O slideshow foi denunciado.
Utilizamos seu perfil e dados de atividades no LinkedIn para personalizar e exibir anúncios mais relevantes. Altere suas preferências de anúncios quando desejar.

บทที่ 5 งานและพลังงาน

32.121 visualizações

Publicada em

บทที่ 5 งานและพลังงาน
5.1 งานและพลังงาน
5.2 กำลัง
5.3 พลังงานจลน์
5.4 พลังงานศักย์
5.5 กฎอนุรักษ์พลังงาน
5.6 เครื่องกล

Publicada em: Ciências
  • Seja o primeiro a comentar

บทที่ 5 งานและพลังงาน

  1. 1. บทที่ 5 งาน และ พลังงาน อ.ณภัทรษกร สารพัฒน์
  2. 2. หัวข้อบรรยาย • แรง และงาน • พลังงาน • กฎการอนุรักษ์พลังงาน • กาลัง • เครื่องกล • แหล่งพลังงาน
  3. 3. งาน และ พลังงาน
  4. 4. งาน ( work ) งาน หรือ งานเชิงกล (Work : W) ในทางฟิสิกส์ คือ ปริมาณของ พลังงานซึง่ถูกส่งมาจากแรงทีก่ระทา ต่อวัตถุให้ เคลือ่นทีไ่ปได้ระยะทางขนาดหนึ่ง งานเป็นปริมาณสเกลาร์ เช่นเดีย푊วกับพล=ังงาน퐹 มีหน∙่วย푙 เอสไอเป็น จูล (J) m 퐹 푙
  5. 5. งาน ( work ) พิจารณาวัตถุมวล m ถูกแรง 퐹 ซงึ่ทามุมกับแนวระดับเป็นมุม q กระทา แล้วเคลื่อนที่ได้การกระจัด l ดังรูป 퐹 โดย 퐹 คงทีทั่ง้ขนาดและทิศทางตลอดการ เคลือ่นที่ m q 퐹 m q 푙
  6. 6. งาน ( work ) 퐹 m q 퐹 m q 푙 นิยาม : งาน ( work ) ที่เกิดจากแรง 퐹 ที่กระทาต่อวัตถุนี้คือ 푊 = 퐹 cos 휃 ∙ 푙 งานมีหน่วยเป็น N.m หรือ J ( จูล ) และมีค่าเป็นได้ทัง้ ศูนย์ , บวก , ลบ สามารถแบ่งออกเป็นกรณีต่างๆได้ดังนี้
  7. 7. 1. งาน : กรณีที่เป็น บวก Motion 퐹 퐹 m m 푙 o จากนิยามของงาน คือ 푊 = 퐹 cos 휃 ∙ 푙 o จะเห็นว่า 퐹 ทามุมกับ 푙 เป็นมุม 0° เมื่อ cos 0° = 1 o ดังนัน้ 푊 = 퐹 cos 0° ∙ 푙 = 퐹 ∙ 푙 มีค่าเป็น บวก
  8. 8. 2. งาน : กรณีที่เป็น ลบ 퐹 m Motion 퐹 m 푙 o จากนิยามของงาน คือ 푊 = 퐹 cos 휃 ∙ 푙 o จะเห็นว่า 퐹 ทามุมกับ 푙 เป็นมุม 180° เมื่อ cos 180° = −1 o ดังนัน้ 푊 = 퐹 cos 180° ∙ 푙 = −퐹 ∙ 푙 มีค่าเป็น ลบ
  9. 9. 3. งาน : กรณีที่เป็น ศูนย์ 퐹 퐹 Motion m m 푙 o จากนิยามของงาน คือ 푊 = 퐹 cos 휃 ∙ 푙 o จะเห็นว่า 퐹 ทามุมกับ 푙 เป็นมุม 90° เมื่อ cos 90° = 0 o ดังนัน้ 푊 = 퐹 cos 90° ∙ 푙 = 0 มีค่าเป็น ศูนย์
  10. 10. ถ้ามีแรงหลายแรงกระทาต่อวัตถุ สามารถหางานได้จากการ พิจารณางานของแรงแต่ละแรง ดังรูป 푙 m 퐹 1 퐹 2 퐹 3 퐹 4 1. งานของแรง 퐹 1 คือ 푊 = 퐹 1 cos 휃1 ∙ 푙 2. งานของแรง 퐹 2 คือ 푊 = 퐹 2 cos 휃2 ∙ 푙 퐹 4 퐹 5 m 퐹 1 퐹 2 퐹 3 퐹 5 4. งาน : กรณีที่แรงหลายแรงกระทา กับวัตถุ
  11. 11. 3. งานของแรง 퐹 3 คือ 푊 = 퐹 3 cos 휃3 ∙ 푙 4. งานของแรง 퐹 4 คือ 푊 = 퐹 4 cos 휃4 ∙ 푙 5. งานของแรง 퐹 5 คือ 푊 = 퐹 5 cos 휃5 ∙ 푙  เมื่อ 휃 เป็นมุมที่ทิศทางของแรงทา มุมกับแนวการ เคลื่อนที่ 푙 ตามลา ดับ งานรวม = ผลรวมของงานเนื่องจากแรงทุกแรงที่กระทาต่อวัตถุ 푊 = 푊퐹 1 +푊퐹 2 +푊퐹 3 +푊퐹 4 +푊퐹 5
  12. 12. 5. การหางานจากพื้นที่ใต้กราฟ • ในการทดลองนั้น เรามักบันทึกในรูปแบบทีเ่ข้าใจง่าย การเขียนกราฟความสัมพันธ์ของฟก์ชัน จากนิยาม ของงาน ซึงเป็สนมควากามรขสัอมงพังานธ์น ข: อง แรง กับ การกระจัด 푊 = 퐹 ∙ 푙 ดังนั้นเราสามารถหา งาน ได้จากความสัมพันธ์ดังกล่าัง ว จากกราฟ : แรง กับ การกระจัด s (เมตร) F (นิวตัน) o ปริมาณงาน คือ พื้นที่ใต้กราฟ ความสัมพันธ์ของ แรง กับ การกระจัด
  13. 13. ตัวอย่าง 퐹 m q 퐹 m q 푠 จากรูปวัตถุเคลือ่นทีไ่ด้การกระจัด 푠 ถ้าพื้นมีสัมประสิทธ์ ความเสียดทาน 휇푘 จงหางานของแรงแต่ละแรงที่ กระทา ต่อวัตถุและ งานรวม
  14. 14. วัตถุมวล 10 กิโลกรัม ไถลไปบนพืน้ที่มีสัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ ระหว่างพืน้กับผิว วัตถุเท่ากับ 0.2 เป็นระยะทาง 5 เมตร งานของแรง เสียดทานมีค่าเท่ากับกี่จูล ตัวอย่าง 10 kg 5 m 10 kg mk = 0.2
  15. 15. ชายคนหนงึ่แบกข้าวสารมวล 100 กิโลกรัม ไว้บนบ่าเดินไปตามพืน้ราบ เป็น ระยะทาง 10 เมตร แล้วจึงขึน้บันไดด้วยความเร็วคงที่ไปชัน้บนซงึ่สูง จากพืน้ล่าง 3 เมตร จงหางานที่ชายผู้นัน้ทา ตัวอย่าง m=10 kg 3 เมตร 4 เมตร 10 เมตร
  16. 16. มวล 4 กิโลกรัมเคลื่อนที่ขึน้ระนาบเอียง 30 องศากับแนวระดับ โดยมี แรง 100 นิวตัน ดึงขึน้ขนานกับพืน้เอียง และมีแรงเสียดทาน 10 นิวตัน ต้านการเคลื่อนที่ ปรากฏว่ามวลเคลื่อนที่ได้ระยะ 20 เมตร จงหางานของ แต่ละแรง และ งานรวม ตัวอย่าง 30o
