นาย สิปป นนท์ วงชัยเพ็ง ครู คศ. 1 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ โรงเรียนปทุมวิไล

1. นายสิปปนนท์ วงชัยเพ็ง ครู คศ.1 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ โรงเรียนปทุมวิไล อำเภอเมือง จังหวัดปทุมธานี สำนักงานเขตพื้นที่การศึกษามัธยมศึกษา เขต 1

2. งานในทางฟิสิกส์ เป็นผลจากการออกแรงกระทำต่อวัตถุแล้วทำให้วัตถุเคลื่อนที่ตามแนวแรงนั้น ดังนั้นขนาดของงานที่ได้จะหาได้จากผลคูณระหว่างแรงที่กระทำกับระยะที่วัตถุเคลื่อนที่ได้( ระยะทางขนานกับแรง ) และเป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็น นิวตัน.เมตร ( N.m )หรือ จูล ( J ) กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงกับระยะการกระจัดบอกให้ทราบขนาดของงานจากพื้นที่ใต้กราฟ กำลัง คือ อัตราการทำงาน และเป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็นวัตต์ ( W ) พลังงาน ความสามารถในการทำงาน ที่จะทำให้วัตถุนั้นเกิดการเปลี่ยนแปลง เช่น พลังงานกล พลังงานแสง และพลังงานนิวเคลียร์ เป็นต้น พลังงานกลเป็นพลังงานที่เกิดจากผลของแรงทำให้พร้อมจะเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ หรือเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ มีอยู่ 2 ชนิด คือ พลังงานจลน์ และพลังงานศักย์ พลังงานจลน์ที่อยู่ในวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ ขึ้นอยู่กับมวลและขนาดของความเร็วของวัตถุ

3. พลังงานศักย์จะสะสมอยู่ในวัตถุที่พร้อมจะเคลื่อนที่หรือพร้อมจะทำงานและพลังงานศักย์ที่ขึ้นกับตำแหน่งในสนามโน้มถ่วง เรียก พลังงานศักย์โน้มถ่วง พลังงานศักย์ยืดหยุ่น คือ พลังงานที่สะสมอยู่ในสปริงที่ทำให้สปริงยืดออกหรือหดเข้าจากตำแหน่งสมดุล “ พลังงานในระบบ จะไม่สูญหาย แต่พลังงานสามารถที่จะเปลี่ยนรูปได้ ดังนั้นพลังงานของระบบหนึ่งจะมีค่าคงที่” เราเรียกหลักการนี้ว่า การอนุรักษ์พลังงาน ดังนั้นในเครื่องกลใดๆ ที่นำมาใช้งาน แล้วงานที่ได้ จากการทำงานไปนั้น ไม่เท่าเดิม เป็นผลสืบเนื่องมาจาก การเปลี่ยนรูปไปเป็นพลังงานรูปอื่น เมื่อรวมพลังงานนั้นแล้วก็จะเป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน ในเครื่องกลใดๆ ที่นำมาใช้งาน แล้วงานที่ได้ จากการทำงานไปนั้น ไม่เท่าเดิม เป็นผลสืบเนื่องมาจาก การเปลี่ยนรูปไปเป็นพลังงานรูปอื่น เมื่อรวมพลังงานนั้นแล้วก็จะเป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน ประสิทธิภาพของเครื่องกลจะมีค่ามากหรือน้อยจึงขึ้นอยู่กับว่า มีการสูญเสียไปเป็นพลังงานในรูปอื่นมากน้อยต่างกันอย่างไร ถ้าสูญเสียไปเป็นพลังงานรูปอื่นที่เราไม่ต้องการมาก แสดงว่าประสิทธิภาพของเครื่องกลก็จะต่ำ

4. สำรวจตรวจสอบ อธิบาย และคำนวณเกี่ยวกับงานและกำลัง • สำรวจตรวจสอบ อภิปราย และคำนวณเกี่ยวกับพลังงาน ความสัมพันธ์ระหว่างงานและพลังงาน • สืบค้นข้อมูล และอธิบายเกี่ยวกับกฎการอนุรักษ์พลังงาน เครื่องกลและรวม ไปถึงกฎการอนุรักษ์พลังงานรูปอื่น

