งานและพลังงาน: ฟิสิกส์

ตอนที่ 1: ความหมายของงาน (Work)

• งานจะเกิดเมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุแล้วทำให้วัตถุมีการกระจัด
• ปริมาณงานขึ้นอยู่กับแรงและการกระจัด

แรงที่มีแนวเดียวกับทิศทางการเคลื่อนที่

• งานเป็นผลคูณของแรงและการกระจัดในทิศทางเดียวกัน: W = F⋅s
  • W แทนงาน (หน่วย: นิวตันเมตร หรือ จูล)
  • F แทนแรง (หน่วย: นิวตัน)
  • s แทนการกระจัดตามแนวแรง (หน่วย: เมตร)
• ถ้าแรงมีทิศเดียวกับการกระจัด: แทนค่าแรง (F) เป็นบวก
• ถ้าแรงมีทิศตรงข้ามกับการกระจัด: แทนค่าแรง (F) เป็นลบ

แรงที่ไม่ได้อยู่ในแนวเดียวกับทิศทางการเคลื่อนที่

• งานเป็นผลคูณของแรง การกระจัด และโคไซน์ของมุมระหว่างเวกเตอร์ของแรงและการกระจัด: W = F cos θ × s
  • θ คือมุมระหว่างแรงและการกระจัด

ตอนที่ 2: ลักษณะของงาน

• งานเป็นค่าบวก: แรง (F) มีแนวเดียวกับทิศทางการเคลื่อนที่
• งานเป็นค่าลบ: แรง (F) ไม่ได้อยู่ในแนวเดียวกับทิศทางการเคลื่อนที่
• งานเป็นค่าศูนย์: แรง (F) ตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่

ตอนที่ 3: รูปแบบของงาน

• แรง (F) มีแนวเดียวกับทิศทางการเคลื่อนที่ (มี 2 แนว คือ แนวราบและแนวดิ่ง)

ตอนที่ 4: กำลัง

• กำลัง (P) คือ อัตราส่วนของงานต่อเวลา: P = W/t
  • P แทนกำลัง (หน่วย: วัตต์)
  • W แทนงาน (หน่วย: จูล)
  • t แทนเวลา (หน่วย: วินาที)
• กำลังยังสามารถคำนวณได้จาก: P = F⋅v
  • F แทนแรง (หน่วย: นิวตัน)
  • v แทนอัตราเร็ว (หน่วย: เมตรต่อวินาที)

ตอนที่ 5: พลังงาน

• พลังงานแบ่งเป็น พลังงานจลน์ และ พลังงานศักย์

พลังงานจลน์ (Ek)

• พลังงานที่วัตถุมีเนื่องจากการเคลื่อนที่
• สามารถคำนวณได้จาก: Ek = (1/2)mv²

ตอนที่ 6: กฎอนุรักษ์พลังงานกล

• พลังงานรวมของระบบ (พลังงานศักย์ + พลังงานจลน์) มีค่าคงที่ ถ้าไม่มีแรงภายนอกมากระทำ
• ถ้ามีแรงภายนอก: พลังงานรวมที่จุดเริ่มต้น - งานที่เกิดจากแรงภายนอก = พลังงานรวมที่จุดสุดท้าย

ตอนที่ 7: เครื่องกล

• เป็นเครื่องมือที่ช่วยผ่อนแรง หรือทำให้การทำงานสะดวกขึ้น
• ตัวอย่าง: คาน, พื้นเอียง, รอก, ลิ่ม, สกรู, ล้อและเพลา

กรณีที่ไม่มีการสูญเสียพลังงานเนื่องจากแรงเสียดทาน

• งานที่ให้กับเครื่องกล = งานที่ได้รับ: W1 = W2 หรือ F1 x S1 = F2 x S2

กรณีที่มีการสูญเสียพลังงานเนื่องจากแรงเสียดทาน

• งานที่ให้กับเครื่องกล = งานที่ได้รับ + งานที่สูญเสียไป: W1 = W2 + Wf
  • F1 คือ แรงที่ให้กับเครื่องกล
  • S1 คือ ระยะกระจัดของ F1
  • F2 คือ แรงที่ได้รับจากเครื่องกล
  • S2 คือ ระยะกระจัดของ F2

การได้เปรียบเชิงกล (M.A.)

• บอกว่าเครื่องกลช่วยผ่อนแรงได้หรือไม่

การได้เปรียบเชิงกลทางปฏิบัติ

• อัตราส่วนของขนาดแรงที่ได้จากเครื่องกลต่อขนาดแรงที่ให้เครื่องกล: MA = Fout / Fin = F2 / F1

การได้เปรียบเชิงกลทางทฤษฎี

• อัตราส่วนของการกระจัดที่ให้กับเครื่องกลต่อการกระจัดที่ได้จากเครื่องกล: MA = Sin / Sout = S1 / S2

ประสิทธิภาพของเครื่องกล (Eff หรือ Efficency)

• บอกความสามารถในการทำงานของเครื่องกล: Eff = กำลังที่ได้จากเครื่องกล / กำลังที่ให้กับเครื่องกล
• Eff = (Pout / Pin) x 100% = (P2 / P1) x 100% = (W2 / W1) x 100%

รอก

• มี 2 ลักษณะคือ รอกเดียว และรอกพ่วง

รอกเดียว มี 2 แบบ

• ไม่คิดน้ำหนักของรอกและไม่มีความเสียดทาน
• รอกเดียวตายตัว: F2 = mg , MA = 1
• รอกเดียวเคลื่อนที่: F = mg, MA = 0