วิทยาศาสตร์ 5 - images-se-ed.com ·...

EXAMPLE

ค ำน ำ

หนงัสือวิทยาศาสตร์ 5 เล่มนี ้ เรียบเรียงขึน้ตามหลกัสตูรแกนกลางการศึกษาขัน้พืน้ฐาน แต่มีเนือ้หาท่ีลกึและกว้างกว่าหลกัสตูรระดบัมธัยมศึกษาปีท่ี 3 เล็กน้อย เน่ืองจากข้อสอบคดัเลือกเข้าศึกษาต่อในโรงเรียนชัน้น าทัง้หลาย เช่นโรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา โรงเรียนเตรียมทหาร โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ โรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัย หรือสถานศึกษาอ่ืนๆ จะออกเกินหลกัสตูรเล็กน้อย หนังสือนี เ้น้นการส่ือความหมายด้วยรูปภาพ และใช้ภาษาท่ีอ่านเข้าใจง่าย มีภาพประกอบและโจทย์ตวัอย่างมากมาย เหมาะส าหรับนกัเรียนต้องการน าไปใช้เป็นคู่มือในการสอบเข้าเรียนต่อในระดบัมธัยมปลายท่ีมีการแข่งขนักนัสูงมาก นอกจากนีเ้นือ้หาในหนงัสือนีย้งั มีการเช่ือมโยงกฎเกณฑ์ทางวิทยาศาสตร์กบัเหตกุารณ์ในชีวิตประจ าวนั ท าให้อ่านแล้วไม่เครียด หนังสือนีส้ าเ ร็จได้ด้วยความช่วยเหลือจาก ผศ.วัฒนา เดชนะ ม.ราชภัฏสงขลา โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผศ.จรัส บณุยธรรมา ครูวิทยาศาสตร์ระดบัอดุมศึกษา ท่ีได้ให้ค าแนะน าท่ีมีประโยชน์ และช่วยน าเนือ้หาบางส่วนของหนัง สือนีข้ึน้เว็บไซต์ของสาขาวิชาฟิสิกส์ รวมถึงผู้บริหารมหาวิทยาลยั ฯ ทกุระดบัชัน้ ท่ีสนบัสนนุส่งเสริมการท าผลงานวิชาการ และส่งเสริมการให้บริการทางวิชาการแก่ชมุชนและสงัคม จงึขอขอบพระคณุทกุท่านมา ณ โอกาสนี ้ สชุาติ สภุาพ โทรศพัท์ 083-920-3825

EXAMPLE

วทิยาศาสตร ์5 ชัน้มธัยมศกึษาปีที ่3 - 2

ผูช้่วยศาสตราจารยส์ชุาต ิสภุาพ คณะวทิยาศาสตรแ์ละเทคโนโลย ี มหาวทิยาลยัเทคโนโลยรีาชมงคลธญับุร ี

สำรบัญ

หน้ำ

บทที่ 1 แรง และกำรเคลื่อนที่ 4 1.1 ประเภทของแรง 10 1.2 ผลของแรงลพัธ์ท่ีกระท าต่อวตัถ ุ 53 1.3 แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยา 66 1.4 แรงดนับรรยากาศ และแรงดนัในของเหลว 68 1.5 แรงพยงุหรือแรงลอยตวัในของเหลว 79 1.6 แรงยกท่ีปีกเคร่ืองบิน 106 1.7 แรงเสียดทาน 107 1.8 แรงต้านทานการเคล่ือนท่ีของวตัถใุนของไหล (แรงหนืด) 121 1.9 แรงบิด หรือโมเมนต์ของแรง 123 1.10 การเคลื่อนท่ีแบบต่างๆ 129 1.11 กฎการเคลื่อนท่ี 181 บทที่ 2 งำน - พลังงำน 198 2.1 งาน 199 2.2 ก าลงังาน 227 2.3 พลงังาน 241 2.4 กฎการอนรัุกษ์พลงังาน 248