5. บอกความแตกต่างของความหมายของงานในชีวิตประจำวัน กับงานในวิชาฟิสิกส์ได้ • บอกความสัมพันธ์ของแรงกับงานได้ • บอกได้ว่างานเป็นปริมาณเกลาร์ และมีหน่วยเป็นจูล • บอกความหมายของงานของแรงที่เป็นบวกและงานของแรงที่เป็นลบได้ • คำนวณหางานของแรงที่ใช้ในการเคลื่อนที่ของวัตถุในแนวตรงเมื่อกำหนดแรง และการกระจัดของวัตถุ ทั้งกรณีที่อยู่ในแนวเดียวกันและทำมุมต่าง ๆ • คำนวณหางานโดยพื้นที่ใต้กราฟ • บอกความหมายของกำลังและคำนวณหากำลังงานได้

6. บอกความหมายของพลังงานจลน์ได้บอกความหมายของพลังงานจลน์ได้ • บอกความสัมพันธ์ของงานกับพลังงานจลน์ และคำนวณหาปริมาณต่างๆ ที่เกี่ยวข้องได้ • บอกความหมายของพลังงานศักย์โน้มถ่วงได้ • บอกความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงานศักย์โน้มถ่วงได้ • บอกความหมายของพลังงานศักย์ยืดหยุ่นได้ • บอกความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงานศักย์ยืดหยุ่นได้

7. บอกความหมายของกฎการอนุรักษ์พลังงานได้ • นำกฎการอนุรักษ์พลังงานไปอธิบายการเคลื่อนที่ในลักษณะต่างๆ ได้ • นำหลักการประหยัดพลังงานไปใช้ในชีวิตประจำวันได้ • นำหลักการเรื่องพลังงานไปอธิบายเรื่องเครื่องกล ประสิทธิภาพของเครื่องกล • บอกความหมายของแหล่งพลังงานและการใช้พลังงานอย่างประหยัด

8. งาน • การหางานโดยวิธีการคำนวณจากพื้นที่ใต้กราฟระหว่างแรงที่กระทำต่อวัตถุและการกระจัดของวัตถุ • กำลัง • พลังงาน • พลังงานจลน์ • ความสัมพันธ์ของงานกับพลังงานจลน์ • พลังงานศักย์โน้มถ่วง • พลังงานศักย์ยืดหยุ่น • กฎการอนุรักษ์พลังงาน • เครื่องกล

9. กวิยา เนาวประทีป (2548). เทคนิคการเรียนฟิสิกส์ งานและพลังงาน. กรุงเทพฯ : สำนักพิมพ์ ฟิสิกส์เซนเตอร์. ช่วง ทมทิตชงค์และคณะ. (2540). คู่มือเตรียมสอบฟิสิกส์ 2 ว 026. กรุงเทพฯ : โรงพิมพ์ธีรพงษ์การพิมพ์. ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, สถาบัน. (2547). หนังสือเรียน สาระการเรียนรู้พื้นฐานและเพิ่มเติม ฟิสิกส์ เล่ม 1. กรุงเทพฯ : โรงพิมพ์คุรุสภาลาดพร้าว. ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, สถาบัน. (2544). หนังสือเรียน วิชาฟิสิกส์ 1 ว 422. กรุงเทพฯ : โรงพิมพ์คุรุสภาลาดพร้าว. ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, สถาบัน. (2543). หนังสือเรียน วิชาฟิสิกส์ 2 ว 026. กรุงเทพฯ : โรงพิมพ์คุรุสภาลาดพร้าว.