  17. 17. วัตถุมวล 4 กิโลกรัม แขวนอยู่ในแนวดิ่งด้วยเชือกเส้นหนงึ่เหนือระดับ พืน้ 20 เมตร ถ้า ดึงเชือกให้มวลเคลื่อนขึน้เป็นระยะทาง 10 เมตร ด้วยอัตราเร่ง 2.5 เมตรต่อวินาที2 จงหา งานที่ทาโดยแรงตึงเชือก ( ให้ ใช้ค่า g = 10 เมตรต่อวินาที2 ) ตัวอย่าง 4 kg 20 เมตร 4 kg 10 เมตร a = 2.5 m/s2 g = 10 m/s2 T
  18. 18. แรง F กระทากับวัตถุแสดงโดยกราฟ ดังรูป งานที่เกิดขึน้ในระยะ 10 เมตร เป็นกี่จูล ตัวอย่าง 80 40 5 10 s (เมตร) F (นิวตัน)
  19. 19. แรงที่กระทากับมวลติดสปริง ได้กราฟความสัมพันธ์ของแรง กับ การ กระจัด ดังกราฟ งานที่เกิดขึน้ในระยะ -0.3 เมตร ถึง 0.3 เมตร ตัวอย่าง s (เมตร) F (นิวตัน) -0.3 -0.2 -0.1 0.1 0.2 0.3 4 2 -2 -4 ก) งานในช่วง -0.3 – 0 เมตร ข) งานในช่วง 0 – 0.3 เมตร ค) งานรวมของตลอกการเคลื่อนที่
  20. 20. การบ้าน “งาน” (ครั้งที่ 1) 1. ให้หางานที่กระทาโดยพนักงานที่เข็นเตียงคนไข้ด้วยแรงในแนวราบ 25 N ให้เคลื่อนที่ไปเป็น 3m ตามระยะทางระดับราบ 2. ชายคนหนึ่งเข็นรถด้วยแรง 10N ดังรูป กระทากับรถเข็นทามุม 30 องศา ใต้แนวระดับ ให้หางานที่เกิดขึน้จากการเข็นรถได้ในระยะทาง 5m ในแนวราบ
  21. 21. พลังงานคืออะไร พ ลัง ง า น (Energy) ห ม า ย ถึง ความสามารถในการทางานได้ หรือ อานาจที่แฝงอยู่ในวัตถุซึ่งสามารถ เปลี่ยนรูปได้ หรือสามารถกล่าวได้ว่า วัต ถุใ ด ที่มีพ ลัง ง า น วัต ถุนั้น จ ะ สามารถทางานได้ พลังงานของวัตถุ ต่าง ๆ อาจสะสมอยู่ในหลายรูปแบบ เ ช่น พลัง งานก ล พ ลังงา นศัก ย์ พลังงานจลน์ ความร้อน แสง ไฟฟ้ า เสียง เป็นต้น
  22. 22. พลังงาน (Energy) นา้ในเขื่อนมีพลังงานสะสมอยู่ เราสามารถเอามาผลติกระแสไฟฟ้าได้ สปริงก็มีพลังงานสะสม นาไปใช้ยิงกระสุนได้
  23. 23. พลังงาน (Energy) งาน และ พลังงานสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด *** งาน คือ การถ่ายเทพลังงาน *** พลังงานมีกี่ประเภท อะไรบ้าง ? ถ้ามีงานกระทาต่อระบบ ถ้าระบบทางานเอง มีการถ่ายเทพลังงาน เข้าสู่ระบบ มีการถ่ายเทพลังงาน ออกจากระบบ พลังงานระบบเพิ่มขึ้น พลังงานระบบลดลง
  24. 24. พลังงาน (Energy) พลังงาน คือ ความสามารถในการทางาน มีหน่วยเป็น จูล (J) o พลังงานมีอยู่หลายรูป เช่น พลังงานกล พลังงานความร้อน พลังงานไฟฟ้า พลังงานเคมี o พลังงานไม่มีวันสูญหาย เพียงแต่เปลี่ยนรูปหนึ่งไปเป็นอีกรูปหนึ่งได้ เช่น พลังงานไฟฟ้า เปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน
  25. 25. พลังงาน แบ่งประเภทที่ปรากฏในธรรมชาติได้2 แบบ คือ 1. พลังงานจลน์ 퐸푘 = 1 2푚푣2 퐸푝 = 푚푔ℎ 2. พลังงานศักย์ 푣 푔 ℎ พลังงาน (Energy)
  26. 26. พลังงานศักย์ (Potential Energy) พลังงานศักย์ (Potential Energy; P.E.) คือ เป็นพลังงานที่ขึ้นอยู่ กับ ตาแหน่ง หรือ ลักษณะรูปร่าง ของวัตถุ o พลังงานศักย์โน้มถ่วงขึ้นอยู่กับ ความสูงจากระดับอ้างอิง (h) 퐸푃 = 푚푔ℎ 퐸퐸 = 1 2푘푥2 o พลังงานศักย์สปริงขึ้นอยู่กับระยะ ยืด ห รือ ห ด ข อ ง ส ป ริง จ า ก ตาแหน่งสมดุลของสปริง (x) ℎ 푥 ระดับอ้างอิง
  27. 27. พลังงานศักย์โน้มถ่วง ( gravitational potential energy ) พิจารณาอนุภาคมวล 푚 เคลื่อนที่ภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก 푥 푦 푧 푎 푚 푟 2 푏 퐹 0 푟 1
  28. 28. พลังงานศักย์โน้มถ่วง ( gravitational potential energy ) จะเห็นว่า 퐹 = −mg푘 ให้งานเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกจาก 1 → 2 = 푊12 푟 2 퐹 ∙ 푑푟 푊12 = 푟 1 푟 2 −mg푘 ∙ 푑푥푖 + 푑푦푗 + 푑푧푘 = 푟 1 푧 2 −mg 푑푧 = 푧 1 푧 2 푑푧 = −mg 푧 1 = −mg 푧 2 − 푧 1
  29. 29. พลังงานศักย์โน้มถ่วง จะเห็นว่า งานเนื่องจาก 푧 จะขึน้กับตาแหน่งของจุดตัง้ต้น (1) และ จุดสุดท้าย (2) เท่านัน้ โดยไม่ขึน้กับเส้นทางในการเคลื่อนที่ของ วัตถุ เราเรียกแรงที่มีสมบัติในลักษณะนีว้่า 퐦품 แรงอนุรักษ์ ( Conservative force ) นิยาม : 퐸푝 = m푔 ∙ 푧 o เรียก 퐸푝 ว่า พลังงานศักย์โน้มถ่วง ( Gravitational Potential Energy )
  30. 30. พลังงานศักย์โน้มถ่วง ดังนัน้ 푊12 = − 퐸푝2 − 퐸푝1 = −Δ퐸푝 แต่โดยทวั่ไปมักจะวัดความสูงของวัตถุเทียบกับระดับอ้างอิงใดๆ ระดับอ้างอิงใดๆ 풛 풛 ퟏ 풉 ퟏ 풛 ퟐ 풉 ퟐ ퟏ ퟐ ퟎ พบว่า 풛 ퟐ − 풛 ퟏ = 풉 ퟐ − 풉 ퟏ ดังนนั้푾ퟏퟐ = −풎품 풛 ퟐ − 풛 ퟏ = −풎품 풉 ퟐ − 풉 ퟏ
