น้อง ๆ เคยสังเกตกันหรือไม่? สิ่งต่าง ๆ รอบตัวเรา มักมีเรื่องของ “แรงและการเคลื่อนที่” เข้ามาเกี่ยวข้องด้วยเสมอ ตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบันเลย ตัวอย่างเช่น การเดินเรือในมหาสมุทร เกวียนขนส่งสินค้า สัตว์ลากจูง เครื่องจักรทุ่นแรงในโรงงาน รถยนต์ หรือแม้แต่รถไฟเหาะในสวนสนุก
แรงขับเคลื่อนเหล่านี้ เป็นสิ่งมหัศจรรย์ที่เหล่านักฟิสิกส์ให้ความสำคัญและรู้จักกันโดยทั่วไปว่า “พลังงานกล” ซึ่งก็ได้ถูกบรรจุไว้อยู่ในเนื้อหาวิชา GED Science หมวดวิชา Physics ที่น้อง ๆ GED ได้เรียนกันด้วย ในบทความนี้ พี่ The Planner เลยจะขอมาอธิบายหัวข้อเรื่อง “พลังงานกล” ให้น้อง ๆ ได้รู้จักและเข้าใจมากขึ้นกัน
พลังงานกล คืออะไร?
พลังงานกล (Mechanical Energy) คือ พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ โดยในระหว่างที่วัตถุมีการเคลื่อนที่นั้น มันจะเกิดการสะสมพลังงานในตัวเองไปด้วยทั้งในเป็นแนวดิ่งและแนวนอน พลังงานกลนั้น ทางฟิสิกส์ได้แบ่งออกเป็นสองชนิด คือ พลังงานศักย์ และ พลังงานจลน์
- พลังงานศักย์
พลังงานศักย์ (Potential Energy) คือ พลังงานที่สะสมอยู่ในตัววัตถุ เช่น หากรถยนต์จอดอยู่นิ่ง ๆ ก็จะมีพลังงานศักย์มาก ซึ่งพลังงานศักย์ยังสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มย่อยได้อีก ได้แก่
- พลังงานศักย์โน้มถ่วง (Gravitational Potential Energy) เป็นพลังงานศักย์ที่สะสมในวัตถุ “เมื่ออยู่บนที่สูง” และวัตถุนั้นอยู่ในสนามแรงโน้มถ่วงของโลก หากวัตถุยิ่งอยู่สูงมากเท่าไหร่ เมื่อถูกปล่อยลงมาสู่พื้นมันก็จะมีแรงเพิ่มขึ้นมากเท่านั้น
โดยเราสามารถหาค่าพลังงานศักย์โน้มถ่วงได้จากสมการ
Ep=mgh
เมื่อ Ep แทน พลังงานศักย์ของวัตถุ มีหน่วยเป็น จูล (J)
m แทน มวลของวัตถุ มีหน่วยเป็นกิโลกรัม (kg)
g แทน ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก มีค่าเท่ากับ 9.8 เมตร/วินาทียกกำลัง 2
h แทน ระยะหรือความสูงจากระดับอ้างอิง มีหน่วยเป็นเมตร (m)
พลังงานศักย์โน้มถ่วงในชีวิตประจำวัน เช่น การปล่อยตุ้มตอกเสาเข็มในงานก่อสร้างอาคาร การคำนวณการขนน้ำหนักวัตถุของลิฟต์ หรือการคำนวณการกักเก็บน้ำในอ่างเก็บน้ำ เป็นต้น
พลังงานศักย์ยืดหยุ่น (Elastic Potential Energy) เป็นพลังงานที่สะสมในวัตถุที่มีการ “ยืดหยุ่นได้” หากวัตถุสปริงนั้นยิ่งถูกยืดออกมากเท่าไหร่ เมื่อหดกลับมาที่เดิมมันก็จะมีแรงเพิ่มมากขึ้นเท่านั้น
โดยเราสามารถหาค่าพลังงานศักย์ยืดหยุ่นได้จากสมการ