10. งานและพลังงาน (Work and Energy) Enter

11. 1 of 12 งาน หมายถึงผลของการออกแรงกระทำต่อวัตถุแล้วทำให้วัตถุเคลื่อนที่ตามแนวแรงมีหน่วยเป็นจูล( J ) จะได้ W = F. s เมื่อ W = งานที่ทำได้ มีหน่วยเป็นจูล ( J ) F = แรงที่กระทำต่อวัตถุ มีหน่วยเป็นนิวตัน ( N ) S = ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ มีหน่วยเป็นเมตร ( m )

12. ทิศทางการเคลื่อนที่ F S 2 of 12 กรณีที่ 1 งานที่ทำคือ W = F. S

13. 3 of 12 ทิศทางการเคลื่อนที่ F  S กรณีที่ 2 งานที่ทำคือ W = Fcos. S W = FScos

14. F ทิศทางการเคลื่อนที่ S S 4 of 12 กรณีที่ 3 งานที่ทำคือ W = 0

15. 5 of 12 ทิศทางการเคลื่อนที่ F S กรณีที่ 4 งานที่ทำคือ W = มีค่าติดลบ

16. 6 of 12 ตัวอย่างการคำนวณ ตัวอย่างที่ 1 ชายคนหนึ่งหิ้วถังน้ำหนัก 200 นิวตัน เคลื่อนที่ไปบนพื้นราบได้ระยะทาง 10 เมตร จงหางานในการหิ้วถังน้ำ

17. 7 of 12 เฉลย งานในทางฟิสิกส์นั้น วัตถุต้องเคลื่อนที่ตามแนวแรงที่กระทำต่อวัตถุ จากรูปจะเห็นว่าถังน้ำจะอยู่นิ่ง เมื่อออกแรง ( F ) หิ้วถัง แต่ระยะทาง 10 เมตรเป็นผลจากแรงเดิน ดังนั้น งานในการหิ้วถังน้ำจึงเป็นศูนย์ พิสูจน์จากการคำนวณ ได้ดังนี้ จาก W = ( Fcos90 ) ( S ) = ( 200 )( 0 ) ( 10 ) = 0

18. ชายหนุ่มผลักหนังสือมวล 20 กิโลกรัม โดยออกแรงทั้งหมด 50 นิวตัน และลังหนังสือเคลื่อนไปได้ 5 เมตร ชายหนุ่มทำงานได้กี่จูล Section 1 Title ตัวอย่างที่ 2 10 of 12

19. Section 1 Title โจทย์กำหนด แรง = 50 นิวตัน การกระจัด = 5 เมตร โจทย์ถามงาน (มวลของลังไม่เกี่ยวข้อง) จาก W = FxS) = ( 50 )( 5 ) = 250 จูล เฉลย 10 of 12

20. F 3 m 4 m ตัวอย่างที่ 3 Section 1 Title ชายคนหนึ่งดึงวัตถุหนัก 5 N เคลื่อนที่บนพื้นเอียงที่มีแรงเสียดทานน้อยมาก ดังรูป จงหางานที่ทำ 8 of 12

21. เฉลย Section 1 Title 1. นักเรียนต้องหาแรง ( F ) ที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ไปตามพื้นเอียงมีค่าเท่าไร 2. แรงเสียดทานน้อยมาก  f = 0 3. ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ตามแนวแรงคือ 5 เมตร จาก W = F. S W = F ( 5 ) ………. ( 1 ) หา F ที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ จะได้ F = mgsin ,( แรงซ้าย = แรงขวา ) แทนค่า F ใน ( 1 ) W = ( mgsin ) ( 5 ) = ( 5 ) ( 3/5 ) ( 5 ) = 15 J 9 of 12

22. การหางาน ด้วยวิธีคำนวณจากพื้นที่ใต้กราฟ เนื่องจากงาน เป็นผลของแรงที่กระทำต่อวัตถุแล้วทำให้วัตถุเคลื่อนที่ตามแนวแรง W = F. S ดังนั้น งาน(W)จะขึ้นอยู่กับ แรง(F)และ ระยะทาง (S)ที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ตามแนวแรง 1 of 8

23. กราฟที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรง ( F ) และการขจัด ( S ) จะบอกให้ทราบขนาดของงานที่ทำโดยพิจารณาจากพื้นที่ใต้กราฟดังนี้ 2 of 8

