวอยา่ ง
คนงานออกแรงยกกระสอบปูนด้วยแรงขนาด 500 นิวตัน ขึ้นสูงจากพื้นในแนวด่ิง 1.6
เมตร แลว้ ถอื กระสอบปูนและเดนิ ไปในแนวระดับเป็นระยะทาง 10 เมตร คนงานคนนี้ทำ� งานได้
ทัง้ หมดเท่าใด
วธิ ที ำ�
จากโจทย์ ขณะที่คนงานถอื กระสอบปูนและเดนิ ในแนวระดับ แรงทกี่ ระท�ำต่อกระสอบปนู
ต้ังฉากกับทิศทางการเคลื่อนท่ีของกระสอบปูน เพราะฉะนั้นงานที่ท�ำในช่วงนี้จึงเท่ากับศูนย์
คนงานคนน้จี งึ ทำ� งานเฉพาะชว่ งทเี่ ขายกกระสอบปนู ข้ึนจากพืน้ เทา่ นัน้
คนงานออกแรงยกกระสอบปนู ดว้ ยแรงขนาดเท่ากบั 500 นิวตัน
ระยะทางท่ีเคลอ่ื นที่ตามแนวแรงเทา่ กบั 1.6 เมตร
หางานจาก W = Fs
= (500 นวิ ตัน)(1.6 เมตร)
= 800 จูล
ดงั นัน้ คนงานคนน้ที �ำงานไดท้ ัง้ หมด 800 จูล

มกี จิ กรรมใดบา้ งในชวี ิตประจำ�วนั ทที่ ำ�ใหเ้ กิดงาน

4 หนังสอื เรยี นรายวิชาพนื้ ฐานวิทยาศาสตรแ ละเทคโนโลยี ม. 2 เลม  2

กิจกรรมท่ี 1 วิเคราะห์ขอ้ มลู

กิจกรรมใดมีงานเกิดขึน้

ปญ หา กิจกรรมใดทำ�ให้เกดิ งานตามหลักวิทยาศาสตร์
ขั้นตอน

ให้นักเรียนวิเคราะห์กิจกรรมจากรูปที่ 4.2–4.5 แล้วอภิปรายว่าเกิดงานหรือไม่ เพราะ
เหตุใด

รูปที่ 4.2 แบกทอ่ นซุงอยูน่ ง่ิ ๆ รปู ที่ 4.3 ถอื กระเปา๋ เดนิ ในแนวระดบั

รูปท่ี 4.4 ผลักรถยนตใ์ หเ้ คลอ่ื นทีไ่ ปข้างหนา้ รูปท่ี 4.5 ลูกกระท้อนตกจากตน้
ตามแรงโน้มถว่ งของโลก

หนังสอื เรียนรายวชิ าพ้ืนฐานวทิ ยาศาสตรและเทคโนโลยี ม. 2 เลม  2 5

ค้นหาคำ�ตอบ

1. กิจกรรมใดบา้ งที่เกดิ งาน
2. งานในชีวิตประจำ� วนั กบั งานในทางวทิ ยาศาสตร์แตกตา่ งกันอย่างไร

กำ�ลัง

ความสามารถในการทำ�งาน สามารถเปรยี บเทยี บไดจ้ ากอตั ราสว่ นของงานทที่ ำ�ในหนง่ึ หนว่ ย
เวลา อัตราสว่ นนเ้ี รยี กว่า กำ�ลัง (power)

P = Wt
เมือ่ P คอื กำ�ลงั มีหน่วยเปน็ จลู ต่อวินาที หรอื วตั ต์
W คอื งานท่ีทำ�ได้ มีหน่วยเป็นจูล
t คือ เวลาทใ่ี ชใ้ นการทำ�งาน มหี น่วยเปน็ วินาที

วนั หนึ่งมานอี อกแรง 40 นิวตนั ผลักกล่องให้เคลอ่ื นทีด่ ว้ ยอตั ราเร็วคงตวั ได้ระยะทาง 5
เมตร โดยใช้เวลา 6 วินาที วันต่อมา มานผี ลักกลอ่ งเดิมใหเ้ คลอื่ นท่ดี ้วย
อัตราเรว็ คงตวั และได้ระยะทางเทา่ เดิม แต่ใชเ้ วลาเพม่ิ ข้ึนเป็น 10 วนิ าที ศพั ทท คี่ วรรู
โดยการผลกั กลอ่ งทงั้ 2 วนั ของมานมี กี ารทำ�งานเท่ากัน แต่มีปริมาณงาน
กำ�ลัง

ที่ทำ�ได้ต่อหนึ่งหน่วยเวลาแตกต่างกัน กล่าวคือ กำ�ลังของมานีในวนั แรก
จะมากกวา่ ในวนั ทีส่ องเนอื่ งจากใช้เวลานอ้ ยกว่าในการทำ�งานปรมิ าณเทา่ กัน

นา่ รู้

แรงม้าหรือกำ�ลงั ม้า (horsepower: hp) เป็นหนว่ ยของกำ�ลังหน่วยหนงึ่ ท่ีนยิ มใช้ในการบอก
กำ�ลังของเครือ่ งจกั รหรอื เครอ่ื งยนต์ คิดค้นโดยเจมส์ วัตต์ วิศวกรชาวองั กฤษ โดย 1 แรงม้า เท่ากับ
746 วตั ต์ นอกจากนี้ หนว่ ยวัตต์กต็ งั้ ตามชอ่ื ของเจมส์ วตั ต์ เพ่อื เป็นเกยี รตใิ หก้ ับเขาดว้ ย

6 หนังสอื เรียนรายวิชาพนื้ ฐานวิทยาศาสตรแ ละเทคโนโลยี ม. 2 เลม  2

ตัวอยา่ ง 1
เด็กชายคนหนึ่งดึงถังน้ำ�ด้วยแรง 196 นิวตัน ขึ้นจากบ่อน้ำ�ลึก 5 เมตร ด้วยอัตราเร็ว
คงตัว ในเวลา 20 วินาที งานที่เด็กชายคนนี้ทำ�ได้มีค่าเท่าใด และมีกำ�ลังเท่าใด
วิธีทำ�
ระยะทางท่ีเคลื่อนทีต่ ามแนวแรงเทา่ กับ 5 เมตร
หางานท่เี ดก็ ชายทำ�ได้จาก W = Fs
= (196 นวิ ตัน)(5 เมตร)
= 980 จูล
นนั่ คือ เดก็ ชายคนนท้ี ำ�งานได้ 980 จูล
หจแาทากกนำ�ค ล่า ัง จา กป ร มิ าณ งานทีท่ ำPP�ไ ด ้ต ่อเว==ล า ท2Wี่ใ9t0ช8ใ้ 0วนนิ กจาาลู ทรีทำ�งาน



P = 49 วตั ต์

นน่ั คอื เดก็ ชายคนนีม้ ีกำ�ลงั ในการดึงถงั น้ำ�ขึน้ จากบ่อเทา่ กับ 49 วตั ต์

ตัวอยา่ ง 2
นักกายกรรมหนัก 735 นิวตัน ไต่เชือกขึ้นสูง 6 เมตร ในเวลา 30 วินาที กำ�ลังที่เขาใช้
เป็นกี่วัตต์
วิธที ำ�
จาก P = Wt

จาก P = Fts

แทนค่า P = 735 นวิ ตนั × 6 เมตร
30 วนิ าที
P = 147 วตั ต์

น่นั คือ นักกายกรรมมกี ำ�ลังในการไต่เชอื กเท่ากบั 147 วัตต์

ปจั จัยใดบา้ งที่มีผลตอ่ ปรมิ าณงานและกำ�ลงั

หนงั สือเรยี นรายวชิ าพน้ื ฐานวิทยาศาสตรแ ละเทคโนโลยี ม. 2 เลม 2 7

กจิ กรรมท่ี 2 สังเกต

งานและก�ำ ลงั

ปญหา งานและกำ�ลงั ทท่ี ำ�ไดข้ น้ึ อยกู่ บั สง่ิ ใด

ข้นั ตอน
1. วางถงุ ทรายไวท้ จ่ี ดุ เรม่ิ ตน้ โดยกำ�หนดระยะทางทใ่ี ชล้ ากถงุ ทรายเปน็ ระยะทาง 20 เซนตเิ มตร
2. ลากถงุ ทรายดว้ ยเคร่ืองช่งั สปรงิ สังเกตแรงที่ใช้และเวลาทใ่ี ช้ในการลากถุงทราย ดงั รปู ท่ี
4.6
3. เพ่มิ จำ�นวนถงุ ทรายอกี 1 ถุง แลว้ ลากถุงทรายดว้ ยระยะทางเดิม
4. ดำ�เนนิ การเชน่ เดียวกับข้อ 1–3 โดยเปล่ยี นระยะทางทลี่ ากเป็น 30 และ 40 เซนติเมตร
ตามลำ�ดับ
จ5า. กนสำม�รกะยาระทWางท=ใ่ี ชF้sขแนลาดะขPอง=แรWงt และเวลาที่ใชใ้ นการลากถงุ ทราย มาคำ�นวณหางานและ
กำ�ลัง ตามลำ�ดับ

