เล่ม เอกสารพลังงานกล

เอกสารประกอบการเรยี นวิชาฟิสิกส์
เร่อื ง พลังงาน (Energy)

สำหรบั นกั เรยี นชัน้ มัธยมศึกษาปีท่ี 4

จัดทำโดย

นางสาวพมิ พช์ นก เป่ยี งสันเทียะ

60102010710

และ นางสาวอญั ชลี จนั เจอื

60102010721

1

พลังงานเป็นสิ่งที่ไม่สามารถมองเห็นหรือจับต้องได้ แต่เราสามารถที่จะ
รับรู้จากผลของมันได้ เช่น เมื่อเราอยู่ใกล้เตาไฟจะรู้สึกร้อน เนื่องจากมีพลังงาน
ความร้อนเกิดขึ้น หรือ การที่เราเห็นหลอดไฟสว่าง เมื่อพลังงานไฟฟ้าเปลี่ยนเป็น
พลงั งานแสง เป็นตน้

พลังงานที่นำมาใช้ในชีวิตประจำวันมีหลายรูปแบบ เช่น พลังงานกล
พลังงานความร้อน พลังงานไฟฟ้า พลังงานแสง พลังงานเคมี พลังงานนิวเคลียร์
เป็นต้น โดยพลังงาน เป็นสิ่งที่บ่งบอกถึง “ความสามารถในการทำงานของ
วัตถุหรือสสารต่าง ๆ” ส่งผลให้มีการเปลี่ยนแปลงของสสารเกิดขึ้น เช่น
เปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ เปลี่ยนเป็นพลังงานอื่น เปลี่ยนสถานะ เป็นต้น
พลงั งานเป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็นจลู (J)

ในวิชากลศาสตร์จะมีความเกี่ยวข้องกับพลังงาน 2 ประเภท ได้แก่ พลังงาน
ในวัตถุที่ขึ้นอยู่กับตำแหน่งหรือสภาวะของวัตถุ เช่น พลังงานของวัตถุเมื่ออยู่
ในที่สูง พลังงานของสปริงเมื่อยืดออกหรือหดสั้นกว่าปกติ เรียกพลังงานนี้ว่า
พลังงานศักย์ (Potential energy) และพลังงานในวัตถุที่มีการเคลื่อนที่ ซ่ึง
ขึ้นอยู่กับอัตราเร็วของวัตถุ เรียกพลังงานนี้ว่า พลังงานจลน์ (Kinetic
energy) โดยผลรวมของพลังงานศักย์และพลังงานจลน์ในทางกลศาสตร์
เรียกวา่ พลงั งานกล (Mechanical energy)

2
.

คือ พลังงานทีเ่ กย่ี วขอ้ งกับการเคลอื่ นทขี่ องวัตถุ ในขณะทว่ี ัตถุกำลังเคลื่อนทหี่ รอื
พรอ้ มที่จะเคลอื่ นที่ ซ่งึ พลังงานกลเกดิ จากผลรวมของพลงั งานศกั ยแ์ ละพลังงาน
จลน์ในทางกลศาสตร์ พลงั งานงานกล ประกอบดว้ ยพลงั งาน 2 ชนดิ ได้แก่

1. พลงั งานศกั ย์ (Potential energy: Ep )

คอื พลังงานทีถ่ กู เก็บสะสมไว้และพร้อมที่จะนำมาใช้ ซ่ึงพลงั งานข้ี ึน้ อยู่กับตำแหน่ง
หรือสภาวะของวัตถุ แบง่ ออกเปน็ 2 ประเภท ไดแ้ ก่

1.1 พลงั งานศกั ย์โน้มถว่ ง (Gravitational Potential Energy)

คือ พลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุ เกิดจากแรงโน้มถ่วงและตำแหน่งของวัตถุ
ตามระดับความสงู

เมื่อปล่อยวัตถุซึ่งอยู่สูงจากพื้นเป็นระยะ h ให้เคลื่อนที่ตกลงมา พบว่า เกิดงาน
เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกต่อวัตถุ มีค่าเท่ากับ mgh แสดงว่า วัตถุที่อยู่สูงจาก
พื้นเป็นระยะ h มีพลังงาน เพราะว่า สามารถทำงานได้ เรียกว่า พลังงานศักย์โนม้
ถว่ ง หาไดจ้ ากสมการ

Ep = mgh

เม่ือ Ep แทน พลังงานศกั ย์โน้มถว่ ง มีหน่วยเปน็ จูล (J)
m แทน มวลของวตั ถุ มหี นว่ ยเป็น กิโลกรัม (kg)
g แทน ความเรง่ เนอ่ื งจากแรงโน้มถ่วงของโลก มคี ่าประมาณ 9.8 m/s2
h แทน ระยะหรือความสงู จากระดบั อ้างองิ มหี น่วยเปน็ เมตร (m)

3
.