บทที่ 3 พลังงำนไฟฟ้ำ 261

3.1 ไฟฟ้ามีความเป็นมาอย่างไร 261 3.2 ไฟฟ้าคืออะไร 265 3.3 กระแสไฟฟ้าคืออะไร 270 3.4 ทิศของกระแสไฟฟ้า 277 3.5 ตวัน าและฉนวนไฟฟ้า 279 3.6 ความหมายของค าต่างๆ ท่ีเก่ียวข้องกบัพลงังานไฟฟ้า 281 3.7 ชนิดของกระแสไฟฟ้า 282 3.8 การใช้พลงังานไฟฟ้าของเคร่ืองใช้ไฟฟ้า 287

EXAMPLE



เน่ืองจากประจไุฟฟ้าท่ีเกิดขึน้จากการเสียดสีของวตัถ ุ2 ชนิด เกิดจากการท่ีวตัถหุนึ่งได้รับอิเล็กตรอนเข้ามา และวตัถอีุกชนิดหนึ่งสูญเสียอิเล็กตรอนไป ดงันัน้ถ้าวตัถหุนึ่งได้รับอิเล็กตอนเข้ามา n ตวั วตัถอีุกชนิดหนึง่ก็จะสญูเสียอิเล็กตอนไป n ตวั เช่นเดียวกนั เบนจามิน แฟรงคลินสันนิษฐานการเกิดฟ้าแลบ และฟ้าผ่า ว่าน่าจะเกิดมาจากประจุไฟฟ้า ท่ีอยู่บนท้องฟ้า และเขาได้ท าการทดลองเพ่ือพิสจูน์ข้อสนันิษฐาน โดยการใช้ว่าวและเชือกท่ีเป็นตวัน าไฟฟ้าขึน้ไปล่อประจไุฟฟ้าบนท้องฟ้า ขณะท่ีมีฝนฟ้าคะนอง และท่ีปลายเชือกเขาได้เอาพวงกญุแจของเขาผกูไว้ท่ีปลายเชือกด้วย ดงัรูป 1.25

รูป 1.25 การตรวจสอบว่าฟ้าผ่า เกิดจากประจไุฟฟ้าในอากาศ ของแฟรงคลิน

ผลปรากฏว่ามีประจไุฟฟ้าไหลลงมาทางเชือกเข้าสู่ลกูกญุแจ แต่โชคดีท่ีแฟรงคลินไม่ได้รับอนัตราย จากนัน้เขาจึงลองใช้เศษหญ้าแห้งจ่อเข้ากบัลกูกญุแจ ปรากฏว่าเกิดประจไุฟฟ้าไหลเข้าสู่มือเขา จากผลการทดลองแฟรงคลินสรุปถึงสาเหตขุองการเกิดฟ้าแลบและฟ้าผ่า ว่าเกิดจากการเสียดสีระหว่างก้อนเมฆกับอากาศ ท าให้เกิดการรับหรือเสียอิเล็กตรอน ฟ้าแลบเกิดจากการถ่ายเทประจุไฟฟ้าระหว่างก้อนเมฆด้วยกันเองส่วนฟ้าผ่าเกิดจากการถ่ายเทประจุไฟฟ้าระหว่างก้อนเมฆกบัพืน้ดิน จากการทดลองในครัง้นัน้ น าไปสู่ความคิดในการประดิษฐ์สายล่อฟ้าและ ในปี ค.ศ. 1752 แฟรงคลิน ก็ได้ประดิษฐ์สายล่อฟ้าขึน้ส าเร็จเป็นครัง้แรก สายล่อฟ้าของแฟรงคลิน มีลกัษณะเป็นแท่งโลหะปลายแหลมติดไว้บนจดุสงูสดุของอาคารสงู ส่วนท่ีต่อกบัแท่งโลหะจะเป็นเส้นโลหะท่ีน าไฟฟ้าได้ดี และเส้นโลหะนีจ้ะลากจากแท่งโลหะตรงไปยงัพืน้ดิน และฝังลงไปยงัพืน้ดิน เพ่ือให้ประจุไฟฟ้าจ านวนมากจากท้องฟ้าไหลลงสู่ดินได้สะดวก สายล่อฟ้าของแฟรงคลินถือว่าเป็นสิ่งประดิษฐ์ท่ีมีประโยชน์อย่างยิ่งในการป้องกนัความเสียหายของอาคารสงู