ถงุ ทราย เครอ่ื งชง่ั สปริง

รูปที่ 4.6 การลากถุงทรายดว้ ยเครื่องชั่งสปรงิ

บนั ทึกผลการสังเกต

จำ�นวน ระยะทางทีใ่ ช้ ขนาดของแรง เวลาทใ่ี ช้ งาน กำ�ลัง
ถุงทราย ในการลาก ทว่ี ดั ได้ ในการลากถงุ ทราย (จูล) (วัตต์)
(ถงุ ) (เซนติเมตร) (นิวตัน)
(วนิ าท)ี

20

1 30

40 ควรบนั ทกึ ผลการสังเกตในสมุด
20

2 30

40

8 หนงั สอื เรยี นรายวิชาพนื้ ฐานวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี ม. 2 เลม่ 2

คน้ หาคาำ ตอบ

1. ปริมาณงานขน้ึ อยูก่ บั ปัจจัยใด
2. กา� ลงั ขน้ึ อยกู่ ับปัจจยั ใด
3. ถ้าเปลี่ยนจากลากถุงทรายเป็นยกถุงทรายข้ึน แล้วเดินไปในแนวระดับ จะมีก�าลังหรือไม่ เพราะ

เหตุใด

เครอ่� งกลอย่างง่าย
เครอื่ งกล คอื อุปกรณ์ทชี่ ว่ ยในการผ่อนแรงหรือช่วยให้ทำ งานได้สะดวกขน้ึ โดยหลักการ
ทำ งานของเคร่ืองกลอย่างงา่ ยตา่ ง ๆ อาศัยหลักการของงานดังสมการ
งานท่ีใหก้ ับเครื่องกล = งานท่ไี ดจ้ ากเครือ่ งกล + งานทส่ี ูญเสยี
โดยในความเปน็ จรงิ เมอ่ื มกี ารใหง้ านกบั เครอ่ื งกลจะตอ้ งมกี ารสญู เสยี งาน ทำ ใหง้ านทไี่ ดจ้ าก
เครอื่ งกลจะน้อยกว่างานทใี่ ห้กับเครอ่ื งกลเสมอ แต่ถา้ งานทีส่ ูญเสียมคี า่ นอ้ ยมากเมอ่ื เทียบกับงาน
ท่ไี ด้จากเคร่อื งกล จะสามารถสรปุ ได้วา่ เป็นเคร่ืองกลอดุ มคตทิ ี่ไม่มกี ารสูญเสยี งาน ทำ ใหง้ านท่ีให้
กบั เคร่อื งกลเทา่ กับงานที่ได้จากเครือ่ งกล

คาน
เครื่องกลประเภทคานมีท้ังคานขนาดใหญ่ เช่น ชะแลงและไม้กระดก และคานขนาดเล็ก
เช่น คีม กรรไกร และตะเกยี บ ดงั รปู ท ี่ 4.7

รูปที่ 4.7 ตวั อย่างเครอื่ งกลประเภทคาน

ทีม่ า: คลงั ภาพ วพ.

หลักการทำ งานของคานนนั้ สามารถใช้หลกั การของโมเมนตข์ องแรงอธิบายได ้ โดยโมเมนต์
ของแรงพยายาม E ซึ่งหาได้จากขนาดของแรง E คูณกับระยะห่างจากจุดหมุน F ตั้งฉากกับ
แขคอนานงววผแัตร่อถงนพ ุ แmยรgงายไ ดคามเู้ณท กา่l2ใับ ดมร ีะขดยนังะานหด้ี า่องยจ่าางกนจ้อดุ ยหเมทุน่ากตับงั้ ฉโมากเมกนบั ตแ์ขนอวงแแรรงงตต้าน้านททานาน l 1m ซg่งึ สซาึ่งมหาารไถดค้จำ านกวนณ้ำ ไหดนว้ ัก่า

หนงั สือเรียนรายวชิ าพน้ื ฐานวิทยาศาสตรแ ละเทคโนโลยี ม. 2 เลม 2 9

l1 E

mF l2

h s

รูปท่ี 4.8 การออกแรงพยายาม E เพ่อื ยกวัตถมุ วล m ดว้ ยคานท่ีมีจดุ หมนุ F

จากรูปท่ี 4.8 โมเมนตข์ องแรงพยายาม = โมเมนตข์ องแรงต้านทาน

El2 == mmgg l1 ll21
E

เพราะฉะน้ัน คานจะช่วยผ่อนแรงเมื่อระยะห่างจากจุดหมุนต้ังฉากกับแนวแรงพยายาม
กม็ยากังกควง่าเทระ่ากยับะหงา่านงจทาี่ใกหจ้กุดับหคมาุนนตเั้งพฉราากะกตับ้อแงอนอวกแแรงรตงเ้าปน็นทราะนยะ(lท2 า>งตl1า)มแแตน่ปวรแิมรางณsงาซนึ่งทมี่ไีคด่า้จมาากกคกาวน่า
ความสงู ท่ีวัตถยุ กขนึ้ จากเดิม h

โดยสามารถแบ่งประเภทของคานในชีวิตประจำ�วันได้เป็น 3 ประเภท ตามตำ�แหน่งของ
จุดหมนุ ดังนี้

1. คานอนั ดับ 1

คานทจ่ี ุดหมนุ อยู่ระหว่างแรงพยายาม E และแรงต้านทาน L เชน่ คมี ตดั ลวด คอ้ นงัดตะปู
กระดานหก และกรรไกร คานอนั ดบั 1 จะชว่ ยผ่อนแรงเม่ือจุดหมุน F อย่ใู กลแ้ รงตา้ นทาน แต่
ไม่ชว่ ยผ่อนแรงเมือ่ อยู่ใกล้แรงพยายาม
E

F

L E
F รปู ท่ี 4.9 คานอันดบั 1 F
EL L
รปู ท่ี 4.11 คอ้ นงัดตะปู
รปู ท่ี 4.10 คีมตัดลวด

10 หนังสอื เรยี นรายวชิ าพน้ื ฐานวิทยาศาสตรแ ละเทคโนโลยี ม. 2 เลม  2

2. คานอันดบั 2
คานท่ีแรงต้านทานอยู่ระหว่างจุดหมุนและแรงพยายาม ดังนั้น คานชนิดนี้จะช่วยผ่อนแรง
เสมอ (l2 > l1 เสมอ) เชน่ รถเขน็ ทรายและเครือ่ งตดั กระดาษ
F l1 l2
E

F L
L รูปท่ี 4.12 คานอนั ดับ 2
E
รูปที่ 4.13 รถเข็นทราย
E
LF

รูปท่ี 4.14 เครือ่ งตดั กระดาษ

3. คานอนั ดบั 3
คานท่ีแรงพยายามอยู่ระหว่างจุดหมุนและแรงต้านทาน ดังนั้น คานชนิดน้ีจะต้องออกแรง
สพะยดายวกามในมกาการกทวำ่า�งแารนงไตดา้ ้นเชท่นานไเสมมก้ อวาด(l1แล>ะlท2 ค่ี เสบี มนอำ้ �แ) ขแง็ ต่อยา่ งไรกต็ าม คานชนิดน้ชี ่วยอำ�นวยความ

l2 E l1
FF

L FL
รูปที่ 4.15 คานอันดับ 3 E

E L
L รูปที่ 4.17 ทคี่ ีบน้ำ�แข็ง

รปู ท่ี 4.16 ไมก้ วาด

หนังสอื เรียนรายวชิ าพืน้ ฐานวทิ ยาศาสตรแ ละเทคโนโลยี ม. 2 เลม 2 11
พน้ื เอยี ง
พื้นเอียงเป็นเครื่องกลที่มีอยู่ทั่วไป ซ่ึงเราอาจคาดไม่ถึงว่าส่ิงเหล่าน้ันจะเป็นเครื่องกล เช่น
พ้ืนเอยี งในโรงพยาบาลสำ�หรับคนทน่ี ง่ั รถเขน็ และพื้นเอยี งที่ใชส้ ำ�หรบั ขนของ

รูปที่ 4.18 การใชพ้ ้ืนเอียงในโรงพยาบาล

ทม่ี า: คลังภาพ วพ.