  31. 31. 1. สรุป : พลังงานศักย์โน้มถ่วง จะได้ว่า 퐸푝 ว่า พลังงานศักย์โน้มถ่วง นิยาม : พลังงานศักย์โน้มถ่วง 퐸푝 = m푔ℎ โดยที่ ℎ คือ ตาแหน่งของวัตถุวัดจากระดับอ้างอิง ดังนัน้ ค่าของพลังงานศักย์จึงมีค่าไม่แน่นอนขึน้อยู่กับระดับอ้างอิง
  32. 32. ( elastic potential energy ) ตาแหน่งสมดุล พลังงานศักย์ยืดหยุ่น เมื่อสปริงยืดหรือหดเป็นระยะ 푥 จากตาแหน่งสมดุล จะทาเกิดแรงคืนตัวในทิศ ตรงข้ามกับการกระจัด 퐹 = −푘푥 m −푘푥 푚 푥 푥 −푘푥 (푎) (푏) (푐) o พิจารณาสปริงที่มีค่าคงที่ สปริงเท่ากับ 푘 และมีมวล 푚 ติดอยู่ที่ปลาย ดังรูป
  33. 33. พลังงานศักย์ยืดหยุ่น เมื่อสปริงเปลี่ยนระยะยืดหรือหดจากตาแหน่ง 푥1 จากจุด สมดุลเป็นตาแหน่ง 푥2 หางานของแรงคืนตัวได้จาก 푟 2 퐹 ∙ 푑푟 푊12 = 푟 1 푟 2 −kx푖 ∙ 푑푥푖 + 푑푦푗 + 푑푧푘 = 푟 1 푥 2 −kx 푑푥 = 푥 1 푥 2 푥푑푥 = −k 푥 1 = −k 1 2 − 1 2푥2 2 2푥1 = 1 2 − 1 2푘푥1 2 2푘푥2
  34. 34. 2. สรุป :พลังงานศักย์ยืดหยุ่น เรียก 퐸푝 ว่า พลังงานศักย์ยืดหยุ่น ( elastic potential energy ) นิยาม : พลังงานศักย์ยืดหยุ่น 퐸푝푠 = 1 2푘푥2 โดยที่ 푥 เป็นระยะยืดหรือหดของสปริงจากตา แหน่งสมดุล 푊12 = − 퐸푝푠2 − 퐸푝푠1 = −Δ퐸푝푠
  35. 35. พลังงานศักย์ (Potential Energy) 퐸푃 > 0 ระดับอ้างอิง 퐸푃 < 0 퐸푃 = 0 พลังงานศักย์เนื่องจากแรงโน้มถ่วงขึ้นอยู่กับความสูงจากระดับอ้างอิง (h)
  36. 36. มวล A ขนาด 10 กิโลกรัม อยู่สูงจากพืน้โลก 1 เมตร กับ มวล B ขนาด 5 กิโลกรัมอยู่สูงจากพืน้โลก 1.5 เมตร อัตราส่วนของพลังงานศักย์ของ A ต่อ B เป็นเท่า ไร ตัวอย่าง 10 kg 1 เมตร 5 kg 1.5 เมตร A B
  37. 37. สปริงตัวหนึ่งมีความยาวปกติ 1 เมตร และมีค่านิจสปริง 100 นิวตันต่อ เมตร ต่อมาถูกแรงกระทา แล้วทาให้ยืดออกและมีความยาวเปลี่ยนเป็น 1.2 เมตร จงหาพลังงานศักย์ยืดหยุ่นขณะที่ถูกแรงนีก้ระทามีค่ากี่จลู ตัวอย่าง k = 100 นิวตันต่อ 1 เมตร 1.2 เมตร Dx
  38. 38. พลังงานจลน์ (Kinetic Energy) o พลังงานจลน์ คือ พลังงานที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของวัตถุนัน้ มีหน่วย เป็น จูล (J) o พลังงานจลน์ของวัตถุมวล m อัตราเร็ว v คือ 퐸푘 = 1 2푚푣2 Initial Final 푑 퐸푘푓 = 1 퐸= 1 2 푘푖 푚푣2 22푚푣0 Δ퐸푘= 1 2푚푣2 − 1 2푚푣0 2
  39. 39. พลังงานจลน์ (Kinetic Energy) พิจารณาวัตถุมวล 푚 เคลื่อนที่ใน 3 มิติจาก 푎 ไป 푏 푥 푦 푧 푎 푏 푟 푚 퐹 0
  40. 40. พลังงานจลน์ (Kinetic Energy) งานลัพธ์ของแรงลัพธ์ 퐹 จาก 푎 ไป 푏 คือ ดังนัน้ 푏 퐹 ∙ 푑푟 푊푎→푏 = 푎 = 푏 푚 푎 푑푣 푑푡 ∙ 푣 푑푡 จาก 푑 푑푡 푣 ∙ 푣 = 푣 ∙ 푑푣 푑푡 + 푑푣 푑푡 ∙ 푣 = 2 푣 ∙ 푑푣 푑푡 푣 ∙ 푑푣 푑푡 = 1 2 푑 푑푡 푣 ∙ 푣 = 1 2 푑 푑푡 푣2
  41. 41. พลังงานจลน์ (Kinetic Energy) 푏 푚 푊푎→푏 = 푎 ได้ว่า 2 푑 푑푡 푣2 푑푡 = 푚 2 푏 푑 푣2 푎 = 푚 2 2 − 푣푏 푚 2 2 푣푎 푊푎→푏 = Δ퐸푘 เรียกสมการดังกล่าวว่า ทฤษฎีบทงาน-พลังงาน โดยที่ 퐸푘 = 1 2 푚푣2 เรียกว่า พลังงานจลน์ ( kinetic energy )
  42. 42. ลูกมวล 0.5 กิโลกรัม เริ่มต้นเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 10 เมตรต่อวินาที ต่อมามีแรงกระทาต่อลูกบอลในทิศเดียวกับการเคลื่อนที่จนมีความเร็ว เป็น 30 เมตรต่อวินาที ปริมาณงานที่ทาให้ลูกบอลเปลี่ยนความเร็วจาก แรงดังกล่าวเป็นเท่าใด ตัวอย่าง 푣0 = 10 푚/푠 푣 = 30 푚/푠 Initial Final
  43. 43. ให้พลังงานที่จะทาให้รถที่มีมวล 1,000 กิโลกรัม จากหยุดนิ่งมีความเร็ว เป็น 30 เมตรต่อวินาที สมมติว่าไม่มีแรงเสียดทาน และการเคลื่อนที่อยู่ ในแนวราบ ตัวอย่าง 푣0 = 0 푣 = 30 푚/푠 Initial Final
  44. 44. เครื่องเร่งอนุภาคทาการเร่งอนุภาคแอลฟาตัวหนึ่งจนมีพลังงานจลน์ เท่ากับ 3.72 x 10-15 จูล เมื่อมวลของอนุภาคแอลฟาคือ 6.64 × 10−27 กิโลกรัม ความเร็วของอนุภาคแอลฟาเป็นเท่าใด ตัวอย่าง 퐸푘 = 3.72 × 10−15 퐽 푚 = 6.64 × 10−27 푘푔 퐻푒 +2
  45. 45. กฎการอนุรักษ์พลังงาน ในกรณีที่ระบบเป็นระบบปิด นนั่คือไม่มีงานเนื่องจากแรงเกิดขึน้เมื่อไม่มี งาน ก็ไม่มีการถ่ายเทพลังงานเข้าหรือออกนอกระบบ แสดงว่าพลังงาน รวมของระบบจะไม่มีการเปลี่ยนแปลง Δ퐸 = 0 หรือ ถ้าเราเปรียบเทียบสภาวะของระบบที่ตาแหน่ง Initial กับ Final จะ ได้ 퐸푖푛푖푡푖푎푙 = 퐸푓푖푛푎푙
  46. 46. กฎการอนุรักษ์พลังงาน ในกรณีที่ระบบเป็นระบบปิด Δ퐸 = 0 หรือ 퐸푖푛푖푡푖푎푙 = 퐸푓푖푛푎푙 นี่ คือ กฎการอนุรักษ์พลังงาน (Law of Conservation of Energy) ซึ่งบอกว่า “พลังงานไม่มี การสูญหาย หรือ สร้างขึน้มาใหม่ได้ มันเพียงแต่เปลี่ยนรูป จากพลังงานแบบหนงึ่ไปเป็นอีกแบบหนึ่งเท่านัน้” เปลี่ยนรูปอย่างไร ?