EXAMPLE



รูป 1.26 สิ่งก่อสร้างต่างๆในปัจจบุนั จะมีสายล่อฟ้า

ปรากฎการณ์เก่ียวกับไฟฟ้าสถิตท่ีเก่ียวข้องกับไฟฟ้าสถิตจ านวนมาก ได้แก่ ฟ้าแลบ,

ฟ้าผ่า ซึ่งเป็นปรากฎการณ์ท่ีเกิดขึน้เฉพาะในฤดูฝน แต่จริงๆแล้ว ไฟฟ้าสถิตจ านวนน้อยๆนัน้สามารถเกิดขึน้ได้อยู่ตลอดเวลา เช่นเสือ้ผ้าท่ีลู่ติดตวั, การเกิดฝุ่ นหนาเกาะจับตามหน้าจอของเคร่ืองรับโทรทศัน์, การเกิดไฟฟ้าดดูเม่ือเราจบัลกูบิดประตู หรือเปิดประตรูถ หรือแม้กระทัง่ เม่ือเราหยิบแผ่นใสออกมาจากกล่องก็จะเกิดไฟฟ้าสถิต

ปรากฎการณ์เกี่ยวกับไฟฟ้าสถิต เป็นปรากฏการณ์ท่ีปริมาณประจุไฟฟ้าบวกและลบบนผิววสัดมีุไม่เท่ากนั ปกติจะแสดงในรูปการดึงดดู , การผลกักนั และเกิดประกายไฟ ไฟฟ้าสถิตเป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติท่ีคนในประเทศท่ีมีอากาศหนาวคุ้นเคยเป็นอย่างดี เน่ืองจากความชืน้ในอากาศต ่ามาก ประจไุฟฟ้าท่ีเกิดขึน้จึงไม่สามารถถ่ายเทไปสู่อากาศได้ ตวัอย่างการกระท าในชีวิตประจ าวนัท่ีท าให้เกิดไฟฟ้าสถิตได้ ได้แก่ การเล่นสไลเดอร์ของเด็กๆ หรือการเดินบนพรมของคนทัว่ไป การเสียดสีของตวัเด็กกบัสไลเดอร์ หรือการเสียดสีของรองเท้าหรือกระโปรงกับพรม ก็ท าให้เกิดประจไุฟฟ้าสถิตขึน้ได้

EXAMPLE



รูป 1.27 ไฟฟ้าสถิตจากลกูโป่ง ท าให้ไม้จิม้ฟันในครอบแก้วเคล่ือนท่ีได้

ไฟฟ้ำสถติคืออะไร และเกดิขึน้ได้อย่ำงไร ?

ปกติแล้วทุกสิ่งทกุอย่างจะเป็นกลางทางไฟฟ้า เพราะว่าทุกอะตอมในสถานะปกติจะมีประจุบวกและประจุลบเท่ากัน (ถ้าภายในนิวเคลียสมีโปรตอนเท่าไร ก็จะมีอิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสในจ านวนท่ีเท่ากนั ) แต่เม่ือวตัถสุองชนิดสมัผสัหรือเสียดสีกนั อิเล็กตรอนอาจย้ายจากวตัถุหนึ่งไปยงัอีกวตัถุหนึ่ง ท าให้วตัถุหนึ่งมีอิเล็กตรอน หรือประจุลบเกิน และอีกวัตถุหนึ่งก็จะขาดอิเล็กตรอน หรือมีประจบุวกเกิน วตัถท่ีุมีอิเล็กตรอนเกินมาจึงมีไฟฟ้าสถิตเป็นประจลุบ ส่วนวตัถุท่ีมีอิเล็กตรอนหายไปจึงมีไฟฟ้าสถิตเป็นประจุบวก วัตถุท่ีมีไฟฟ้าสถิตเป็นบวกหรือลบ สามารถดดูวตัถท่ีุเป็นกลางทางไฟฟ้าได้เหมือนกนั