พื้นเอียงเป็นเคร่ืองมือที่ช่วยในการเคล่ือนย้ายวัตถุจากท่ีตำ่ �ไปยังที่สูงกว่าให้เป็นไปอย่าง
สะดวกและงา่ ยข้ึน โดยไมต่ ้องอาศยั อปุ กรณ์อน่ื มาชว่ ยในการเคลอ่ื นยา้ ย ดังรปู ท่ี 4.18

F

s θ
mgsin(  )
mg h

θ

รูปท่ี 4.19 การทำ�งานของพ้นื เอยี ง

จากรปู ท่ี 4.19 เพื่อใหว้ ตั ถเุ คลอ่ื นท่ีข้ึนด้วยระยะทาง s ตามพ้นื เอียงได้ จะต้องออกแรง F
ขนาดอย่างน้อยเท่ากับแรงโน้มถ่วงในทิศทางตามการเคลื่อนที่ขนาด mgsin(θ) ซ่ึงค่า sin(θ)
มีค่าไม่เกิน 1 ขึ้นอยู่กับมุม θ โดยมีค่ามากที่สุดที่ 90 องศา ดังนั้น ขนาดของแรง F มีค่า
น้อยกว่าหรือเท่ากับขนาดของน้ำ�หนัก mg เสมอ พื้นเอียงจึงช่วยผ่อนแรงได้ แต่ปริมาณงานยัง
เท่ากับการยกวัตถุขึ้นในแนวดิ่งด้วยระยะทาง h เพราะต้องเคลื่อนย้ายด้วยระยะทางท่เี คล่ือนที่
ตามพ้นื เอียง s ซง่ึ มคี ่ามากกวา่ ระยะทาง h นั่นเอง

12 หนังสือเรียนรายวิชาพ้ืนฐานวิทยาศาสตรแ ละเทคโนโลยี ม. 2 เลม 2
รอกเด่ยี ว
รอกเด่ียวเป็นเคร่ืองกลท่ีนิยมใช้กันมากในโรงงานอุตสาหกรรมและงานก่อสร้าง เช่น การ
ซอ่ มหรือวางทอ่ ประปา ทอ่ ระบายนำ้ � เราจะเห็นคนใชร้ อกชว่ ยในการยกวตั ถุหนกั มาก ๆ โดยรอก
จะติดตงั้ อย่กู ับปนั้ จ่นั หรอื คานของโรงงาน ดงั รูปท่ี 4.20

รปู ท่ี 4.20 การใชร้ อกในการทำ�งาน

ทมี่ า: คลังภาพ วพ.

รอกเด่ยี วแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ รอกเดี่ยวตายตัวและรอกเดี่ยวเคลอื่ นท่ี
1. รอกเด่ียวตายตัว

F m
s



s



รูปท่ี 4.21 การทำ�งานของรอกเด่ียวตายตวั

รอกเดย่ี วตายตวั เปน็ รอกทต่ี ดิ อยกู่ บั ท่ี และใชเ้ ชอื กเสน้ หนง่ึ คลอ้ งอยกู่ บั รอก โดยปลายเชอื ก
ขา้ งหนง่ึ เกย่ี วอยกู่ บั วตั ถุ และปลายเชอื กอกี ขา้ งหนงึ่ ใชส้ ำ�หรบั ดงึ ในการออกแรงดงึ ใหว้ ตั ถเุ คลอ่ื นที่
ข้ึนสูงจากพ้ืนเปน็ ระยะทาง s จะตอ้ งออกแรงดึงเชือก F ขนาดอยา่ งนอ้ ยเทา่ กับนำ้ �หนักของวตั ถุ
mg เป็นระยะทาง s เชน่ กนั ดงั นน้ั รอกเดย่ี วตายตัวจงึ ไมช่ ่วยผอ่ นแรง แต่จะชว่ ยใหส้ ามารถ
ทำ�งานไดส้ ะดวกขน้ึ เชน่ การลำ�เลียงอปุ กรณ์กอ่ สร้างขน้ึ ไปยังที่สงู ดังรปู ที่ 4.21

หนงั สือเรียนรายวิชาพ้ืนฐานวทิ ยาศาสตรและเทคโนโลยี ม. 2 เลม 2 13

2. รอกเดยี่ วเคลอ่ื นท่ี

s
F

m
2s

รูปที่ 4.22 การทำ�งานของรอกเด่ียวเคลอื่ นท่ี

รอกเด่ียวเคลื่อนที่เป็นรอกท่ีสามารถเคลื่อนที่ได้ขณะใช้งาน ซ่ึงจะเก่ียววัตถุไว้กับตัวรอก
สแลำ�หะรใชับ้เดชึงือกใคนลก้อารงอกอับกรแอรกงไดวึง้ เโปด็นยรผะูกยปะทลาางยเsชือรกอขก้าจงะหดนึงึ่งวไัตวถ้กุขับึ้นเพเปด็นารนะยแะลทะาปงเลพาียยงอีก2sข้า ง ถห้านไึ่งมใ่มชี้
การสูญเสียงาน งานที่ให้กับรอกจะเท่ากับงานที่ได้จากรอก ดังนั้น เราจะออกแรงเพียงครึ่งหนึ่ง
ของน้ำ�หนกั วตั ถุที่ต้องการยก ดงั รูปท่ี 4.22
ล่มิ
ล่มิ เป็นเคร่อื งกลท่ีชว่ ยผ่อนแรง มรี ปู รา่ งสามเหลีย่ ม ใช้สำ�หรับผ่าวตั ถอุ อกจากกนั และใช้
หนนุ หรือตรึงวตั ถุใหอ้ ยู่กบั ที่ เชน่ มีด ขวาน และตะปู ดังรูปท่ี 4.23

H F
W L

W

รูปที่ 4.23 การทำ�งานของล่ิม

หลักการท�ำงานของลิ่ม คือ เม่ือให้งานกับลิ่มโดยออกแรง F ท�ำให้ล่ิมเข้าไปในวัตถุเป็น
ระยะ H ลม่ิ จะท�ำงานได้โดยแยกวัตถอุ อกจากกันเป็นระยะ L ด้วยแรงเท่ากบั แรงต้าน W จาก
ภายในเนอ้ื วตั ถุ ถา้ ปรมิ าณงานทใี่ หไ้ มม่ กี ารสญู เสยี งานทใ่ี หก้ บั ลมิ่ จะเทา่ กบั งานทไ่ี ดจ้ ากลมิ่ ดงั นน้ั
หากความยาวของล่ิมมากเมอ่ื เปรยี บเทยี บกบั ความกวา้ งของลม่ิ จะชว่ ยใหเ้ ราออกแรงไดน้ อ้ ยลง
สกรู
สกรูเปน็ เครอื่ งกลท่ใี ช้สำ�หรับยกวตั ถุขึ้นทส่ี งู หรือใช้ยึดวัตถุเขา้ ด้วยกนั ตัวอยา่ งที่พบเห็น
กันทัว่ ไป คือ การใช้แม่แรงยกรถแบบสกรู ดงั รปู ที่ 4.24

14 หนังสอื เรยี นรายวชิ าพนื้ ฐานวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี ม. 2 เลม่ 2 F

mg
R


h


รปู ที่ 4.24 การทำงานของสกรู

จากงานท่ใี ห้กบั สกร ู โดยออกแรงหมุนครบ 1 รอบ ท่รี ศั มี R ดว้ ยขนาดของแรง F ใน
ทิศทางต้ังฉากกับรัศมี โดยไม่มีการสูญเสียงาน งานท่ีให้กับสกรูจะเท่ากับงานที่สกรูท�าได้ คือ
สกรูยกวัตถุท่ีมีน�้าหนัก mg ข้ึนสูงจากเดิมด้วยระยะทางเท่ากับระยะห่างระหว่างเกลียว h
ดังนั้น สกรูจะช่วยเราผ่อนแรงในการยกวัตถุข้ึนเม่ือระยะทางจากสกรูถึงต�าแหน่งท่ีออกแรง R
มคี ่ามากเมอ่ื เปรียบเทยี บกบั ระยะหา่ งระหวา่ งเกลยี ว h
นอกจากประโยชน์ในการใชย้ กวตั ถุข้นึ ทสี่ ูงแลว้ สกรยู ังมปี ระโยชน์ในการใช้ยึดวัสดุตา่ ง ๆ
เขา้ ด้วยกนั เชน่ สกรูยึดเครือ่ งยนต์ และนอตยดึ คานไม้

ล้อและเพลา
ล้อและเพลาเป็นเครื่องกลที่เป็นส่วนประกอบที่สำ คัญของเครื่องจักรชนิดต่าง ๆ เช่น
รถยนต์ เคร่ืองกลึง เครื่องกำ เนดิ ไฟฟา้ เครอ่ื งผสมอาหาร และสว่านไฟฟา้ ดงั รปู ท่ ี 4.25

เพลา

รูปท่ี 4.25 ล้อและเพลาในรถยนต์

ท่ีมา: คลงั ภาพ วพ.