24. F (N) S (m) 1. เมื่อมีแรงขนาดคงตัว งานที่ทำ = พื้นที่สี่เหลี่ยมใต้กราฟ 3 of 8

25. F (N) S (m) 2. เมื่อแรงมีขนาดเพิ่มขึ้นอย่างคงตัว งานที่ทำ = พื้นที่สามเหลี่ยมใต้กราฟ 4 of 8

26. F (N) S (m) 3. แรงมีขนาดเปลี่ยนแปลงกับเวลา งานที่ทำ = งานที่ทำ = หรือ งานที่ทำ = แรงเฉลี่ย x การกระจัด 5 of 8

27. F (N) 10 (1) (3) (2) S (m) 5 25 60 0 ตัวอย่าง จงหางานเนื่องจากความสัมพันธ์ระหว่างแรงกับการกระจัดดังรูป 6 of 8?

28. เฉลย งานที่ทำ = พ.ท.ใต้กราฟ = พ.ท.สี่เหลี่ยมคางหมู = ½( ผลบวกของด้านคู่ขนาน)(สูง) = ½( 60 +20 ) ( 10 ) งานที่ทำ = 400 จูล 7 of 8

29. Code: 2.6 หรือ หาจาก งานที่ทำ = พื้นที่ใต้กราฟ = พ.ท. (1) + พ.ท. (2) + พ.ท. ( 3 ) = ½( 5 )(10) + (20)(10) + ½(35)(10) = 25 + 200 + 175 งานที่ทำ = 400 จูล 8 of 8

30. กำลัง (Power) กำลัง คือ ปริมาณงานที่ทำได้ในหนึ่งหน่วยเวลามีหน่วยเป็น วัตต์ ( Watt ) 1 of 8

31. Code: 3.2 เมื่อ P คือ กำลังมีหน่วยเป็นวัตต์ ( Watt ) W คือ งานที่ทำได้มีหน่วยเป็นจูล ( J ) t คือช่วงเวลาที่ใช้มีหน่วยเป็นวินาที ( s ) 2 of 8

32. Code: 3.3 ในกรณีที่วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ เนื่องจาก แรง F กำลังที่ใช้คือ Section 3 Title 3 of 8

33. Code: 3.4 เมื่อ P คือ กำลังมีหน่วยเป็นวัตต์ (Watt) F คือ แรงที่ทำมีหน่วยเป็นนิวตัน (N) v คือ ความเร็วเฉลี่ยมีหน่วยเป็นเมตร ต่อวินาที (m/s) 4 of 8

34. ตัวอย่างที่ 1 นักกายกรรมหนัก 750 นิวตัน ไต่เชือกขึ้นสูง 5 เมตร ในเวลา 25 วินาที กำลังที่เขาใช้เป็นกี่วัตต์ 5 of 8

35. Code: 3.6 เฉลย จาก เมื่อ W = F.s = mg.s = ( 750 )(5) = 3750 J 6 of 8

36. ตัวอย่างที่ 2 เครื่องยนต์ของเรือลำหนึ่งมีกำลัง 3 กิโลวัตต์ สามารถทำให้เรือแล่นได้ด้วยอัตราเร็วคงตัว 9 กิโลเมตรต่อชั่วโมง จงหาแรงจากเครื่องยนต์ที่ทำให้เรือลำนี้แล่น 7 of 8

37. เฉลย จาก 8 of 8

38. พลังงานและพลังงานจลน์พลังงานและพลังงานจลน์ พลังงาน ( Energy ) ในวิชาฟิสิกส์กำหนดว่า พลังงานเป็นสมบัติอย่างหนึ่งของระบบ ที่บ่งถึงขีดความสามารถในการทำงาน พลังงานมีหลายรูปแบบ เช่น พลังงานกล พลังงานเคมี พลังงานแผ่รังสี พลังงานไฟฟ้า พลังงานนิวเคลียร์ เป็นต้น พลังงานต่างๆจะมีความสัมพันธ์ระหว่างกัน ในทางฟิสิกส์จำแนกพลังงานกลออกเป็น 2 ประเภท คือ พลังงานจลน์ และ พลังงานศักย์ 1 of 4