รูป 1.28 วสัดท่ีุสามารถดงึดดูน า้ได้

EXAMPLE



และถ้ามีประจไุฟฟ้าสถิตเป็นจ านวนมากก็ท าให้เกิดประกายไฟได้ ดงัรูป 1.29

รูป 1.29 ประกายไฟฟ้าท่ีเกิดจากไฟฟ้าสถิต

การท าให้วัตถุมีประจุไฟฟ้า ท าได้ 3 วิธี คือ

1) กำรน ำวัตถุ 2 ชนิดมำเสียดสีกัน

เม่ือวสัดุต่างชนิดกันเสียดสีกันจะเกิดจากการถ่ายเทของอิเล็กตรอนระหว่างวสัดุทัง้สองขณะสมัผสั

รูป 1.30 ขณะวสัดเุสียดสีกนั จะมีการถ่ายเทอิเล็กตรอน

เม่ือวสัดุต่างชนิดเสียดสีกัน อิเล็กตรอนจะถูกถ่ายเทจากอะตอมของวสัดุหนึ่งไปยังอีกอะตอมของอีกวัสดุหนึ่ง เม่ือวสัดุทัง้สองแยกออกจากกัน วัสดุท่ีอิเล็กตรอนขาดหายไปก็จะมีประจไุฟฟ้าเป็นบวก และวสัดท่ีุได้รับอิเล็กตรอนเพิม่เข้ามา ก็จะมีประจไุฟฟ้าเป็นลบ

EXAMPLE



รูป 1.31 การท าให้เกิดประจไุฟฟ้าโดยการเสียดสี

2) กำรเหน่ียวน ำประจุไฟฟ้ำ

การเหน่ียวน าประจไุฟฟ้าจะท าให้ ประจบุวกและประจลุบแยกออกจากกนั ท าให้ดเูสมือนว่าด้านหนึง่มีประจไุฟฟ้าเป็นบวก และอีกด้านหนึง่มีประจไุฟฟ้าเป็นลบ

รูป 1.32 การท าให้เกิดประจไุฟฟ้าโดยการเหน่ียวน า

EXAMPLE



3) กำรถ่ำยเทประจุไฟฟ้ำ จำกวัตถุหน่ึงไปยังอีกวัตถุหน่ึง

รูป 1.33 การถ่ายเทประจไุฟฟ้า จากวตัถหุนึง่ไปยงัอีกวตัถหุนึง่

4) กำรเหน่ียวน ำและกำรต่อสำยดนิ

การเหน่ียวน าจะท าให้ประจไุฟฟ้าบวกและลบแยกออกจากกนั ส่วนการต่อสายดินจะท าให้ประจลุบ เคล่ือนท่ีไปยงัดิน ท าให้วตัถท่ีุมีประจไุฟฟ้าตามท่ีต้องการได้

รูป 1.34 การท าให้เกิดประจไุฟฟ้าโดยการเหน่ียวน าและการต่อสายดิน หมำยเหต ุ การต่อสายดินส าหรับการทดลองในห้องเรียน อาจใช้นิว้สมัผสัแทนได้

EXAMPLE



รูป 1.35 การใช้นิว้สมัผสักบัอิเล็กโตรสโคป แทนการต่อสายดินได้

ไฟฟ้ำสถติที่เกดิขึน้ที่ก้อนเมฆ

เน่ืองจากก้อนเมฆก็คือกลุ่มของละอองไอน า้และเกล็ดน า้แข็ง ก่อนท่ีจะเกิดฝนตกจะมีการเคล่ือนตัวของก้อนเมฆอยู่ตลอดเวลา การเคล่ือนตัวของก้อนเมฆนีท้ าให้ก้อนเมฆเสียดสีกับอากาศ และมีไฟฟ้าสถิตเกิดขึน้ในก้อนเมฆ ดงัรูป 1.36

รูป 1.36 การเสียดสี ท าให้เกิดไฟฟ้าสถิต

โดยทัว่ไปฐานของก้อนเมฆจะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ส่วนก้อนเมฆด้านบนจะมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก ดงัรูป 1.37