การทำ งานของเครื่องจักรเหล่านี้มาจากการหมุนของอุปกรณ์ภายในเครื่องจักร โดยกำ ลัง
ของเครื่องจักรจะได้มาจากเครื่องยนต์ กังหันน้ำ กังหันไอน้ำ กังหันแกส หรือมอเตอร์ไฟฟ้า
ซง่ึ การใชล้ อ้ และเพลาจะชว่ ยสง่ กำ ลงั และควบคมุ การทำ งานของเครอื่ งจกั รใหเ้ ปน็ ไปตามทตี่ อ้ งการ
ได้

หนังสอื เรียนรายวชิ าพ้ืนฐานวทิ ยาศาสตรแ ละเทคโนโลยี ม. 2 เลม 2 15

ลอ้ r R
เพลา

F2 F1

s2 s1

รปู ท่ี 4.26 การทำ�งานของลอ้ และเพลา

เมอื่ FRssF1212 คือ แรงที่กระทำ�กบั ลอ้
คือ แรงท่กี ระทำ�กับเพลา
คือ ขนาดของการกระจัดท่เี กดิ จากลอ้
คือ ขนาดของการกระจดั ทีเ่ กิดจากเพลา
คอื รัศมีของล้อ
r คอื รศั มีของเพลา

จากงานทีใ่ หก้ ับล้อ (F1s1) เท่ากบั งานทไี่ ด้จากเพลา (F2s2) ถา้ ไม่มกี ารสูญเสียงาน ในการ
หมนุ 1 รอบ การกระจดั ท่เี กิดจากล้อมีค่ามากกวา่ การกระจัดทเ่ี กิดจากเพลา (s1 > s2) เพราะ
ฉะนั้น แรงที่กระทำ�กับล้อจึงมีค่าน้อยกว่าแรงที่กระทำ�กับเพลา (F1 < F2) หรือกล่าวได้ว่าเราใช้
แรงดึงน้อยลงในการยกวตั ถุ ซ่ึงการกระจัดที่เกิดจากล้อและเพลานีข้ ึ้นอยู่กบั รัศมขี องลอ้ และเพลา
ตามลำ�ดับ

ทบทวนความเข้าใจ

1. งานในทางวทิ ยาศาสตร์จะมีค่ามากหรือนอ้ ยขน้ึ อย่กู ับอะไร
2. มอเตอร์ตัวหนึ่งมีก�ำลัง 300 วัตต์ ถ้ามอเตอร์ท�ำงานเป็นเวลา 25 วินาที งานท่ีมอเตอร์ท�ำ

มีปรมิ าณเท่าไร
3. เครอ่ื งกลทกุ ชนดิ ชว่ ยผอ่ นแรงเสมอจรงิ หรอื ไม่

16 หนงั สือเรียนรายวิชาพนื้ ฐานวทิ ยาศาสตรและเทคโนโลยี ม. 2 เลม  2

พลังงาน

ในทางวทิ ยาศาสตร์ พลงั งาน (energy) คือ ปรมิ าณทบี่ อกถงึ ความสามารถในการทำ�งาน
ของวัตถุ พลังงานมีหลายรูปแบบ เชน่ พลังงานกล พลงั งานความร้อน พลังงานเคมี พลงั งานแสง
และพลังงานไฟฟ้า ซึง่ มนษุ ย์ใชป้ ระโยชนจ์ ากพลังงานเหลา่ น้ีในชีวิตประจำ�วัน เช่น การใชพ้ ลงั งาน
ไฟฟา้ ในเครอื่ งใชไ้ ฟฟา้ ตา่ ง ๆ ใชพ้ ลงั งานเคมใี นอาหารเพอ่ื ทำ�ใหร้ า่ งกายเคลอ่ื นไหว และใชพ้ ลงั งาน
ความร้อนจากเช้ือเพลิงเพื่อให้เคร่ืองยนต์ทำ�งาน ซึ่งในบทเรียนนี้ นักเรียนจะได้เรียนรู้เก่ียวกับ
พลงั งานศักย์โนม้ ถว่ ง พลังงานจลน์ และพลังงานกล

พลังงานศักย์โน้มถ่วง
พลังงานศักย์ (potential energy) คือ พลังงานที่สะสมอยู่ในตัววัตถุ อันเนื่องมาจาก
ตำ�แหนง่ หรอื สภาพของวตั ถุ ซงึ่ พลงั งานศกั ยม์ หี ลายชนดิ เชน่ พลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถว่ ง พลงั งานศกั ย์
ยดื หยนุ่ และพลังงานศกั ย์ไฟฟ้า โดยบทเรยี นน้จี ะเรียนรู้เฉพาะพลังงานศกั ย์โน้มถ่วงเทา่ นนั้
พลังงานศักย์เป็นพลังงานที่ขึ้นอยู่กับตำ�แหน่งของวัตถุ หากวัตถุอยู่ในบริเวณที่มีสนาม
โนม้ ถ่วง เช่น บรเิ วณผิวโลกซง่ึ มแี รงดงึ ดูดของโลกหรือสนามโน้มถว่ งของโลก วัตถุจะมีพลังงาน
ศักย์สะสมอยู่ภายใน เรียกว่า พลังงานศักย์โน้มถ่วง (gravitational potential energy) โดย
คา่ พลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถว่ งของวตั ถจุ ะมคี า่ มากหรอื นอ้ ยขนึ้ อยกู่ บั มวลและตำ�แหนง่ ของวตั ถเุ ทยี บกบั
ระดับอ้างอิง ซึ่งเป็นระดับที่กำ�หนดข้ึนมาเพ่ือใช้บอกความสูง โดยสามารถกำ�หนดท่ีระดับใดก็ได้
แต่โดยทั่วไปมักจะใช้พ้ืนดินเป็นระดับอ้างอิง ดังนั้น พลังงานศักย์โน้มถ่วงจึงข้ึนอยู่กับมวลและ
ความสูงจากระดับอา้ งองิ ถา้ ระดบั อา้ งอิงต่างกนั พลงั งานศักยโ์ น้มถว่ งจะมคี า่ ตา่ งกันดว้ ย ดังรูปท่ี
4.27

Fh ศพั ทท คี่ วรรู

พลังงาน
พลังงานศกั ย์
พลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถว่ ง

m
mg

รูปท่ี 4.27 ออกแรง F ยกวัตถุข้นึ ทีส่ ูงจากพ้นื ดนิ เป็นระยะ h

หนงั สอื เรยี นรายวิชาพื้นฐานวทิ ยาศาสตรแ ละเทคโนโลยี ม. 2 เลม  2 17

จากรูปที่ 4.27 ถ้าเรายกวัตถุมวล m ให้สูงขึ้นในแนวดิ่งจากพื้นเป็นระยะ h ด้วย
ความเร็วคงตัว เราจะต้องออกแรง F ขนาดเท่ากับขนาดของน้ำ�หนักของวัตถุ mg จึงจะสามารถ
ยกวตั ถไุ ดต้ ามตอ้ งการ
การยกวตั ถุมวล m น้ี จะทำ�ให้เกิดงานขึน้ งานน้หี าไดจ้ ากขนาดของแรงคูณกับระยะทางที่
วตั ถุเคลอื่ นที่ไดต้ ามแนวแรง นน่ั คือ ในกรณยี กวัตถุมวล m ขึน้ ในแนวดิ่ง
หางานท่ีทำ�จากการยกวตั ถมุ วล m
จาก W = Fs
กำ�หนดให ้ s = h = ความสูงในแนวดงิ่ จากพน้ื ดนิ
W = Fh (1)

แต่เนื่องจากแรง F มีขนาดเท่ากับขนาดของน้ำ�หนักของวัตถุ โดยน้ำ�หนัก หมายถึง
แรงบนวตั ถุอนั เนื่องมาจากความโนม้ ถ่วง มีคา่ เท่ากับผลคูณของมวลของวตั ถุ (m) กบั ขนาดของ
ความเร่งโน้มถ่วง (g) ซึ่งค่าความเร่งโน้มถ่วง คือ ความเร็วที่เปลี่ยนไปต่อเวลาเนื่องจากแรง
โนม้ ถ่วง คา่ ความเรง่ โนม้ ถว่ งน้ีมีค่าประมาณ 9.8 เมตร/วินาท2ี

ดังน้นั W = mgh (2)
จากสมการท่ี (2) เราพบว่า งานที่ทำ�ได้ในการยกวตั ถใุ ห้สงู ขึ้นจากพื้นเปน็ ระยะ h น้นั มีค่า
เท่ากบั mgh ปรมิ าณนม้ี คี า่ เทา่ กบั งานทที่ ำ�โดยความโน้มถ่วงของโลกต่อมวล m เม่ือวัตถตุ กลงถึง
พนื้ ดนิ โดยมรี ะยะความสงู h จากระดบั อา้ งองิ (ซง่ึ ระดบั อา้ งองิ ในทนี่ คี้ อื พนื้ ดนิ ) จงึ กลา่ วไดว้ า่ mgh
เปน็ พลงั งานศักย์โนม้ ถ่วงของวตั ถุ ณ ตำ�แหนง่ น้ี