  47. 47. กฎการอนุรักษ์พลังงาน : ระบบปิด (ไม่มีแรงต้านอากาศ) 1. พลังงานศักย์ 퐸푃 = 푚푔ℎ 2. พลังงานจลน์ 퐸푘 = 1 2푚푣2 퐸푃 퐸푘 퐸푃 퐸푘 퐸푃 퐸푘 ระดับอ้างอิง 퐸푃 퐸푘 퐸푃 퐸푘 1 2 3 4 5
  48. 48. กฎการอนุรักษ์พลังงาน แล้วถ้าระบบไม่ปิด (ระบบเปิด) จะเกิดอะไรขึ้น? คาว่าระบบเปิด คือ มีการถ่ายเทพลังงานเข้าหรือออก ซึ่งก็หมายความว่า มีการได้ งาน(หรือเสียงาน) เกิดขึน้นนั่เองสิ่งที่ต่างกันออกไปก็คือ พลังงานจะเปลี่ยนแปลงโดย ปริมาณที่เปลี่ยนไปก็คือ งานที่ได้(งานเป็นบวก) หรือ เสียงานไป(งานเป็นลบ) นั่นเอง “พลังงานไม่มีการสูญหาย หรือ สร้างขึน้มาใหม่ได้ มันเพียงแต่เปลี่ยนรูปจากพลังงาน แบบหนงึ่ไปเป็นอีกแบบหนงึ่เท่านัน้” Δ퐸 = 푊 ใช้ได้ทุกกรณี นั่นคือถ้าไม่มีงานใดๆ (w=0) พลังงานมีค่าคงที่ หรือ 푊 = 퐸푓푖푛푎푙 − 퐸푖푛푖푡푖푎푙
  49. 49. กฎการอนุรักษ์พลังงาน : ระบบเปิด (มีแรงต้านอากาศ) 1. พลังงานศักย์ 퐸푃 = 푚푔ℎ 2. พลังงานจลน์ 퐸푘 = 1 2푚푣2 퐸푃 퐸푘 퐸푃 퐸푘 퐸푃 퐸푘 ระดับอ้างอิง 퐸푃 퐸푘 퐸푃 퐸푘 1 2 3 4 5 3. งานของแรง ต้านอากาศ 푊푎 푊푎 푊푎 푊푎 푊푎
  50. 50. ปล่อยวัตถุมวล 3.0 กิโลกรัม จากที่สูง 2 เมตร ลงมากระทบกับสปริงซึ่ง มีค่าคงตัวสปริง เท่ากับ 120 นิวตันต่อเมตร โดยไม่เด้ง สปริงจะถูกกดลง เป็นระยะทางมากที่สุดกี่เมตร ตัวอย่าง ระดับอ้างอิง 3 kg 2 m k=120 n/m
  51. 51. วัตถุมวล 1.0 กิโลกรัม เคลื่อนที่บนพืน้ราบเกลยี้งด้วยความเร็ว 2.0 เมตรต่อวินาที วิ่งเข้าชนสปริงดังรูป ปรากฏว่าวัตถุหยุดชั่วขณะเมื่อ สปริงหดสัน้กว่าเดิม 0.05 เมตร ตัวอย่าง ก. พลังงานศักย์ของสปริง เมื่อหดสัน้สุดเป็นเท่าใด ข. ณ. ตาแหน่งที่วัตถุหยุดนัน้สปริงผลักวัตถุด้วยแรงเท่าใด v = 2 m/s1 kg 0.05 m 1 kg
  52. 52. ยิงลูกปืนมวล 10 กรัม เข้าไปในเนือ้ไม้ด้วยอัตราเร็ว 300 เมตรต่อวินาที ลูกปืนหยุดนิ่ง หลังจากที่เข้าไปในเนือ้ไม้เป็นระยะทาง 5 เซนติเมตร จงหา แรงเฉลี่ยที่ลูกปืนกระทาต่อแท่งไม้ในหน่วยนิวตัน ตัวอย่าง u = 300 m/s 5 cm
  53. 53. จากรูป แผ่นเลื่อนที่มีมวล 20 กิโลกรัม อยู่บนเนินเขาเริ่มที่จะเลื่อนลงเขา ถามว่าจะเลื่อนไปได้เร็วเท่าไรเมื่อถึงตีนเขา ถ้าเขานีสู้ง 100 เมตร และ เราไม่คานึงถึงแรงเสียดทาน ตัวอย่าง ระดับอ้างอิง 퐸푖푛푖푡푖푎푙 퐸푓푖푛푎푙 100 เมตร m = 20 กิโลกรัม
  54. 54. ถ้าแผ่นเลื่อนมีความเร็ว 30 เมตรต่อวินาทีจากตีนเขา ถามว่ามีพลังงาน ความร้อนเกิดขึน้เท่าไร เนื่องมาจากความเสียดทานในขณะที่เคลื่อนที่ลง ตัวอย่าง ระดับอ้างอิง 퐸푖푛푖푡푖푎푙 퐸푓푖푛푎푙 100 เมตร m = 20 กิโลกรัม v = 30 เมตรต่อวินาที
  55. 55. จากรูปมวล m อยู่ที่ตาแหน่ง A เริ่มไถลลงตามทางลาดลื่นด้วย อัตราเร็วต้น u อยากทราบว่ามวล m จะสามารถไถลขึน้ไปตามทาง เอียง BC ได้สูงสุดในแนวดิ่งเท่าไร ตัวอย่าง ระดับอ้างอิง A h B C u
  56. 56. การบ้าน อนุรักษ์พลังงาน (ครั้งที่ 4 วันที่22 ตุลาคม 2556 ) 3. พนักงานคนหนึ่งเข็นเตียงที่มีคนไข้นอนอยู่ ในแนวราบด้วยแรง 100 นิวตัน โดย เริ่มจากหยุดนิ่งและเข็นออกไปเป็นระยะทาง 5 เมตร มีแรงเสียดทานเกิดขึน้ ระหว่างล้อกับพืน้ผิวแต่ไม่ทราบค่า ความเร็วสุดท้ายมีค่าเป็น 1 เมตรต่อวินาที ให้ มวลของเตียงเข็นและคนไข้รวมกันมีค่า 80 กิโลกรัม ก) ให้หางานที่เกิดเนื่องจากการต้านการเคลื่อนที่ของแรงเสียดทาน ข) ให้หาแรงเสียดทาน
  57. 57. กา ลัง (Power) กา ลัง (Power) คือ อัตราการทางาน หรืองานที่ทาได้ในหนงึ่หน่วยเวลา หน่วย J/s (จูลต่อวินาที) หรือ W (วัตต์) 푃 = 푑푊 푑푡 เนื่องจาก 푑푊 = 퐹 ∙ 푑푟 푃 = 퐹 ∙ 푑푟 푑푡 푣 = 푑푟 푑푡 และ 푃 = 퐹 ∙ 푣 1 กาลังม้า (horsepower : hp) = 746 วัตต์
  58. 58. กา ลัง (Power) ให้คนปกติ และคนไข้ วิ่งขึน้บันได แล้วจับเวลาเปรียบเทียบกัน กาลังมนุษย์ = น้าหนัก (N) x ความสูงของห้องคนไข้(m) เวลาทงั้หมด (s) o จะเห็นได้ว่า คนปกติจะใช้เวลาน้อยกว่า แสดงว่า ได้กาลังงานสูงกว่า “Ergometer” เป็นเครื่องวัดกาลังงานของคน ประกอบไป ด้วยล้อจักรยานที่จอดนิ่งอยู่กับที่และต่อกับไดนาโมหรือสเกล “Ergon” คือ งาน และ “Metron” คือ การวัต