F=ks
เมื่อ F แทน แรงที่กระทำต่อสปริงมีหน่วยเป็น นิวตัน (N)
k แทน ค่านิจของสปริงมีหน่วยเป็น นิวตันเมตร (N m)
x แทน ระยะที่ยืดออกของสปริง มีหน่วยเป็นเมตร (m)
พลังงานศักย์ยืดหยุ่นในชีวิตประจำวัน เช่น การทำสายพานในห้องเครื่องรถยนต์ การสร้างคันธนูเพื่อยิงลูกธนูออกไป หรือการทำสปริงในดินสอกดหรือปากกากด เป็นต้น
- พลังงานจลน์
พลังงานจลน์ (Kinetic Energy) คือ พลังงานของวัตถุในขณะที่วัตถุเคลื่อนที่ เช่น รถยนต์ที่กำลังวิ่งอยู่บนท้องถนน การปล่อยลูกธนูออกจากคันธนู หรือการหมุนของใบพัดพัดลม เป็นต้น
หากวัตถุนั้นยิ่งเคลื่อนที่เร็วมาก ก็จะยิ่งสะสมพลังงานจลน์ไว้มาก เมื่อถูกกระแทกหรือขวางทาง ก็จะยิ่งเกิดความเสียหายมากเช่นกัน เช่น หากรถยนต์ถูกขับไปบนท้องถนนด้วยความเร็วสูง เมื่อมีวัตถุใดเข้ามาขวางทาง ก็จะเกิดอุบัติเหตุเสียหายรุนแรง ตามความเร็วและการสะสมพลังงานของรถที่ขับมานั่นเอง
โดยเราสามารถหาค่าพลังงานจลน์ได้จากสมการ
Ek=1/2mv2
เมื่อ Ek แทน พลังงานจลน์ของวัตถุ มีหน่วยเป็นจูล (J)
m แทน มวลของวัตถุ มีหน่วยเป็นกิโลกรัม (kg)
v แทน อัตราเร็วของวัตถุ มีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที (m/s)
พลังงานจลน์ในชีวิตประจำวัน เช่น การวิ่งของรถยนต์ การวิ่งของรถไฟเหาะ การชกมวย หรือการตีลูกเบสบอล เป็นต้น
ซึ่งทั้งหมดทั้งมวลแล้ว พี่ The Planner ขอสรุปให้เห็นภาพทั้งพลังงานศักย์และพลังงานจลน์แบบเข้าใจง่าย ๆ ดังนี้
“..สมมติวัตถุเป็นรถยนต์ 1 คันที่กำลังวิ่งอยู่บนท้องถนน แน่นอนว่ารถคันนี้กำลังสะสมพลังงานจลน์อยู่ ซึ่งพลังงานจลน์นี้จะลดน้อยลงไปเรื่อย ๆ หากคนขับเริ่มแตะเบรกรถเพื่อชะลอความเร็ว ทำให้กลับกัน รถยนต์คันนี้ก็จะเริ่มสะสมพลังงานศักย์มากขึ้นเรื่อย ๆ แทน และเมื่อคนขับเหยียบเบรกอย่างเต็มที่เพื่อจอดรถ พลังงานศักย์ก็จะถูกสะสมไว้มากที่สุดที่รถหยุดนิ่งนั่นเอง..”
อ่านบทความ เรียน GED ที่ The Planner ดีไหม? คลิกที่นี่
พี่ The Planner ขอเสิร์ฟความรู้ด้านฟิสิกส์ดี ๆ เอาไว้เพียงเท่านี้ก่อนนะคะ สำหรับใครที่อยากฟิตความรู้ ตะลุยโจทย์ข้อสอบ GED Science เข้ม ๆ อย่าลืมมาเจอกันที่คอร์สติวสด GED ที่สถาบัน The Planner Education นะคะ คุณครูและพี่ ๆ แอดมินรอต้อนรับน้อง ๆ อยู่จ้า
สนใจติว A-LEVEL | IGCSE | GED | SAT/GSAT | ACT | IELTS | IB | AP | BMAT | TOEFL-MUIC/MUIDS | CU-TEP | CU-AAT | CU-ARTS | TU-GET | Academic Writing ดูรายละเอียดคอร์สเรียนที่สนใจได้เลย!