ถ้าเรากำ�หนดให้ Ep แทน พลงั งานศกั ย์โนม้ ถว่ ง ซง่ึ พลงั งานศกั ยโ์ น้มถ่วงของวตั ถุท่อี ยสู่ งู
จากพน้ื หรอื ระดับอ้างอิงทีร่ ะยะความสงู h สามารถเขียนแทนไดด้ ังสมการ

Ep = mgh

หนว่ ยของพลังงานศกั ย์โนม้ ถ่วงในระบบ SI คอื จูล หรือนิวตนั –เมตร เชน่ เดียวกบั หน่วย
ของงานนนั่ เอง

พลังงานจลน์

เมื่อนักเรียนเตะลูกตะกร้อให้พุ่งไปชนวัตถุ เช่น ชนกระป๋อง แล้วกระป๋องนั้นกระเด็น
ออกจากที่ตั้งได้ จึงกล่าวได้ว่าลูกตะกร้อที่กำ�ลังเคลื่อนที่นี้มีความสามารถในการทำ�งานหรือ
มีพลังงาน พลังงานของวัตถุที่กำ�ลังเคลื่อนที่นี้เรียกว่า พลังงานจลน์
(kinetic energy) ซึ่งขนาดของพลังงานจลน์จะมีค่ามากหรือน้อยข้ึนอยู่ ศัพทท ่คี วรรู
กับมวลและอตั ราเร็วของวัตถุ ซ่งึ สามารถหาได้ดงั สมการ
พลงั งานจลน์

18 หนงั สือเรยี นรายวิชาพนื้ ฐานวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลย ี ม. 2 เล่ม 2

Ek = 12 mv2

เม ่อื mE k คคือือ พมลวลังงขาอนงจวลตั นถข์ ุ อมงหี วนตั ่วถย ุ เมปหี น็ นกว่ิโลยกเปร็นัมจลู

v คอื อตั ราเร็วของวตั ถุ มีหน่วยเป็นเมตร/วินาที

ปัจจัยใดบา้ งทีม่ ผี ลต่อปรมิ าณพลงั งานในการตกของวัตถุ

กจิ กรรมที่ 3 ทดลอง

พลงั งานจากการตกของวตั ถุ

ข้นั ตอนการทดลอง
ปญ หา ความสงู และมวลของวัตถุที่ตกมผี ลตอ่ การจมของวตั ถใุ นผวิ ทรายหรอื ไม่ อย่างไร
กำหนดสมมุตฐิ าน เม่ือความสงู หรอื มวลของวัตถมุ ากขน้ึ การจมของผิวทรายจะย่งิ มากข้นึ
ทดสอบสมมตุ ฐิ าน

1. เตรยี มกระบะพร้อมทรายละเอยี ดที่ปาดผวิ เรียบ 1 ใบ ดงั รปู ที ่ 4.28 (ก)
2. ปล่อยลูกเหล็กกลม 2 ลูกขนาดเท่ากันที่ระดับความสูงเดียวกันลงสู่กระบะทราย
พร้อมกัน ดังรูปท่ี 4.28 (ข) สังเกตการเปลี่ยนแปลงของผิวทรายและการจมของลูกเหล็กกลม
ท้ังสอง
3. ด�าเนนิ การเช่นเดียวกับขอ้ 2 แตเ่ พิม่ ความสูงของลกู เหลก็ กลมลกู ที ่ 2 ข้ึนเปน็ 2 เทา่
จากความสงู เดิม ดงั รปู ท่ี 4.28 (ค)
4. ด�าเนินการเช่นเดียวกับข้อ 3 แต่เพิ่มความสูงของลูกเหล็กกลมลูกที่ 2 อย่างน้อย
3 เทา่ ของความสงู ของลกู ที ่ 1 โดยลกู ท ่ี 1 ยงั สงู เท่าเดมิ ดังรูปที่ 4.28 (ง)
5. น�าลูกเหลก็ กลมและลูกพลาสตกิ กลมซงึ่ มขี นาดเท่ากันอย่างละ 1 ลกู มาชัง่ มวล แลว้
ปล่อยลกู กลมทง้ั สองที่ระดบั ความสูงเดยี วกนั ลงส่กู ระบะทรายพรอ้ มกนั เช่นเดียวกับข้อ 1 ดงั รูป
ท่ ี 4.28 (จ) สงั เกตการเปล่ียนแปลงของผิวทรายและการจมของลูกกลมท้ังสองในผวิ ทราย

หนังสอื เรียนรายวิชาพื้นฐานวทิ ยาศาสตรแ ละเทคโนโลยี ม. 2 เลม  2 19
2

12 2 1 ลูกเหล็ก
1 กลม
ลกู พลาสตกิ
กลม

(ก) (ข) (ค) (ง) (จ)

รูปท่ี 4.28 การปล่อยลกู เหลก็ กลมทรี่ ะดบั ความสูงจากระดับต่างกนั

บนั ทึกผลการทดลอง ผลการทดลอง
ควรบันทึกผลการทดลองในสมุด
สิง่ ที่ทดลอง
การตกของลูกเหล็กกลมท่รี ะดบั ความสงู เท่ากัน
การตกของลกู เหลก็ กลมทรี่ ะดบั ความสงู ต่างกนั
การตกของลกู เหลก็ และลกู พลาสติกกลมท่รี ะดับความสูงเทา่ กัน

คน้ หาคำ�ตอบ

1. การปล่อยลกู เหล็กกลมท่รี ะดบั ความสูงต่างกันมผี ลตอ่ ผิวทรายอย่างไร
2. การปล่อยลูกเหล็กกลมจากระดับความสูงจากผิวทรายมากขึ้น จะท�ำให้ค่าของพลังงานจลน์ของ

ลูกเหล็กกลมทตี่ กลงผวิ ทรายเปล่ยี นแปลงหรือไม่ อยา่ งไร
3. มวลของลกู เหลก็ กลมกับลูกพลาสติกกลมมผี ลต่อการจมในทรายหรือไม่ เพราะอะไร
4. ผลสรุปของกจิ กรรมนี้คอื อะไร

จากกิจกรรมพบว่า การปล่อยวัตถุที่ระดับความสูงต่างกันโดยใช้ผิวทรายเป็นระดับอ้างอิง
ท�ำให้การจมของวัตถจุ ากผิวทรายแตกตา่ งกนั โดยย่ิงวัตถุมีความสูงมากขึ้น การจมของวัตถุจาก
ผิวทรายก็ย่ิงลึกขึ้น และถ้ามวลต่างกันจะส่งผลต่อการจมของวัตถุจากผิวทรายด้วยเช่นกัน โดย
ย่ิงวัตถุมีมวลมากข้ึน การจมของวัตถุจากผิวทรายยิ่งลึกขึ้น น่ันแสดงว่าท้ังมวลและความสูงจาก
ผวิ ทรายสง่ ผลตอ่ พลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถว่ ง ในขณะทว่ี ตั ถกุ ำ� ลงั ตกลงมา วตั ถจุ ะมอี ตั ราเรว็ เพมิ่ ขนึ้ ตาม
แรงโนม้ ถว่ ง ท�ำให้วัตถมุ พี ลังงานจลน์ จงึ อาจกล่าวได้วา่ พลงั งานศกั ย์โน้มถว่ งของวัตถุสามารถ
เปล่ียนเปน็ พลังงานจลนไ์ ด้น่ันเอง

20 หนงั สือเรียนรายวชิ าพนื้ ฐานวทิ ยาศาสตรแ ละเทคโนโลยี ม. 2 เลม  2
พลังงานกล

จากที่นักเรียนได้เรียนรู้แล้วว่า พลังงาน คือ ความสามารถในการท�ำงานของวัตถุ และ
ได้เรียนรู้ทั้งพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์แล้วน้ัน ซึ่งในธรรมชาติ วัตถุสามารถมีได้
ท้ังพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์ ดังเช่นในกิจกรรมที่ 3 ทดลองพลังงานจากการ
ตกของวัตถุ ซ่ึงได้แสดงว่าพลังงานศักย์โน้มถ่วงสามารถเปล่ียนเป็นพลังงานจลน์ได้ และใน
ทางกลับกัน พลังงานจลน์ก็สามารถเปล่ียนเป็นพลังงานศักย์โน้มถ่วงได้ เช่น การโยนลูกบอล
ข้ึนในแนวดิ่ง ขณะท่ีลูกบอลพุ่งขึ้น ความสูงเพิ่มข้ึน อัตราเร็วของลูกบอลลดลง พลังงานจลน์
ของลูกบอลลดลงเพราะเปล่ียนเป็นพลังงานศักย์ ซ่ึงผลรวมของพลังงานศักย์โน้มถ่วงและ
พลังงานจลน์นั้นเรียกว่า พลังงานกล (mechanical energy) ถ้าวัตถุไม่มีการสูญเสียพลังงาน
หรือได้รับพลังงานจากภายนอก พลังงานกลของวัตถุน้ันจะมีค่าคงตัว เช่น การตกแบบเสรีของ
ลูกบอล โดยการตกแบบเสรี คือ การตกที่มีแรงกระท�ำกับวัตถุเพียงแรงเดียวคือแรงโน้มถ่วง
ของโลก จึงถือว่าลูกบอลนั้นไม่มีการสูญเสียหรือได้รับพลังงานจากภายนอก ดังรูปที่ 4.29