  59. 59. กา ลัง (Power) กา ลัง (Power) คือ ปริมาณของานที่ทา(หรือใช้) ต่อหนงึ่หน่วยเวลา หรือ อัตราการใช้พลังงาน กาลัง (Power : P) = ปริมาณของานที่ทา หรือ ใช้(Work : W) หนึ่งหน่วยเวลา (Time : t) o หน่วยของกาลังคือ จูลต่อวินาที(Joule/second : J/s) ซึ่งมีชื่อเฉพาะว่า วัตต์ (Watt : W) เจมส์วัตต์วิศวกรและนักประดิษฐ์ ชาว สกอตแลนด์ ผู้ปรับปรุงเครื่องจักรไอนา้ อีกหน่วยหนึ่งที่ยังใช้กันอย่างแพร่หลาย คือ กา ลังม้า (Horse Power : hp) หรือ แรงม้า สามารถเขียนในหน่วย SI ได้ดังนี้ 1 hp คือ 746 W
  60. 60. 12 แรงม้า กา ลัง (Power) 푃 = 푑푊 푑푡 400 แรงม้า รถคันไหนจะถึงเส้นชัยก่อนกัน? o เนื่องจากกาลังขึน้อยู่กับทัง้ปริมาณงาน(W) และ เวลา(t) ดังนัน้วัตถุที่มีกาลัง มากจะทางานได้มากกว่าวัตถุที่มีกาลังน้อยในเวลาที่เท่ากัน
  61. 61. ก. ให้คานวณหากาลังที่ใช้ในการเดินขึน้บันใดที่สูง 2 เมตร ในเวลา 7 วินาที โดยที่มวลของชายคนดังกล่าว 60 กิโลกรัม ข. ในกรณีเดียวกัน แต่ชายคนดังกล่าววิ่งขึน้บันไดในเวลา 2 วินาที ตัวอย่าง ระดับอ้างอิง 2 เมตร การเดินขึน้บันใดที่สูง 2 เมตร ในเวลา 7 วินาที แต่ชายคนดังกล่าววิ่งขึน้บันไดในเวลา 2 วินาที m = 60 กิโลกรัม
  62. 62. ประสิทธิภาพการทางาน o พลังงานจานวนมากมักจะสูญเสียไปเมื่อมีการทางาน o คาว่า “สูญเสีย” ไม่ได้หมายความว่าพลังงานสูญหาย แต่หมายความว่า พลังงานได้เปลี่ยนรูปไปเป็นอีกรูปหนึ่งที่เราไม่ต้องการ o หลอดไฟเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าส่วนใหญ่ให้เป็นพลังงานความร้อน แทนที่จะเป็น แสง o เครื่องยนต์เปลี่ยนพลังงานเคมีที่สะสมเป็นพลังงานความร้อนเป็นส่วนมากแทนที่ จะเป็นพลังงานที่ใช้ในการขับเคลื่อนที่เป็นประโยชน์
  63. 63. ประสิทธิภาพการทางาน ประสิทธิภาพ (Efficiency) คือ ปริมาณที่ใช้บ่งบอกถึงความสามารถ ในการนาพลังงานที่ให้กับอุปกรณ์หนงึ่ๆ ไปใช้ทางานที่เป็นประโยชน์ 퐸푓푓 = 푊표푢푡 퐸푖푛 Eff ไม่มีหน่วย !!! 퐸푓푓(%) = 푊표푢푡 퐸푖푛 × 100 หรือในกรณีที่งานที่ได้อยู่ในรูปของ พลังงานเราก็คานวณได้โดย 퐸푓푓 = 퐸표푢푡 퐸푖푛 1 2 3
  64. 64. ประสิทธิภาพการทางาน หรือถ้าเราพิจารณาภายในช่วงเวลา t หนึ่งๆ เราอาจคานวณโดย 퐸푓푓 = 푊표푢푡 푡 퐸푖푛 푡 = 푃표푢푡 푃푖푛 퐸푓푓(%) = 푃표푢푡 푃푖푛 × 100 1 2
  65. 65. ประสิทธิภาพการทางาน ประสิทธิภาพ(%) การทางานของร่างกายและเครื่องกล ร่างกายขณะขี่จักรยาน 20 ร่างกายขณะว่ายน้า 2 ร่างกายขณะขุดดิน 3 เครื่องจักรไอน้า 17 เครื่องยนต์ 38 โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์35 โรงไฟฟ้ าถ่านหิน 42 จะเห็นได้ว่าประสิทธิภาพของการทางานของทุกอย่างมีค่าไม่มาก(ไม่เกิน 50%)
  66. 66. ตัวอย่าง ในการเดินขึน้บันไดประสิทธิภาพการทางานของรางกายมนุษย์คือ 20% จากตัวอย่างที่ ก) พลังงานที่ชายคนนีต้้องการในการเดินขึน้บันไดมีค่าเป็นเท่าไร ข) พลังงานความร้อนที่เกิดจากการเดินขึน้บันไดมีค่าเท่าไร ค) อัตราการผลิตพลังงานความร้อนในหน่วยวัตต์ ในขณะเดินขึน้บันไดมีค่า เท่าไร ง) อัตราการผลิตพลังงานความร้อนในหน่วยวัตต์ ในขณะวิ่งขึน้บันไดมีค่า เป็นเท่าไร ระดับอ้างอิง 2 เมตร m = 60 กิโลกรัม • การเดินขึน้บันใดที่สูง 2 เมตร ในเวลา 7 วินาที • แตช่ายคนดังกล่าววิ่งขึน้บันไดในเวลา 2 วินาที
  67. 67. ตัวอย่าง โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพการทางาน 35% ผลติ พลังงานไฟฟ้า 1,000 MW ให้หาอัตราการผลิตของเสียในรูปของ พลังงานความร้อนในหน่วย MW 퐸푓푓 = 35% 퐸푖푛 =? 푊표푢푡 = 1,000 푀푊 • ปริมาณพลังงานความร้อนที่ได้มาจากโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์หรือโรงไฟฟ้าธรรมดามีค่าสูงมาก
  68. 68. ประสิทธิภาพการทางานของมนุษย์ o อัตราเมตาโบลิก (Metabolic Rate) คือ ปริมาณที่ใช้บ่งบอกถึงความสามารถของร่างการใน การเปลี่ยนแปลงพลังงานที่ซ่อนอยู่ในอาหารให้กลาย ไปเป็นพลังงานที่ร่างกายสามารถนาไปใช้ได้ o ในร่างการของมนุษย์ขณะอยู่นิ่งก็ต้องการพลังงานค่า หนึ่งเพื่อให้ระบบต่างๆภายในร่างกายสามารถดาเนิน ไ ป ไ ด้ ค่า ข อ ง พ ลัง ง า น นี้เ รีย ก ว่า Basal Metabolic Rate (BMR)
  69. 69. ประสิทธิภาพการทางานของมนุษย์ ตารางแสดงสัดส่วนเฉลี่ยของ BMR ในอวัยวะต่างๆ (ในชายน้าหนัก 65 kg ที่อยู่เฉยๆ) อวัยวะ เปอร์เซ็นต์ของ BMR ตับและม้าม 27 สมอง 19 กล้ามเนื้อและกระดูก 18 ไต 10 หัวใจ 7 อื่นๆ 19