1.2 พลงั งานศกั ยย์ ดื หยุ่น (Elastic Potential Energy)

คือ พลังงานศักยข์ องสปริงขณะทย่ี ดื ออกหรือหดเข้าจากตำแหน่งสมดุล
หาได้จากสมการ

Eps = 1 kx2
2

เมอ่ื Eps แทน พลังงานศกั ยย์ ืดหยุ่น มหี น่วยเป็น จูล (J)
x แทน ระยะทางของสปรงิ ท่ีถูกแรงกระทำให้สปริงยดื ออกหรอื หดเขา้ จาก
ตำแหนง่ สมดลุ มหี น่วยเปน็ เมตร (m)
k แทน คา่ นจิ สปริง มหี น่วยเป็นนวิ ตันต่อเมตร (N/m) โดยท่ี F

x

ตัวอย่างการเกดิ พลงั งานศักย์ในชวี ิตประจำวัน

การกระโดดบันจ้จี มั พ์ การนง่ั อยบู่ นทส่ี ูง

การดึงมวลทีต่ ดิ สปรงิ

4
.

2. พลังงานจลน์ (Kinetic energy)

คือ พลังงานที่สะสมอยใู่ นวตั ถุ ขณะท่วี ตั ถมุ วล m กำลงั เคลื่อนที่ด้วยอัตราเรว็ v

หาไดจ้ ากสมการ

Ek = 1 mv2
2

เม่อื Ek แทน พลังงานจลน์ มีหน่วยเปน็ จลู (J)
m แทน มวลของวัตถุ มีหน่วยเป็น กิโลกรัม (kg)
v แทน อตั ราเร็วของวตั ถุ มหี น่วยเปน็ เมตรต่อวินาที (m/s)

ตัวอยา่ งการเกดิ พลงั งานจลน์ในชวี ติ ประจำวัน

ปนั่ จักรยาน คนกำลังว่ิง

เรอื กำลงั แลน่

งานและพลังงานจลน์มคี วามสัมพันธก์ นั ดังน้ี งานท่ีทำโดยแรงลัพธ์มคี ่า
เทา่ กบั พลังงานจลนข์ องวตั ถุท่ีเปล่ียนไป

หรือ W = ∆ = mv22- mv12


5
.

กฎการอนรุ กั ษ์พลงั งาน (Law of conservation of energy)

กลา่ ววา่ พลงั งานรวมจะไม่สญู หาย แต่สามารถเปลย่ี นรูปจากพลงั งานหนึ่ง
ไปเป็นอกี พลังงานหนึ่งได้ โดยท่ผี ลรวมของพลังงานยังคงเดิม

สำหรับการอนุรักษ์พลังงานกลจะเกิดเมื่อไม่มีแรงภายนอกกระทำต่อวัตถุ
ทำให้ผลรวมของพลังงานศักย์และพลังงานจลน์ทุกตำแหน่งมีค่าคงตัว และกฎ
การอนุรักษ์พลังงานกล นำมาใช้ในการอธิบายและบรรยายการเคลื่อนที่ของ
วตั ถุ เชน่ การเคลือ่ นทภี่ ายใตส้ นามโน้มถว่ ง เป็นตน้

ภาพแสดงกฎการอนุรกั ษพ์ ลังงานที่พบในชีวติ ประจำวนั

6
.

กจิ กรรม รถไฟเหาะนา่ ทง่ึ สดุ ตะลงึ ในฟสิ กิ ส์

จากคลปิ วดี โี อการเลน่ เครอื่ งเล่นรถไฟเหาะ จงอภปิ รายวา่ การเคลอื่ นทข่ี อง
รถไฟเหาะเกย่ี วขอ้ งกบั เรอื่ งของพลังงานอยา่ งไร?

......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................

7
.

แบบฝึกหดั

1. นกั กฬี ากระโดดน้ำมวล 50 กิโลกรมั กระโดดนำ้ ทีต่ ำแหนง่ ต่างกนั
จงคำนวณหาพลงั งานศักยข์ องนกั กฬี า เมือ่

1) ยนื ท่ีพ้ืนขอบสระนำ้
2) ยนื ที่ระดบั สูง 4 เมตรจากขอบสระน้ำ
3) ยืนท่รี ะดบั สูง 6 เมตรจากขอบสระน้ำ

......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................

8
.
2. รถยนต์คนั หน่งึ มวล 1,500 กิโลกรมั เคลือ่ นทดี่ ว้ ยความเร็ว 72 กโิ ลเมตรต่อช่วั โมง จง
หาพลงั งานจลน์ของรถยนต์

......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................

3. ตาชั่งสปริงอา่ นคา่ ได้ระหว่าง 0 – 50 นวิ ตนั ยดื ได้ 0.20 เมตร ขณะอ่านค่าได้ 50 นวิ
ตนั ถา้ นำมวลขนาด 3 กิโลกรัมมาแขวนทีป่ ลายตาชั่ง ขณะนัน้ สปรงิ จะมพี ลงั งานศักย์
ยดื หยนุ่ เปน็ เทา่ ไร

......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................

9
.

4. นักกฬี ากระโดดน้ำมวล 50 กิโลกรัม กระโดดลงส่ผู วิ นำ้ ดว้ ยความเรว็ 10 เมตรต่อวนิ าที
จงหาพลงั งานจลนจ์ ากการเคลือ่ นที่ของนักกฬี า

......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................

5. จงหาปรมิ าณพลงั งานศกั ยข์ องลกู มะพร้าวทีอ่ ย่บู นตน้ สงู 6 เมตร เมอ่ื
1) ลกู มะพร้าวมมี วล 0.5 กโิ ลกรมั
2) ลกู มะพรา้ วมีมวล 1.0 กโิ ลกรมั

......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................