A

B ศัพททีค่ วรรู

พลังงานกล
C

D
รูปท่ี 4.29 การตกแบบเสรขี องลกู บอล

จากรูปที่ 4.29 ถ้าเราปล่อยลูกบอลจากต�ำแหน่ง A ให้ตกแบบเสรี และก�ำหนดให้
ต�ำแหนง่ D เป็นระดับอ้างองิ พลงั งานของลูกบอลทีต่ ำ� แหน่งต่าง ๆ จะเป็นดังนี้
1) ท่ีต�ำแหน่ง A วัตถุเริ่มจากหยุดนิ่ง ดังน้ัน พลังงานจลน์จึงเท่ากับ 0 ขณะท่ีพลังงาน
ศักย์โน้มถ่วงมีค่าสูงสุดและมีค่าเท่ากับพลังงานกล เพราะพลังงานกลเป็นผลรวมของพลังงาน
ศกั ยโ์ น้มถ่วงและพลังงานจลน์

หนงั สอื เรยี นรายวิชาพืน้ ฐานวิทยาศาสตรและเทคโนโลยี ม. 2 เลม 2 21
2) ที่ต�ำแหน่ง B วัตถุมีการเคลื่อนที่จึงมีพลังงานจลน์ ขณะที่ความสูงลดลงพลังงาน
ศักย์โน้มถ่วงจึงลดลง แต่ผลรวมของพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์คือพลังงานกล
ยงั เทา่ เดมิ
3) ที่ต�ำแหน่ง C วัตถุมีอัตราเร็วมากข้ึนจากต�ำแหน่ง B พลังงานจลน์จึงมากขึ้น ขณะที่
ความสงู ลดลงพลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถว่ งจงึ ลดลง แตผ่ ลรวมของพลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถว่ งและพลงั งานจลน์
คือพลังงานกลยงั เทา่ เดมิ
4) ทต่ี ำ� แหน่ง D วัตถตุ กถึงพื้นดว้ ยอตั ราเรว็ สูงสดุ พลงั งานจลน์จึงมีค่ามากท่ีสดุ ขณะที่
ความสูงเป็น 0 พลังงานศักย์โน้มถ่วงจึงมีค่าเป็น 0 แต่ผลรวมของพลังงานศักย์โน้มถ่วงและ
พลงั งานจลนค์ อื พลังงานกลยงั เทา่ เดิม

ทบทวนความเขา้ ใจ

1. พลงั งานคอื อะไร
2. เม่อื ใชร้ ะดบั อ้างอิงตา่ งกนั จะส่งผลต่อพลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถว่ งอยา่ งไร
3. พลังงานจลนจ์ ะมีค่ามากหรอื นอ้ ยข้นึ อยกู่ ับปจั จยั ใด
4. พลังงานกลของกอ้ นหินที่ตกแบบเสรีมกี ารเปลีย่ นแปลงหรอื ไม่

กฎการอนรุ กั ษพ์ ลังงาน

ในธรรมชาตนิ อกจากพลงั งานกลทเ่ี ราเรยี นรไู้ ปแลว้ ยงั มพี ลงั งานอน่ื ๆ อกี เชน่ พลงั งานแสง
พลังงานเสียง พลงั งานความรอ้ น พลงั งานเคมี และพลังงานไฟฟา้ พลงั งานเหลา่ น้ไี มส่ ามารถสร้าง
ใหมห่ รอื สญู หายไปได้ แตส่ ามารถเปลยี่ นจากพลงั งานหนง่ึ ไปเปน็ อกี พลงั งานหนง่ึ ได้ โดยทพี่ ลงั งาน
รวมของระบบมคี า่ คงตัว ซึ่งเป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน เชน่ ไดนาโมทเ่ี ปล่ียนพลงั งานกล
เป็นพลังงานไฟฟ้า การเบรกของรถยนต์มีการเปลี่ยนพลังงานจลน์เป็นพลังงานความร้อน เน่ือง
มาจากแรงเสียดทาน และสิง่ มีชวี ิตเปลยี่ นพลงั งานเคมใี นอาหารเป็นพลังงานที่ใช้ในการท�ำงาน
นอกจากน้ี พลงั งานยงั สามารถถา่ ยโอนจากระบบหนงึ่ ไปยงั อกี ระบบหนง่ึ ได้ เชน่ การถา่ ยโอน
ความร้อนระหว่างสสาร การถ่ายโอนพลังงานจากการสั่นของแหล่งก�ำเนิดเสียงไปยังผู้ฟัง ซึ่งการ
เปล่ียนรูปและการถ่ายโอนของพลังงานน้ี พลังงานรวมท้ังหมดจะมีค่าเท่าเดิมตามกฎการอนุรักษ์
พลงั งาน ดงั รปู ท่ี 4.30

22 หนังสอื เรียนรายวชิ าพน้ื ฐานวิทยาศาสตรและเทคโนโลยี ม. 2 เลม 2

(ก) การถา่ ยโอนความรอ้ นของวัตถุ (ข) การถา่ ยโอนพลังงานเสยี งไปยงั ผู้ฟัง

รปู ที่ 4.30 การถา่ ยโอนของพลงั งาน

ทีม่ า: คลังภาพ วพ.

การใช้ประโยชน์จากกฎการอนุรักษ์พลังงาน

นกั เรยี นไดเ้ รยี นรมู้ าแลว้ วา่ พลงั งานสามารถเปลยี่ นรปู แบบไดโ้ ดยทผ่ี ลรวมของพลงั งานนน้ั
ยงั คงเดมิ ดงั นน้ั จงึ มนี กั วทิ ยาศาสตรศ์ กึ ษาการใชป้ ระโยชนจ์ ากกฎการอนรุ กั ษพ์ ลงั งาน โดยตวั อยา่ ง
ท่เี ห็นได้ชัดเจน คือ การผลติ กระแสไฟฟ้าจากเขอ่ื น และการใช้ปน้ั จ่นั ตอกเสาเขม็
การผลติ กระแสไฟฟา้ จากเข่อื น
เขื่อนสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้โดยใช้
พลังงานจากน�้ำ น้�ำท่ีถูกกักไว้เหนือเขื่อนจะถูกส่ง
เข้าเคร่ืองกังหันน�้ำแล้วผลักดันใบพัดท�ำให้กังหัน
หมุน ซ่ึงเพลาของเครื่องกังหันน้�ำต่อกับเพลาของ
เครื่องก�ำเนิดไฟฟ้า ท�ำให้เกิดการเหนี่ยวน�ำข้ึนใน
เคร่ืองก�ำเนิดไฟฟ้า แล้วได้พลังงานไฟฟ้าออกมา
ใชง้ าน ดังรูปที่ 4.31 รปู ที่ 4.31 เขอ่ื นสำ�หรบั ผลิตกระแสไฟฟา้
น�้ำสามารถผลักดันใบพัดในเคร่ืองกังหันน�้ำ
ที่มา: คลังภาพ วพ.

ไดเ้ น่อื งจากนำ�้ ทถี่ ูกกกั ไว้เหนือเขือ่ นถกู ปล่อยลงมาจากทส่ี ูง ซ่ึงน�ำ้ จะมีพลังงานศกั ย์โนม้ ถว่ งสะสม
ไว้ เม่ือปล่อยให้น้ำ� ไหลลงสู่ทต่ี �่ำ พลงั งานศักยโ์ น้มถว่ งทมี่ อี ยกู่ ็จะเปล่ียนเปน็ พลงั งานจลน์ซ่ึงเป็น
พลังงานในการเคล่ือนที่ เม่ือน�้ำกระทบกับกังหันจึงท�ำให้กังหันหมุนแล้วเหน่ียวน�ำให้เกิดกระแส
ไฟฟ้าได้
การทำ� งานของโรงไฟฟา้ พลังงานน�้ำมีขั้นตอนการเปลี่ยนพลงั งาน ดงั น้ี

พลังงานศกั ย์ พลังงานจลน์ พลังงานกล พลังงานไฟฟา้
โน้มถว่ ง นำ้ �จากอา่ งเกบ็ นำ้ � นำ้ �ท่มี แี รงดันสงู ไฟฟา้ ทเ่ี กิดการ
ไหลลงส่ทู ่อสง่ น้ำ� หมนุ เพลาของ เหนยี่ วนำ�ในเครอ่ื ง
น้ำ�ในอา่ งเก็บนำ้ � เครือ่ งกังหนั น้ำ� กำ�เนิดไฟฟ้า
ของเขื่อน

หนังสือเรยี นรายวิชาพ้ืนฐานวิทยาศาสตรและเทคโนโลยี ม. 2 เลม 2 23
การใช้ปัน้ จน่ั ตอกเสาเขม็
การก่อสร้างบ้านเรือนทอี่ ยู่อาศัย อาคารส�ำนกั งานต่าง ๆ ถนน หรือสะพานต่าง ๆ ผูค้ วบคุม
การก่อสร้างจะใช้ปั้นจั่นตอกเสาเข็มเพ่ือให้ฐานของสิ่งก่อสร้างเหล่าน้ันมีความม่ันคงแข็งแรง เมื่อ
ปั้นจน่ั ทำ� งานก็จะยกหัวคอ้ นทีท่ �ำจากเหล็กกลา้ ตอกลงท่เี สาเข็ม เสาเข็มท่ถี ูกตอกจะจมลงส่พู ้ืนดิน
ดงั รปู ท่ี 4.32

รปู ที่ 4.32 ป้นั จน่ั สำ�หรบั ตอกเสาเข็ม

ทมี่ า: คลังภาพ วพ.