  70. 70. ประสิทธิภาพการทางานของมนุษย์ o ค่าของ BMR ในแต่ละคนจะมีค่าสูงต่าแตกต่างกันไป ส่วนหนงึ่นัน้ขึน้อยู่กับการทางานของต่อมไทรอยด์ o ในกรณีที่ต่อมไทรอยด์มีระดับการทางานสูงกว่าปกติจะ ส่งผลให้ค่า BMR มีค่าสูง o BMR ยังขึ้นอยู่กับมวลร่างกายแต่ละคนด้วย ผู้ที่มวล มากจะมีค่า BMR สูงซึ่งสาเหตุส่วนหนึ่งนัน้เนื่องมาจาก ร่างกายต้องการพลังงานความร้อนเอนามาใช้ในการ ควบคุมอุณหภูมิของร่างกายมากเพราะอวัยวะของผู้มี มวลมากย่อมมีขนาดใหญ่ตามไปด้วย
  71. 71. ประสิทธิภาพการทางานของมนุษย์ Harris-Benedict equation วิธีการประมาณค่า BMR ที่มีความแม่นยาสูง วิธีหนงึ่o ผ้ใูหญ่ เพศชาย BMR = 66 + (13.75 x w) + (5.0 x h) – (6.76 x a) o ผ้ใูหญ่ เพศหญิง BMR = 65 + (9.56 x w) + (1.85 x h) – (4.68 โxด ยa ) • w คือ นา้หนักในหน่วยกิโลกรัม • h คือ ความสูงในหน่วยเซนติเมตร • a คืออายุในหน่วยปี BMR ในหน่วย kcal แสดง ค่าพลังงาน(น้อยที่สุด) ที่ต้องการต่อหนึ่งวัน (24h) เพื่อความอยู่รอด(คานวณเสมือนว่าร่างกายพักผ่อนหรือนอนทัง้วัน)
  72. 72. คานวณ BMR ของเพศหญิงตามข้อมูลต่อไปนี้ เมื่อ ความสูง 155 cm, นา้หนัก 45 kg และ 20 ปี ตัวอย่าง 9.56 x 45 เพราะฉะนนั้ ร่างกายต้องการพลังงานมากกว่านี้ ขึ้นอยู่กับกิจกรรมที่ทา o ผ้ใูหญ่ เพศหญิง BMR = 65 + (9.56 x w) + (1.85 x h) – (4.68 x a) o BMR = 65 + (9.56 x 45) + (1.85 x 155) – (4.68 x 20)
  73. 73. การบ้านประสิทธิภาพการทางานของมนุษย์ (ครั้งที่ 5 วันที่ 28 ตุลาคม 2556 ) 1. คานวณ BMR ของของตัวเราเอง คุณพ่อ และ คุณแม่ • ชื่อ : (นักเรียน) • เมื่อ ความสูง cm, นา้หนัก kg และ ปี • คุณพ่อ เมื่อ ความสูง cm, นา้หนัก kg และ ปี • คุณแม่ เมื่อ ความสูง cm, นา้หนัก kg และ ปี
  74. 74. พลังงานรูปอื่นๆ พลังงานเคมีในอาหาร o พลังงานตามธรรมชาติส่วนใหญ่จะถูกเก็บไว้ในรูป ของพลังงานเคมีเช่นในรูปของอาหารหรืออยู่ใน รูปของเชือ้เพลง o กระบวนการออกซิเดชัน(Oxidation) เปลี่ยน พลังงานเคมีเป็นพลังงานความร้อนออกมาทาให้ ร่างกายอบอุ่น และ ใช้ในการทากิจกรรมต่างๆ • Glucose C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 686 kcal/mole พลังงานที่ได้จากกลูโคส 686 kcal/mole (2870 kJ/mole)
  75. 75. พลังงานรูปอื่นๆ พลังงานเคมีในอาหาร o พลังงานที่มีอยู่ในอาหารเราใช้หน่วย กิโล แคลอรี(kilocalories, kcal) 1 kcal เท่ากับ 4.182 kJ ในหน่วย SI o ถ้ารับประทานอาหารมากกว่าความต้องการ ของร่างกายจะเปลี่ยนส่วนที่เหลือให้เป็น ไขมัน o พลังงานเคมีในไขมันนั้นจะถูกนามาใช้ก็ ต่อเมื่อร่างกายอยู่ในช่วงของการขาดอาหาร
  76. 76. พลังงานรูปอื่นๆ พลังงานเคมีในอาหาร ตารางจานวนกิโลแคลอรีต่อกรัม(kcal/g) ของอาหารและเชื้อเพลิง สารอาหาร (ค่าโดยเฉลี่ย) ไขมัน 9.30 คาร์โบไฮเดรด 4.10 โปรตีน 4.10 อาหารทัว่ไป นม 0.64 องุ่น 0.69 เนย 7.20 กาแฟดา 0.008 แอปเปิ้ล 0.58 ไข่1.63 โค้ก 0.36 ถัว่0.71 ไก่อบ 1.60 ช็อคโกแลต 5.28 ข้าวขาวสุก 1.00 น้าตาล 4.00 ส้ม 0.49 ไอศกรีมช็อคฯ 2.22 บิ๊กแมค 2.89 เชื้อเพลิง ไม้ (เฉลี่ย) 4.00 เมทานอล 5.20 ก๊าซธรรมชาติ13.0 ถ่านหิน 8.00 น้ามันรถ 11.4
  77. 77. o น้าาอัดลม 1 แก้ว มี 78 cal o เบียร์ 1 แก้ว มี 98 cal o บรัน่ดี 30 c.c. มี 73 cal o วิสกี้45 c.c. มี 105 cal พลังงานรูปอื่นๆ พลังงานเคมีในอาหาร
  78. 78. o ไช่ไก่ 1 ฟอง มี 72 cal o ปลาทู 100 g มี 53 cal o เนื้อหมู 100 g มี 144 cal o เนื้อวัว 100 g มี 96 cal o กุ้งสด 100 g มี 77 cal o หอยสด 100 g มี 56 cal o หอยแมลงภ่แูห้ง 100 g มี 275 cal o ตับหมู 100 g มี 124 cal พลังงานรูปอื่นๆ พลังงานเคมีในอาหาร
  79. 79. พลังงานรูปอื่นๆ พลังงานเคมีในอาหาร o ผัก 100 g มี 30 cal o ผลไม้ 100 g มี 50 cal o น้าผึึ้ง 100 g มี 249 cal o นมสด 1 ถ้วย มี 170 cal o น้าตาล 1 ช้อนโต๊ะ มี40 cal o ไอศครีม 1 ถ้วย มี 269 cal o แยม 1 ช้อนโต๊ะ มี 54 cal o น้ากะทิ 1 ถ้วย มี 605 cal o ข้าว 100 g มี 368 cal o น้าามัน 1 ช้อนโต๊ะ มี135 cal