EXAMPLE



แรงลอยตัวและหลักของอำร์คิมดิีส (buoyant force and archimedes’s principle)

เป็นแรงพยุงของของไหลท่ีกระท าต่อวัตถุ แรงลอยตัวในของเหลวมีค่าแปรผันตรงกับปริมาณของของเหลวท่ีถูกแทนท่ี มีทิศพุ่งขึน้ในแนวดิ่ง แรงลอยตวัมีค่าเท่ากับผลต่างของแรงดนั ด้านบนของวตัถ ุกบัแรงดนัด้านล่างของวตัถ ุดงัรูป 1.96

รูป 1.96 แสดงการเกิดแรงลอยตวั

รูป 1.97 แรงลอยตวัของก้อนหินมีค่าเท่ากบัน า้หนกัของน า้ท่ีมีปริมาตรเท่าก้อนหิน

ทกุคนท่ีเคยยกสิ่งของในน า้ ดงัรูป 1.97 จะทราบว่าการยกสิ่งของในน า้จะออกแรงน้อยกว่าการยกสิ่งของในอากาศ ท่ีเป็นเช่นนีเ้น่ืองจากน า้จะออกแรงพยงุวตัถุทกุชิน้ท่ีอยู่ในน า้ ผู้ ท่ีอธิบายเก่ียวกับแรงพยุงหรือแรงลอยตัวได้เป็นคนแรก คือ อาร์คิมีดีส อาร์คิมิดิสได้เสนอหลักเก่ียวกบัการลอยและการจมของวตัถใุนของเหลว ซึง่เรียกว่า หลกัของอาร์คิมิดีส ดงันี ้ “ วัตถุที่จมในของเหลว หมดทัง้ก้อนหรือจมแต่เพียงบำงส่วน จะมีแรงลอยตัวกระท ำต่อวัตถุนัน้ แรงลอยตัวที่กระท ำต่อวัตถุนัน้มีค่ำเท่ำกับน ำ้หนักของของเหลวที่ถูกวัตถุนัน้แทนที่ ”

EXAMPLE

http://www.surfguidehawaii.com/surf-journal/joe-rock-carry.JPG



รูป 1.153 กราฟความเร็ว – เวลา

รูป 1.154 กราฟความเร่งเท่ากบัศนูย์

ตัวอย่ำง ถ้าโยนวตัถใุห้เคลื่อนท่ีแบบโปรเจคไตล์ จงเขียนกราฟ h t , v t และ a t วิธีท ำ กราฟเป็นดงัรูป

ตอบ

ตัวอย่ำง กราฟ v t ของการเคลื่อนท่ี เป็นดงัรูป จงหาความเร็วเฉล่ีย

EXAMPLE



วิธีท ำ เน่ืองจาก พืน้ท่ีใต้กราฟ หมายถึงระยะทางของการเคลื่อนท่ี

พืน้ท่ีใต้กราฟ = 1

2 (ผลบวกของด้านคู่ขนาน) สงู

1(10 25) 10 175

2m

ความเร็วเฉล่ีย = ระยะทาง / เวลา

1757 /

25

mm s

s ตอบ

ตัวอย่ำง กราฟการกระจดั – เวลา ของการเคลื่อนท่ี เป็นดงัรูป จงหาความเร็ว

วิธีท ำ เน่ืองจากความชนัของกราฟการกระจดั – เวลา หมายถึงระยะทางของการเคลื่อนท่ี

ความชนั 4010 /

4

mm s

s

ความเร็ว 10 /m s ตอบ

ตัวอย่ำง ลกูบอลมวล 2 กิโลกรัม ตกจากความสงู 0.8 เมตร ลงบนพืน้ปนูท่ีแข็ง และกระดอนกลบัขึน้ไปสงู 6 เมตร โดยแรงท่ีพืน้กระท าต่อลกูบอลเท่ากบั 50 นิวตนั จงหา ก) ขนาดและทิศทางของแรงท่ีลกูบอลกระท าต่อพืน้ ข) อตัราเร็วท่ีลกูบอลกระทบพืน้ วิธีท ำ จากกฎข้อสามของนิวตนั ก) ขนาดของแรงท่ีลกูออกแรงบนพืน้ = 50 นิวตนั (มีทิศลงในแนวดิ่ง) ตอบ ข) ความเร็วท่ีลกูบอลกระทบพืน้ จาก 2 2 2v u as