39. พลังงานจลน์ ( Kinetic Energy , Ek ) พลังงานของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ เรียกว่า พลังงานจลน์ ( Ek ) เมื่อ = พลังงานจลน์ของวัตถุ มีหน่วยเป็น จูล ( J ) m = มวลของวัตถุ มีหน่วยเป็น กิโลกรัม ( kg ) v = ความเร็วของวัตถุ มีหน่วยเป็น เมตรต่อวินาที ( m/s ) 2 of 4

40. ตัวอย่าง ลูกปืนมวล 0.002 kg เคลื่อนที่ออกจากลำกล้องปืนซึ่งยาว 0.80 m ด้วยอัตราเร็ว 400 m/s จงหาพลังงานจลน์ของลูกปืน 3 of 4

41. เฉลย จาก 4 of 4

42. Code: 5.1 ความสัมพันธ์ระหว่าง งานและพลังงานจลน์ ถ้าเราทำให้วัตถุที่กำลังเคลื่อนที่อยู่นั้นไปทำงานอย่างหนึ่งปริมาณงานที่ทำได้ทั้งหมดจะเท่ากับพลังงานจลน์ของวัตถุนั้นเปลี่ยนไป 1 of 6

43. เมื่อ W = ปริมาณงานที่ทำ มีหน่วยเป็น จูล ( J ) = พลังงานจลน์ที่เปลี่ยนไป มีหน่วยเป็น จูล ( J ) 2 of 6

44. ตัวอย่างที่ 1 รถยนต์มวล 800 กิโลกรัม ขณะแล่นด้วยความเร็ว 72 กิโลเมตรต่อชั่วโมง คนขับใช้ห้ามล้อ รถเคลื่อนที่ต่อไปอีก 10 เมตรจึงหยุดนิ่ง งานเนื่องจากแรงต้านที่ทำให้รถหยุดมีค่าเท่าใด 3 of 6

45. เฉลย งานเนื่องจากแรงต้านให้รถหยุดเท่ากับ 1.6 x 104 จูล ตอบ 4 of 6

46. ตัวอย่างที่ 2 ออกแรง 20.0 นิวตัน ดึงวัตถุให้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว บนพื้นที่มีแรงเสียดทานได้การกระจัด 3.0 เมตร จงหางานที่ทำโดยแรงเสียดทาน 5 of 6

47. เฉลย งานที่ทำโดยแรงเสียดทาน เท่ากับ 60 จูลตอบ 6 of 6

48. Code: 6.1 พลังงานศักย์โน้มถ่วง พลังงานศักย์ซึ่งเป็นพลังงานประเภทหนึ่งของพลังงานกลในทางฟิสิกส์คือ พลังงานที่มีอยู่ในวัตถุอันเนื่องมาจากตำแหน่งของวัตถุ พลังงานศักย์โน้มถ่วงคือพลังงานของวัตถุซึ่งอยู่ในที่สูง เกิดขึ้นเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกกระทำต่อวัตถุนั้น 1 of 4

49. เมื่อ เมื่อ Epคือ พลังงานศักย์โน้มถ่วง มีหน่วยเป็น จูล ( J ) m คือ มวลของวัตถุ มีหน่วยเป็น กิโลกรัม ( kg ) g คือ ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง มีหน่วยเป็น เมตรต่อวินาทียกกำลังสอง ( m/s2 ) h คือ ความสูงของวัตถุจากพื้น มีหน่วยเป็น เมตร ( m ) 2 of 4

50. ตัวอย่าง นักกายกรรมหนัก 600 นิวตัน ไต่เชือกที่แขวนอยู่ในแนวดิ่งขึ้นไปสูง 10 เมตร จากพื้นดิน จงหาพลังงานศักย์โน้มถ่วงเมื่อเขาอยู่ที่จุดสูง 10 เมตรจากพื้นดิน 3 of 4