  80. 80. o นอน 1.2, 83 o ขี่จักรยาน (13-18 km/hr) 5.7, 400 o นั่งพักผ่อน 1.7, 120 o ขณะหนาวสัน่ 6.1, 425 o ยืนตามสบาย 1.8, 125 o เล่นเทนนิส 6.3, 440 o นั่งในห้องเรียน 3.0, 210 o ว่ายน้า 6.8, 475 o เดินธรรมดา (4.8 km/hr) 3.8, 265 o เล่นบาสเกตบอล 11.4, 800 พลังงานรูปอื่นๆ พลังงานเคมีในอาหาร อัตราการใช้พลังงานสาหรับกิจกรรมประเภทต่างๆ (kcal/min, W)
  81. 81. การบ้านพลังงานรูปอื่นๆ พลังงานเคมีในอาหาร (ครั้งที่ 5 วันที่ 28 ตุลาคม 2556 ) 2. โดยปกติมนุษย์เราต้องการอาหารเฉลี่ยวันละประมาณ 3000 kcal แต่ชายคน หนึ่งรับประทานอาหารไปวันละ 4000 kcal เขาจึงมีนา้าหนักเพิ่มขึน้อย่าง ต่อเนื่อง ถ้าเขาจะขี่จักรยานเพื่อลดนา้หนักต่อวัน เขาจะต้องขี่จักรยานนานวันละ เท่าใดเพื่อกาจัดส่วนที่เกินมา 1000 kcal ถ้าเขาขี่จักรยานด้วยความเร็วปาน กลางเขาจะใช้พลังงาน 5.7 kcal/min
  82. 82. พลังงานในรูปอื่นๆ – พลังงานไฟฟ้า o เราสามารถเก็บพลังงานในรูปของพลังงานไฟฟ้ าได้ เช่นกัน o ตัวคาปาซิเตอร์ (Capacitor) ถูกใช้เก็บพลังงาน ไฟฟ้ าเพื่อใช้ในเครื่องมืออย่าง เช่น เครื่องปั๊มหัวใจ (Heart Defibrillators) o พ ลัง ง า น ไ ฟ ฟ้ า ที่เ ก็บ ไ ว้จ ะ ถูก น า ม า ใ ช้ก า เ นิด กระแสไฟฟ้าผ่านสู่หัวใจของคนไข้เพื่อหยุด อาการเต้น ผิดปกติของหัวใจและทาให้หัวใจกลับมาทางานเป็น ปกติ
  83. 83. พลังงานในรูปอื่นๆ – พลังงานไฟฟ้า o แสง(Light) เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ได้เร็วมากถึงแม้ว่าแสง จะเคลื่อนที่ แต่พลังงานของมันไม่ใช่พลังงานจลน์ตามนิยามไว้ เนื่องจากแสงไม่มีมวล ดังนัน้ ½ mv2 สาหรับแสงจึงมีค่าเป็นศูนย์ N-type P-type ขวั้ไฟฟ้า e- e-
  84. 84. ความสัมพันธ์ระหว่างมวลและพลังงาน 퐸 = 푚푐2 푆푅 퐺푅 เมื่อ o E คือ ปริมาณพลังงานที่สามารถได้มาจาก การเปลี่ยนมวล m เป็นพลังงาน o C คือ ความเร็วของแสง 3 x 108 m/s
  85. 85. ความสัมพันธ์ระหว่างมวลและพลังงาน o โรงงานไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ที่เปลี่ยนมวล ของยูเรเนียมให้เป็นพลังงานความร้อนซึ่ง สามารถนาไปเปลี่ยนเป็นพลังงานต่างๆ ได้ รวมทัง้พลังงานไฟฟ้าด้วย o อาวุธสงครามนิวเคลียร์เปลี่ยนมวลให้เป็น พลังงานในรูปแบบของการระเบิด เช่น ที่ ระเบิดในเมืองฮิโรชิมา ประเทศญี่ปุ่น ใน สงครามโลกครัง้ที่ 2
  86. 86. ตัวอย่าง ให้คานวณหาพลังงานที่ได้จากการเปลี่ยนมวล 1 g ให้เป็นพลังงาน และ ให้เปรียบเทียบกับพลังงานที่ได้จากการรับประทานอาหารโดยเฉลี่ย 3,000 kcal ต่อวัน จากสมการของมวลและพลังงาน คือ 퐸 = 푚푐2 ดังนนั้ 푬 = 풎풄ퟐ = ퟏ. ퟎ × ퟏퟎ−ퟑ풌품 ퟑ. ퟎ × ퟏퟎퟖ풎 풔ퟐ ퟐ = ퟗ. ퟎ × ퟏퟎퟏퟑ 푱 เปลี่ยนให้เป็น kcal ퟗ. ퟎ × ퟏퟎퟏퟑ 푱 ퟏ 풌풄풂풍 ퟒퟏퟖퟔ 푱 = ퟐ. ퟏퟓ × ퟏퟎퟏퟎ 풌풄풂풍 เมื่อเทียบอัตราส่วน ퟐ. ퟏퟓ × ퟏퟎퟏퟎ 풌풄풂 ퟑퟎퟎퟎ 풌풄풂풍 = ퟕ. ퟐ × ퟏퟎퟔ เราจะเห็นได้ว่าพลังงานที่ได้นี้มีค่ามากๆ เมื่อเทียบกับพลังงานโดยเฉลี่ยที่เราได้แต่ละวัน
  87. 87. หลักของเครื่องกล และประสิทธิภาพของเครื่องกล เครื่องกล (Machine) คือ เครื่องมือที่ช่วยผ่อนแรง หรืออานวยความ สะดวกเฉยๆ แรงพยายาม (Effect) แรงต้านทาน (Resistance) แรงที่ให้แก่เครื่องกล น้าหนักที่ถูกยก แรงที่เกี่ยวข้อง หลักของเครื่องกล งานที่ให้แก่เครื่องกล = งานที่ใช้ในการเอาชนะแรงต้านทาน + งานที่เอาชนะแรงเสียดทาน
  88. 88. การได้เปรียบเชิงกล M.A. คือ อัตราการผ่อนแรง เป็นอัตราส่วนระหว่างแรงต้านทาน W กับแรง พยายาม P ไม่มีหน่วย W D D ระยะทางของแรงพยายามถึงจุดหมุน   P. . P W M A P D WD ระยะทางของแรงต้านทานถึงจุดหมุน M.A. 1 ได้เปรียบเชิงกล M.A. 1 ไม่ผ่อนแรง แต่อานวยความสะดวก M.A.1 เสียเปรียบเชิงกล
  89. 89. ตัวอย่างการได้เปรียบเชิงกล การเปรียบเทียบการได้เปรียบเชิงกลของวิธีการยกของแบบย่อตัวลงกับก้ม หลัง o M.A.=40/60 ออกแรง 600 N ยกของได้ 400 N o M.A.=10/50 ออกแรง 500 N ยกของได้ 100 N
  90. 90. หลักสาคัญของเครื่องกล 0 A M  สมดุลของแรง 0 x F 0 y F  สมดุลของโมเมนต์ งานที่ให้แก่เครื่องกล = งานที่ได้รับเครื่องกล (การอนุรักษ์พลังงาน)