2 2 2(0 / ) 2(9.8 / )(0.8 )v m s m s m 3.96 /v m s ตอบ

EXAMPLE



บทที่ 2 งำน - พลังงำน

ทกุสิ่งทกุอย่างในจกัรวาลนีมี้ความสมัพนัธ์กนั ไม่มีอะไรหรือใครอยู่อย่างโดดเด่ียวสมบรูณ์ ถ้าความสัมพันธ์ค่อนข้างน้อยมาก ๆ เราก็จะถือว่าไม่มีความสัมพันธ์กัน แต่ส าหรับงานกับพลงังานนัน้แน่นอนนกัศึกษาก็ทราบว่าเป็นปริมาณท่ีมีความสัมพนัธ์กันอย่างใกล้ชิด สิ่งหนึ่งท่ีบอกว่าปริมาณทัง้สองนีมี้ความสมัพนัธ์กนัอย่างใกล้ชิดคือปริมาณทัง้สองใช้หน่วยเดียวกนั คือ จลู ความสมัพนัธ์กนัอย่างใกล้ชิดท่ีกล่าวถึงคือปริมาณทัง้สองสามารถเปล่ียนรูปกนัได้ คืองานสามารถเปล่ียนรูปไปเป็นพลงังานได้ เช่น ยกกระเป๋าจากพืน้ขึน้มาวางบนท่ีสงู งานในการยกกระเป๋าก็จะเปล่ียนรูปเป็นพลงังานศกัย์ของกระเป๋า ดงัรูป 2.1

รูป 2.1 งานในการยกกระเป๋า เปล่ียนรูปไปเป็นพลงังานศกัย์ของกระเป๋า

หรือถ้าออกแรงดึงยางให้ยืด งานท่ีใช้ในการดึงยางให้ยึด ก็จะเปล่ียนรูปไปเป็นพลังงานศักย์ยืดหยุ่นของยาง ดงัรูป 2.2

รูป 2.2 งานในการดงึหนงัสติ๊ก เปล่ียนรูปไปเป็นพลงังานศกัย์ยืดหยุ่นของหนงัสติ๊ก

EXAMPLE



ตัวอย่ำง ชายคนหนึ่งมีมวล 40 กิโลกรัม วิ่งขึน้ไดสูงรวม 2 เมตร ในเวลา 2 วินาที เขาใช้ก าลงั เท่าใด (ก าหนดให้ ค่า g = 10 เมตร/วินาที2 )

วิธีท ำ จาก WP

t

mghP

t

2(40 )(10 / )(2 )

4002

kg m s mP W

s ตอบ

ตัวอย่ำง ในการยกกล่องมวล 100 ก.ก. จากพืน้ โดยใช้ก าลงั 1 กิโลวตัต์ เป็นเวลา 10 วินาที กล่องนัน้จะขึน้ไปได้สงูจากพืน้ก่ีเมตร


t

mghP

t

2(100 )(10 / )

100010

kg m s hW

s

10h m ตอบ

ตัวอย่ำง นาย A เดินหิว้กระเป๋ามวล 4 กิโลกรัม ขึน้ตึกไปยงัชัน้ 5 ภายในเวลา 50 วินาที ถ้าตึกมีความสงูเฉล่ีย ชัน้ละ 5 เมตร จงหาก าลงัท่ีสมศรีใช้ในการหิว้กระเป๋าเป็นก่ีวตัต์


t

mghP

t

ตกึไปยงัชัน้ 5 มีความสงูจากพืน้ = 5 เมตร x 4 = 20 เมตร

2(4 )(10 / )(20 )

50

kg m s mP

s

16P W ตอบ

ตัวอย่ำง ทาร์ซานมีมวล 80 กิโลกรัม ไต่บนัไดลิงด้วยอตัราเร็วสม ่าเสมอ 2 เมตร/วินาที จงหาก าลงัท่ีทาร์ซานใช้ วิธีท ำ จาก P Fv