เม่ือหัวค้อนถูกยกขึ้น หัวค้อนจะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงเพิ่มข้ึน เมื่อหัวค้อนอยู่ที่จุดสูงสุด
หัวค้อนจะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงสูงสุด เมื่อปั้นจ่ันปล่อยหัวค้อนลง พลังงานศักย์โน้มถ่วงท่ี
สะสมไว้ก็จะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ จนกระทั่งหัวค้อนกระทบกับหัวเสาเข็มท�ำให้เสาเข็มจมลง
สู่พื้นดินได้

พลังงานศักยโ์ นม้ ถ่วง พลงั งานจลน์ พลงั งานกล

หัวค้อนทป่ี ั้นจ่นั ถูกยกข้ึน ปล่อยหัวค้อนของป้ันจน่ั ลงมา เสาเขม็ จมลงส่พู ้นื ดนิ

พลงั งานไฟฟา้ ทเ่ี ราใช้ในชีวิตประจำ�วันมาจากแหลง่ ใด

กิจกรรมท่ี 4 สืบคน้ ขอ้ มลู

การประยกุ ต์ใช้กฎการอนรุ ักษ์พลงั งานในการผลติ กระแสไฟฟ้า

ปญ หา พลังงานไฟฟ้าท่ใี ช้ในชีวิตประจำ�วันมาจากการเปล่ยี นรูปของพลังงานใด และมีข้นั ตอน

อยา่ งไรบา้ ง

ขน้ั ตอน

1. นกั เรยี นแบ่งกลมุ่ กลุ่มละ 3–5 คน
2. ให้แต่ละกลุ่มสืบค้นข้อมูลจากแหล่งสืบค้นต่าง ๆ เช่น หนังสือเรียน หนังสืออ้างอิง
หนังสืออา่ นประกอบ หนังสือพมิ พ์ วารสารต่าง ๆ หรือทางอนิ เทอร์เน็ตทมี่ เี วบ็ ไซต์ท่ีเกย่ี วกบั หวั ข้อ
หลักการท�ำงานของโรงไฟฟ้าท่มี ีความเกย่ี วขอ้ งกบั กฎการอนุรกั ษ์พลงั งานของโรงไฟฟ้าตอ่ ไปน้ี

24 หนงั สอื เรยี นรายวิชาพน้ื ฐานวิทยาศาสตรแ ละเทคโนโลยี ม. 2 เลม  2
1) โรงไฟฟ้าพลังงานลม
2) โรงไฟฟ้าพลังงานน�้ำ
3) โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์โดยใช้เซลล์สุริยะ
4) โรงไฟฟ้าพลังงานฟอสซิล
3. นำ� ข้อมูลทไี่ ด้ในแตล่ ะกลุม่ มาสรปุ และอภิปรายร่วมกนั ในห้องเรียน

บนั ทึกผลการสืบคน้ ขอ้ มูล

รายการบันทึกผลการสบื คน้ ข้อมลู

วันท่ี เดอื น พ.ศ.

ควรบันทึกผลการสบื ค้นขอ้ มูลในสมดุ

ค้นหาค�ำ ตอบ

1. จากการคน้ หาข้อมลู โรงไฟฟา้ ใดทีไ่ ม่กอ่ ใหเ้ กิดมลพษิ ทางอากาศ
2. โรงไฟฟา้ ใดท่มี ขี น้ั ตอนการเปลีย่ นรูปพลงั งานมาเป็นพลงั งานไฟฟา้ น้อยท่ีสดุ

ทบทวนความเข้าใจ

1. กฎการอนุรกั ษ์พลงั งานคอื อะไร
2. การท่พี ลงั งานกลคงที่ในการตกแบบเสรสี อดคลอ้ งกบั กฎการอนุรักษ์พลังงานหรือไม่
3. การทพี่ ลงั งานถา่ ยโอนไประบบอนื่ ยงั เปน็ ไปตามกฎการอนรุ กั ษพ์ ลงั งานหรอื ไม่

หนงั สือเรยี นรายวชิ าพื้นฐานวิทยาศาสตรและเทคโนโลยี ม. 2 เลม  2 25

ผังมโนทัศน์ (concept map)

งานและพลงั งาน

เรยี นรู้เก่ยี วกบั

หาไดจ้ าก งาน ความสามารถในการทำ�งาน คอื พลงั งาน
W = Fs
เก่ียวขอ้ งกบั ไดแ้ ก่
หาไดจ้ าก
P = Wt กำ�ลงั

อุปกรณ์ท่ีชว่ ย คอื เครอ่ื งกลอย่างงา่ ย พลงั งานศกั ยโ์ น้มถ่วง พลังงานจลน์
ในการทำ�งาน
ให้สะดวกขึน้ คือ คือ
พลังงานทขี่ นึ้ อยกู่ ับตำ�แหน่ง พลังงานของวัตถุ
ไดแ้ ก่ และมวลของวตั ถทุ ีอ่ ยใู่ น ท่กี ำ�ลังเคล่ือนที่

• คาน สนามโน้มถ่วง
• พ้ืนเอยี ง
• รอก พลังงานสามารถเปล่ียนเป็น ผลรวม
• ล่มิ พลังงานอื่นหรือถ่ายโอนไป พลังงานกล
• สกรู ยังระบบอ่ืนได้ แต่ผลรวม
• ล้อและเพลา ของพลงั งานยงั คงเดมิ เกี่ยวข้องกับ
กฎการอนรุ ักษพ์ ลงั งาน

มปี ระโยชนต์ อ่

การผลิตกระแสไฟฟา้ จากเขอื่ น

การใชป้ ั้นจ่ันตอกเสาเข็ม

26 หนงั สือเรยี นรายวชิ าพืน้ ฐานวิทยาศาสตรแ ละเทคโนโลยี ม. 2 เลม  2

สาระสำ�คัญประจำ�หนว่ ย

1. งานเกิดขน้ึ เมอ่ื มีแรงกระทำ� ตอ่ วัตถแุ ลว้ วตั ถเุ คลื่อนท่ีไปในทิศทางเดยี วกับแรง
2. ปริมาณของงานขึ้นอยู่กับขนาดของแรง และระยะทางที่วัตถุเคลื่อนท่ีตามทิศทางของแนวแรง
ซ่งึ มหี นว่ ยคือ จูล หรือ นวิ ตนั –เมตร
3. ก�ำลงั คอื งานทที่ �ำได้ต่อหนงึ่ หนว่ ยเวลา
4. เคร่ืองกลอย่างง่ายเป็นอุปกรณ์ท่ีช่วยผ่อนแรงหรือช่วยอ�ำนวยความสะดวกในการท�ำงาน เช่น
คานชว่ ยในการยกวตั ถดุ ว้ ยแรงทน่ี อ้ ยลง ลม่ิ ชว่ ยในการผา่ วตั ถอุ อกจากกนั ไดง้ า่ ย พนื้ เอยี งชว่ ย
ในการเคล่อื นย้ายวัตถขุ ึน้ ท่สี ูง
5. พลังงานศักย์โน้มถ่วง คือ พลังงานท่ีสะสมอยู่ในวัตถุท่ีอยู่ในสนามโน้มถ่วง ซ่ึงพลังงานศักย์
โน้มถว่ งมคี ่ามากหรอื นอ้ ยข้นึ อย่กู บั มวลและต�ำแหน่งของวตั ถุ
6. พลงั งานจลน์ คือ พลังงานท่เี กดิ ข้นึ กับวตั ถทุ ี่ก�ำลงั เคลอ่ื นท่ี ซ่ึงจะมคี า่ มากหรือน้อยข้นึ อยู่กบั
มวลและอตั ราเรว็ ของวัตถุ
7. พลังงานกล คือ ผลรวมของพลงั งานศกั ยโ์ น้มถ่วงและพลงั งานจลน์ ซึ่งพลงั งานศกั ยโ์ นม้ ถ่วง
และพลงั งานจลนข์ องวัตถหุ น่ึง ๆ สามารถเปลีย่ นกลับไปกลับมาได้ โดยผลรวมของพลงั งาน
ทงั้ สองมีคา่ คงตวั น่ันคอื พลงั งานกลมคี า่ คงตัว
8. กฎการอนุรักษพ์ ลงั งานกลา่ วว่า พลังงานไม่สามารถสร้างหรือสูญหายไปได้ แต่สามารถเปลี่ยน
จากพลังงานหน่ึงไปเปน็ อีกพลงั งานหน่งึ ได้ หรอื อาจถา่ ยโอนไปยังระบบหนงึ่ ได้

