Home
Education
Classroom
Knowledge
Blog
TV
ธรรมะ
กิจกรรม
โครงการทรูปลูกปัญญา

กฎการอนุรักษ์พลังงาน

Posted By Thananthorn | 04 พ.ย. 60
21,946 Views

  Favorite

ชีวิตประจำวันของคนเราล้วนแต่มีความเกี่ยวข้องและจำเป็นต้องใช้พลังงานในการขับเคลื่อนสิ่งต่าง ๆ ทำให้บางครั้งเราอาจได้ยินคำพูดที่ว่า ภาวะขาดแคลนพลังงาน และการสรรหาแหล่งพลังงานทดแทน ซึ่งมีน้อยคนจะเข้าใจความจริงว่า พลังงานนั้นเป็นสิ่งที่เราไม่สามารถสร้างขึ้นได้เอง ไม่สามารถทำให้สูญสลายไปได้ เพียงแต่พลังงานสามารถเปลี่ยนรูปไปเป็นพลังงานรูปแบบอื่น ๆ ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน

 

ในกรณีพลังงานกลที่พบเห็นในชีวิตประจำวันโดยทั่วไปและสามารถสังเกตได้ง่าย คือ การเปลี่ยนรูประหว่างพลังงานศักย์กับพลังงานจลน์ เช่น การที่สิ่งของร่วงตกลงที่สูง

ภาพ : Pixabay

 

พลังงานศักย์ (Potential Energy, PE)

พลังงานศักย์ หมายถึง พลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุ ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของวัตถุนั้น ๆ พลังงานศักย์ที่ควรทราบ ได้แก่

1. พลังงานศักย์โน้มถ่วง เป็นพลังงานที่สะสมในตัววัตถุ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก ซึ่งมีความสัมพันธ์กับระดับความสูงจากผิวโลก ตามสมการ

Ep = mgh

Ep หมายถึง พลังงานศักย์ มีหน่วยเป็น จูล (J) หรือ นิวตันเมตร (N.m)
m หมายถึง มวล มีหน่วยเป็น กิโลกรัม (Kg)
g หมายถึง ค่าความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก มีค่าประมาณ 9.8 เมตรต่อวินาที (m/s2)
h หมายถึง ระยะความสูงเมื่อวัดจากจุดอ้างอิง มีหน่วยเป็น เมตร (m)

 

ภาพ : Pixabay

 

2. พลังงานศักย์ยืดหยุ่น เป็นพลังงานศักย์ที่สะสมอยู่ในวัตถุในรูปของความยืด หด หรือบิดงอ ยกตัวอย่างเช่น สปริง นาฬิกาไขลาน ยางยืด มีความสัมพันธ์ดังสมการ

 

Ep=1/2ks2

Ep หมายถึง พลังงานศักย์ มีหน่วยเป็น จูล (J) หรือ นิวตันเมตร (N.m)
k หมายถึง ค่านิจสปริง เป็นค่าบอกสภาพความยืดหยุ่นของวัตถุ มีหน่วยเป็น นิวตันต่อเมตร (N/m)
s หมายถึง ระยะยืดของวัตถุ เมื่อวัดจากจุดสมดุล

ภาพ : Pixabay

 

พลังงานจลน์ (Kinetic Energy, KE)

พลังงานจลน์ หมายถึง พลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุอันเนื่องจากอัตราเร็วของวัตถุ ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของวัตถุ ใช้สัญลักษณ์ (Ek) เราสามารถหาพลังงานจลน์ได้จาก ปริมาณงานที่ทำได้ทั้งหมดของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ไปทำงานอย่างหนึ่งจนกระทั่งวัตถุหยุดนิ่ง ดังความสัมพันธ์ตามสมการ

Ek = 1/2mv2

Ek หมายถึง พลังงานจลน์ มีหน่วยเป็น จูล (J) หรือนิวตันเมตร (N.m)
m  หมายถึง มวล มีหน่วยเป็น กิโลกรัม (Kg)
v  หมายถึง ความเร็ว มีหน่วยเป็น เมตรต่อวินาที (m/s)

 

พลังงานศักย์และพลังงานจลน์นี้ต่างก็เป็นพลังงานทางด้านกลศาสตร์ โดยพลังงานศักย์สามารถเปลี่ยนรูปไปเป็นพลังงานจลน์และพลังงานจลน์ก็สามารถเปลี่ยนรูปไปเป็นพลังงานศักย์ได้ ยกตัวอย่างการปล่อยให้วัตถุตกจากหยุดนิ่งในตำแหน่งที่สูงจากพื้นดิน ตอนแรกวัตถุมีความสูง นั่นคือ มีพลังงานศักย์ แต่เมื่อเคลื่อนที่ลงมาโดยมีความเร็วเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เวลานั้นพลังงานศักย์ของวัตถุกลายเป็นพลังงานจลน์ หรือในการโยนวัตถุขึ้นไปในแนวดิ่ง ในขั้นแรกวัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว จากนั้นความเร็วจะลดลงเรื่อย ๆ เมื่อถึงจุดสูงสุดความเร็วของวัตถุจะกลายเป็น 0 แสดงถึงพลังงานจลน์ที่เปลี่ยนรูปกลายเป็นพลังงานศักย์ แล้วจึงตกลงมาด้วยความเร็วเท่ากันแต่ทิศทางตรงข้ามที่ระดับอ้างอิงเดียวกัน ขณะวัตถุตกลงมานั้นพลังงานศักย์จะกลายเป็นพลังงานจลน์อีกครั้ง

 

ดังกราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงระหว่างพลังงานศักย์กับพลังงานจลน์ เทียบกับเวลา เมื่อทดลองโยนวัตถุมวล 1 กิโลกรัมในแนวดิ่งด้วยความเร็วต้น 30 เมตรต่อวินาที โดย ให้ PE คือ พลังงานศักย์  KE คือ พลังงานจลน์

ภาพ : Thananthorn


จะได้ผลรวมของพลังงานที่เท่ากันเสมอ ในระบบปิด ซึ่งเป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน นั่นคือ
E1=E2

 

เราสามารถนำความรู้เรื่องการเปลี่ยนรูปของพลังงานนี้ไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การผลิตกระแสไฟฟ้า การสร้างเขื่อนเพื่อกักเก็บน้ำให้อยู่ในระดับสูง มวลน้ำจะสะสมพลังงานในรูปพลังงานศักย์โน้มถ่วง เมื่อเขื่อนปล่อยน้ำให้ไหลลงมาจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจนล์ไปหมุนกังหัน ซึ่งมีกลไกของขดลวดและสนามแม่เหล็กอยู่ ทำให้เกิดพลังงานไฟฟ้า ซึ่งเป็นพลังงานที่สามมารถขนส่งและเปลี่ยนรูปไปเป็นพลังงานรูปอื่น ๆ ต่อไปได้ง่าย เพื่ออำนวยความสะดวกต่อผู้คนในชีวิตประจำวัน

ภาพ : Pixabay

 

 

ภาพปก : Pixabay

 

 

เว็บไซต์ทรูปลูกปัญญาดอทคอมเป็นเพียงผู้ให้บริการพื้นที่เผยแพร่ความรู้เพื่อประโยชน์ของสังคม ข้อความและรูปภาพที่ปรากฏในบทความเป็นการเผยแพร่โดยผู้ใช้งาน หากพบเห็นข้อความและรูปภาพที่ไม่เหมาะสมหรือละเมิดลิขสิทธิ์ กรุณาแจ้งผู้ดูแลระบบเพื่อดำเนินการต่อไป
Tags
  • Posted By
  • Thananthorn
  • 0 Followers
  • Follow