( )P mg v 2(80 )(10 / )(2 / )P kg m s m s 1600P W ตอบ

EXAMPLE



รูป 2.24 คนท่ีก าลงัไต่หน้าผา มีพลงังานศกัย์โน้มถ่วงเพิม่ขึน้ตามความสงู

รูป 2.25 งานท่ีทกุคนท า มีค่าเท่ากบัพลงังานศกัย์ของวตัถท่ีุเพิม่ขึน้

จากรูป 2.25 พลงังานศกัย์โน้มถ่วงของจกัรยานท่ีมีค่าเพิ่มขึน้ มีขนาดเท่ากบังานท่ีใช้ในการท าให้จกัรยานเปล่ียนต าแหน่งความสงู สิ่งท่ีท าให้เกิดพลงังานศกัย์โน้มถ่วงของสิ่งต่าง ๆ คือสนามโน้มถ่วงของโลก

EXAMPLE



รูป 2.28 ออกแรงดงึสปริง

จากรูป 2.28 พลงังานศกัย์ยืดหยุ่นของสปริงท่ีมีค่าเพิม่ขึน้ มีขนาดเท่ากบังานท่ีใช้ในดึงสปริงให้ยืดออก โดยพลังงานศักย์ของสปริง มีค่าขึน้อยู่กับค่าคงท่ีของสปริง และระยะท่ีสปริงยืดออก หรือเขียนเป็นสมการได้ว่า

พลงังานศกัย์ของสปริง

21

2sU kx (2.5)

2.4 กฎกำรอนุรักษ์พลังงำน (conservation of energy)

ปริมาณหลายอย่างในธรรมชาติเป็นปริมาณท่ีค่อนข้างจะคงท่ี เช่น น า้ เม่ือ 100 ปีก่อนโลกมีน า้อยู่เท่าไร ตอนนีก็้มีน า้อยู่ในปริมาณท่ีใกล้เคียงกนั หรือเม่ือ 100 ปีก่อน โลกมีมวลสารอยู่เท่าไร ตอนนีก็้ยงัอยู่ในปริมาณท่ีใกล้เคียงกนั หรือถ้ามีคนตายไปก็ไม่ได้ท าให้โลกมีมวลสารลดลงเป็นต้น ปริมาณใดท่ีมีค่าคงท่ีเสมอ เราเรียกปริมาณนัน้ว่าเป็นปริมาณอนรัุกษ์ ปริมาณท่ีเป็นปริมาณอนรัุกษ์ มีหลายปริมาณด้วยกนั เช่น ประจไุฟฟ้า มวล(บางกรณี) พลงังาน ฯลฯ ส าหรับในท่ีนีจ้ะกล่าวถึงเฉพาะกฎการอนรัุกษ์พลงังาน ทกุสิ่งทกุอย่างในจกัรวาลนี ้ไม่มีใครท าให้มนัสญูหายหรือท าให้มนัเกิดขึน้มาใหม่ได้ ในท านองเดียวกนัคนท่ีตายไปจากโลกนี ้ทุกคนก็ไม่ได้หายไปจากโลกนี ้เพียงแต่เปล่ียนสภาพไปเท่านัน้เอง ถ้าตายแล้วเผาก็จะกลายเป็นไอน า้และแก๊ส ถ้าตายแล้วฝังก็จะกลายเป็นปุ๋ ยอยู่ในดิน พืชก็จะเอาปุ๋ ยเหล่านีไ้ปเป็นอาหาร แล้วส่วนประกอบของคนตายเหล่านัน้ก็จะเคล่ือนย้ายไปเป็นส่วนใดส่วนหนึ่งของพืช ถ้ามนษุย์กินพืช ส่วนประกอบเหล่านัน้ก็จะเคล่ือนย้ายไปอยู่ท่ีมนษุย์ หรือสรุปได้ว่าทกุสิ่งทกุอย่างไม่ได้หายไปไหน พลังงานก็เช่นเดียวกัน เป็นปริมาณท่ีคงตัวไม่มีใครท าให้พลังงานหายไปได้ นักวิทยาศาสตร์ท่ี