หนังสือเรยี นรายวิชาพน้ื ฐานวทิ ยาศาสตรและเทคโนโลยี ม. 2 เลม 2 27

กจิ กรรมประจำ�หนว่ ย

ทบทวนค�ำ ศพั ท์และหลกั การทางวทิ ยาศาสตร์

1. ความหมายของงานทางวิทยาศาสตรค์ ืออะไร
2. ก�ำลงั สมั พันธ์กับงานอย่างไร
3. หลักการของงานเกย่ี วขอ้ งกบั เคร่อื งกลอย่างไร
4. พลงั งานกลคืออะไร แบ่งไดก้ ่ีประเภท
5. พลงั งานที่เกิดขึ้นเมื่อวตั ถุเคลื่อนทเ่ี รยี กว่าอะไร
6. พลังงานศกั ยโ์ น้มถว่ งเกดิ ขึน้ เมื่อใด และมคี ่ามากหรอื น้อยขน้ึ อยกู่ บั ปจั จยั ใด
7. พลังงานสามารถสร้างใหม่หรือสูญหายไปไดห้ รอื ไม่

ทกั ษะสร้างเสริมความเข้าใจทีค่ งทน

1. คนงานยกกลอ่ งนำ�้ หนัก 200 นิวตนั แล้วเดนิ ในแนวระดับ 20 เมตร เขาทำ� งานไดเ้ ทา่ ไร
2. จบ๊ิ ผลกั กลอ่ งใหเ้ คลอื่ นทใ่ี นแนวระดบั ไดร้ ะยะทาง 5 เมตรดว้ ยอตั ราเรว็ คงตวั ในเวลา 5 วนิ าที
จ้อยผลักกล่องเดียวกันกับจ๊ิบโดยผลักระยะทางและอัตราเร็วเท่ากัน แต่ใช้เวลา 7 วินาที
ทั้ง 2 คนใครท�ำงานมากกวา่ และก�ำลงั ของใครมากกว่า
3. วัตถุที่มพี ลังงานศักยโ์ นม้ ถ่วงเปน็ ศูนย์ แสดงว่าวัตถุไมไ่ ดอ้ ยใู่ นสนามโนม้ ถ่วงใชห่ รือไม่

การประยกุ ต์ใช้ในชวี ติ ประจำ�วนั

1. ถ้ามีมอเตอร์ท่ีใช้พลังงานเท่ากัน มีรูปร่างและขนาดเท่ากัน แต่มอเตอร์เคร่ืองที่ 1 สามารถ
ทำ� งานได้ 550 จลู ในเวลา 10 วินาที ขณะทีม่ อเตอรเ์ คร่ืองท่ี 2 ทำ� งานได้ 850 จลู ในเวลา
15 วินาที นกั เรยี นควรเลอื กใชม้ อเตอร์เครือ่ งใด เพราะเหตุใด
2. อธิบายการเปล่ียนแปลงของพลังงานตั้งแต่นักเรียนโยนลูกบอลข้ึนฟ้าในแนวด่ิงจนกระท่ัง
ลกู บอลตกถงึ มอื นกั เรยี นอกี ครง้ั
3. ความรู้เร่ืองกฎการอนุรักษ์พลังงานสามารถน�ำมาใช้แก้ปัญหาในชีวิตประจ�ำวันในเรื่องใด
ยกตัวอย่างประกอบ

28 หนังสอื เรยี นรายวิชาพ้ืนฐานวิทยาศาสตรแ ละเทคโนโลยี ม. 2 เลม 2

บทความชวนคดิ

คำ�ช้ีแจง อา่ นบทความต่อไปนี้แลว้ ตอบคำ�ถาม

รถไฟเหาะ

รถไฟเหาะเป็นเคร่ืองเล่นชนิดหนึ่งในสวนสนุกท่ีได้รับความนิยมมาก เน่ืองจากเป็นเครื่องเล่น
ที่สร้างความสนุกสนานและตื่นเต้นไปพร้อมกัน รถไฟเหาะจะเคลื่อนท่ีจากจุดเร่ิมต้นขึ้นเนินแรกที่มี
ความสูงจากพื้นมากที่สุด จากน้ันรถไฟเหาะจะเคล่ือนท่ีด้วยความเร็วสูงตามเส้นทางที่คดเคี้ยวไปมา
และบางสวนสนุกอาจเพ่ิมความต่ืนเต้นด้วยการมีลูปเพ่ือให้รถไฟเหาะตีลังกาได้ แต่จะมีใครทราบ
หรือไม่ว่า รถไฟเหาะน้ีเคล่ือนที่ด้วยเคร่ืองจักรในช่วงเร่ิมต้นเท่านั้น เม่ือรถไฟเหาะเคลื่อนท่ีลงจาก
เนินแรกแล้ว รถไฟเหาะไม่ได้เคล่ือนท่ีด้วยแรงของเคร่ืองจักรเลย

ที่มา: คลังภาพ วพ.

เมื่อรถไฟเหาะเคลื่อนท่ีลงจากเนินแรกซึ่งเป็นเนินท่ีสูงท่ีสุดจากพ้ืน ความเร็วจะเพิ่มข้ึนจนถึง
จุดต่�ำสุดของเนิน ความเร็วท�ำให้รถไฟเหาะพุ่งต่อไปยังเนินท่ีสองที่มีความสูงลดลงมา ขณะท่ีไต่ข้ึน
เนินที่สองความเร็วจะลดลง

หนังสอื เรียนรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตรและเทคโนโลยี ม. 2 เลม  2 29

คำ�ถามท่ี 1: รถไฟเหาะ
เพราะเหตใุ ด รางของรถไฟเหาะเนินแรกจงึ เปน็ เนินท่มี ีความสงู จากพื้นมากทสี่ ดุ และเนินถดั ไปมีความสูง
ลดลงมาตามล�ำดับ
1. พลังงานกลรวมมีค่าเพ่ิมขึ้น
2. สูญเสียพลังงานไปให้กับแรงเสียดทาน
3. ความเร่งเน่ืองจากแรงโน้มถ่วงของโลกลดลง
4. พลังงานจลน์เปล่ียนไปเป็นพลังงานศักย์โน้มถ่วง

คำ�ถามท่ี 2: รถไฟเหาะ

1

3
4

2
ระดบั อา้ งองิ

จากรูป แสดงแบบจ�ำลองเส้นทางของรางรถไฟเหาะ โดยเนินแรกที่รถไฟเหาะเคล่ือนที่เร่ิมจากหยุดนิ่ง
ที่จุด 1 และให้จุดท่ี 2 เป็นจุดต่�ำสุดและเป็นระดับอ้างอิง จากจุดทั้ง 4 จุดนี้ (1 ถึง 4) จุดใดท่ีรถไฟ
เหาะมีพลังงานจลน์สูงสุด และจุดใดท่ีรถไฟเหาะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงสูงสุด จงอธิบาย

30 หนงั สือเรยี นรายวชิ าพ้นื ฐานวิทยาศาสตรและเทคโนโลยี ม. 2 เลม 2

คำ�ถามที่ 3: รถไฟเหาะ
จากบทความกล่าวว่า “เม่ือรถไฟเหาะเคล่ือนท่ีลงจากเนินแรกแล้ว รถไฟเหาะไม่ได้เคลื่อนท่ีด้วยแรง
ของเครื่องจักรเลย” การปรับเปล่ียนลักษณะต่อไปน้ีท�ำให้รถไฟเหาะสามารถเคลื่อนท่ีบนรางได้นานขึ้น
หรือไม่
จงเขียนวงกลมล้อมรอบค�ำว่า “ใช่” หรือ “ไม่ใช่” ในแต่ละข้อ

การปรับเปลีย่ นลักษณะต่อไปน้ที ำ�ให้รถไฟเหาะสามารถเคลอื่ นท่ีบนราง ใช่ หรอื ไม่ใช่
ได้นานขน้ึ หรอื ไม่
เพม่ิ ความสงู ของเนนิ แรก ใช่/ไมใ่ ช่
เพ่ิมความเร็วในการเคลอื่ นทข่ี องรถไฟเหาะในช่วงก่อนขน้ึ ส่เู นนิ แรก ใช่/ไม่ใช่
ปรับให้เนนิ มคี วามสูง–ต่ำ�สลับกัน ใช/่ ไมใ่ ช่