  91. 91. เครื่องกลอย่างง่าย (คาน) • คาน (Levers) เป็นเครื่องกลที่มีลักษณะการทางานโดยอาศัยหลัก ของโมเมนต์ คานประกอบด้วยจุดหมุน แรงพยายาม และนา้หนัก บรรทุก คานมี 3 ชนิด 1. คานอันดับที่หนงึ่ จุดหมุนอยู่ระหว่างนา้หนักบรรทุกและแรงพยายาม อาจได้เปรียบหรือเสียเปรียบเชิงกลได้
  92. 92. คาน (Levers) 2. คานอันดับที่สอง นา้หนักบรรทุกอยู่ ระหว่างจุดหมุนกับแรงพยายาม Dp > Dw ได้เปรียบเชิงกล 3. คานอับดับที่สาม แรงพยายามอยู่ ระหว่างนา้หนักบรรทุกกับจุดหมุน Dp < Dw เสียเปรียบเชิงกล
  93. 93. การประยุกต์ใช้เรื่องคานกับการพยาบาล คานอับดับหนึ่งกับการพยาบาล 1. เครื่องยกกระดูก (Bone elevator) 2. กรรไกร (Scissors) ความยาวของด้าม มีความสาคัญมาก ถ้าด้ามยาวจะให้แรง ในการตัดมาก โดยออกแรงน้อยๆ
  94. 94. คานอันดับหนึ่งกับร่างกายมนุษย์ 1. หัวกะโหลกที่อยู่บนจุดหมุน 2. เท้าที่เหยียบคันเร่ง
  95. 95. การประยุกต์ใช้เรื่องคานกับการพยาบาล คานอับดับสองกับการพยาบาล ได้เปรียบเชิงกล ผ่อนแรง 1. รถเข็นผู้ป่วย 2. รถเข็นถังออกซิเจน
  96. 96. คานอันดับสองกับร่างกายมนุษย์ 1. การยืนด้วยปลายเท้า โคนนิว้เท้าเป็นจุดหมุน นา้หนักคนเป็นนา้หนักบรรทุก และกล้ามเนือ้น่อง เป็นแรงพยายาม จากรูป ค่า DP=8 นิว้DW=6 นิว้ ถ้าออกแรง 1 N W D P P D  w=4/3 W ถ้าน่องออกแรง 25 N จะยกนา้หนักได้ 25x4/3=100/3 ถ้าน่องทัง้สองข้างจะยกนา้หนักได้ 200/3 หรือ 66(2/3) N
  97. 97. การประยุกต์ใช้เรื่องคานกับการพยาบาล คานอับดับสามกับการพยาบาล เสียเปรียบ 1. มีดผ่าตัด (Surgical knives) 2. คีม (Forceps)
  98. 98. คานอันดับสามกับร่างกายมนุษย์ 1. คนงอศอกหงายมือยกน้าหนัก 2. ขากรรไกร
  99. 99. รอก Pulleys เป็นเครื่องกลชนิดหนงึ่ที่มีประโยชน์มากในการพยาบาลผู้ป่วยด้าน กายภาพบาบัด จะใช้รอกติดตามส่วนที่ต้องการออกกาลังให้กับส่วนที่ บาดเจ็บ ก. รอกเดี่ยว (Single pulley) - รอกเดี่ยวตายตัว (Fixed pulleys) M  0 . . p w P D W D W D . .   P  1 W M A P D ไม่ช่วยผ่อนแรง
  100. 100. รอก Pulleys - รอกเดี่ยวเคลื่อนที่ (Movable pulley) Fy  0 T  P W 2 PW W 2 P  พยุงอวัยวะส่วนที่บาดเจ็บ W M A . . 2   P
  101. 101. รอก Pulleys ข. รอกพวง (Combination of pulleys) เมื่อรอกทุกตัวไม่มีแรงเสียดทาน ความตึงเชือกทุกตอนเท่ากัน W P n  n คือ จานวนเส้นเชือกที่ดึงนา้หนักขึน้
  102. 102. พื้นเอียง (Inclined plane) เป็นเครื่องกลผ่อนแรง สาหรับเคลื่อนวัตถุขึน้ที่สูงโดยสามารถพักเป็น ระยะ โดยที่ออกแรงน้อยกว่าที่จะยกขึน้ตรงๆ input  output P.L W.h . . W L M A   P h
  103. 103. ล้อและเพลา (Wheel and Axle) เป็นเครื่องกลที่นามาใช้ในเรือนกายภาพบาบัดสาหรับผู้ป่วยที่ต้องการ ออกกาลังท่อนแขนและขาให้บรรเทา . . input  output P.R W.r W R M A   P r
  104. 104. ลิ่ม (Wedge) เป็นระนาบเอียงที่เคลื่อนที่ได้ input  output P.H W.b . . W H M A   P b
  105. 105. สกรู (Screw) ผ่อนแรงได้มาก ใช้หลักของพื้นเอียง P.2 R W.pitch    1. ใช้กับเตียง Fowler’s เพื่อยกหัวเตียงให้สูงหรือต่าลง 2. หนีบสายยาง เพื่อปรับอัตราการไหลของน้าเกลือหรือสารอาหาร ประโยชน์ : 2 . . W R M A P pitch
  106. 106. แรงเสียดทาน Force of friction แรงที่ต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุ การเอาชนะแรงเสียดทาน เราต้องใส่ตัว หล่อลื่นระหว่างผิวที่สัมผัสกัน 1. การหล่อลื่นตามส่วนต่างๆของร่างกาย - Serous fluid อยู่ระหว่างเยื่อหุ้มปอดทัง้สองชัน้ ป้องกันแรง เสียดทานระหว่างการหายใจ - Saliva ใช้หล่อลื่นอาหารก่อนกลืน - Sebum เป็นสารหล่อลื่นที่ผิวหนังผลิต
  107. 107. แรงเสียดทาน Force of friction 2. การหล่อลื่นเครื่องมือ - K-Y Jbelly หล่อลื่นเครื่องมือ bronchoscope หรือ speculum 3. ข้อต่อ - Synuvial หล่อลื่นระหว่างกระดูก 4. ข้อต่อสะโพกเทียม - Vinertia แทนหัวกระดูกเดิม และวางตัวอยู่ในซอกเกตไนลอน
  108. 108. ตัวอย่าง จากรูปออกแรงดึงเชือกด้วยแรง T = 20 นิวตัน ขึน้ไปเชือกจะเคลื่อนที่ ไปด้วยความเร่งเท่าใด (กาหนดให้รอกมีมวล 0.5 kg และไม่มีความ ฝืด) 1.5 kg T = 20 นิวตัน 1.5 kg
  109. 109. งาน พลังงาน และเครื่องกลอย่างง่าย อ.ณภัทรษกร สารพัฒน์

×