EXAMPLE



มองเห็นความจริงนีจ้ึงได้ตัง้กฎอนุรักษ์พลงังานขึน้มา กฎอนุรักษ์พลงังาน กล่าวว่า “ เรำไม่

สำมำรถท ำให้พลังงำน สูญหำย หรือเกดิใหม่ได้ ” หรือเขียนเป็นสมการได้ว่า

i fE E (2.6)

สมกำร (2.6) คือกฎกำรอนุรักษ์พลังงำน

รูป 2.29 พลงังานรวมขณะท่ีน า้ตกก าลงัตกลงมา มีค่าคงตวั

ขณะท่ีน า้ตกก าลงัตกลงมา พลงังานศกัย์ของน า้จะมีค่าลดลง แต่พลงังานจลน์ของน า้จะมีค่าเพิ่มขึน้ (พลงังานศกัย์มีค่าลดลงเท่าไร พลงังานจลน์ก็มีค่าเพิ่มขึน้เท่านัน้) หรือเขียนเป็นกราฟได้ดงัรูป

รูป 2.30 กราฟความสมัพนัธ์ระหว่างพลงังานศกัย์กบัพลงังานจลน์

EXAMPLE



ตัวอย่ำง รถยนต์มวล 1000 kg ออกตวัจนมีความเร็ว 50 m/s ได้ในเวลา 8 วินาที จงหาก าลงัของเคร่ืองยนต์ วิธีท ำ จากทฤษฎีงาน-พลงังาน งำน = พลังงำนที่เปล่ียนไป

จาก

ได้

ก าลงัเฉล่ียของเคร่ืองยนต์ แรงม้า ตอบ

ตัวอย่ำง จงอธิบายการเปล่ียนรูปของพลงังานท่ีเกิดขึน้ ระหว่างท่ีนกักีฬา ก าลงักระโดดค า้ถ่อ ดงัรูป

ค ำตอบ การเปล่ียนรูปของพลงังานมี ดงันี ้

พลงังานจลน์ของนกักีฬา (นกักีฬาวิ่ง ) พลงังานศกัย์ยืดหยุ่นของไม้(ไม้งอ ) พลงังานศกัย์โน้มถ่วงของนกักีฬา (นกักีฬาลอยขึน้ ) พลงังานจลน์ของนกักีฬา (นกักีฬาตกลงมา )

210

2f

W mv

211000 50 0

2W kg m s ( )( / )

1250000W J

WP

t

1250000156250

8

JP W

s

156250209 45

746

WP hp

W hp .

/

209 45 .

EXAMPLE


ผูช้่วยศาสตราจารยส์ชุาต ิ สภุาพ คณะวทิยาศาสตรแ์ละเทคโนโลยี ่ มหาวทิยาลยัเทคโนโลยรีาชมงคลธญับุร ี

ตัวอย่าง ถ้าขดลวดปฐมภมูิของหม้อแปลงมีจ านนวนรอบมากกว่าขดลวดทตุิยภมูิ 5 เท่า ดงัรูป ถ้าหม้อแปลงมีประสิทธิภาพ 100% แรงดนัไฟฟ้าท่ีขดลวดปฐมภมูิ

วิธีท า จาก p p

s s

V N

V N

5

1

pV

IR

5

(1.2 )(15 ) 1

pV

A

90pV โวลต์ ตอบ

ตัวอย่าง ถ้าขดลวดปฐมภมูิของหม้อแปลงมีจ านนวนรอบน้อยกว่าขดลวดทตุิยภมูิ 6 เท่า ดงัรูป ถ้าหม้อแปลงมีประสิทธิภาพ 100% จงหากระแสไฟฟ้าในขดลวดทตุิยภมูิ

วิธีท า จาก p s

s p

N I

N I

1

6 40

sI

mA

6.67sI mA ตอบ

EXAMPLE

วิทยาศาสตร์ 5 - images-se-ed.com ·...

Documents