พลังงาน คือ ความสามารถในการทำงานได้ สิ่งมีชีวิตทุกชนิดจะมีสสารและพลังงานเป็นพื้นฐานของการดำรงชีวิต สสารนั้นจะมีรูปร่างและสามารถสัมผัส จับต้องได้ ส่วนพลังงานนั้นแม้ว่าจะสัมผัส ได้แต่จับต้องไม่ได้เหมือนสสาร
พลังงานสามารถทำให้สสารเกิดการเปลี่ยนแปลงได้ เช่นทำให้สสารร้อนหรือมีอุณหภูมิสูงขึ้น ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ได้
ในชีวิตของเราเกี่ยวข้องอยู่กับพลังงานตลอดเวลา ซึ่งพลังงานมีหลายรูปแบบ ที่เรารู้จักกันดีคือ
พลังงานความร้อน ไฟฟ้า แสง เสียง เคมี รังสี และพลังงานกล
1.1.พลังงานกล ( Mechanical energy )
พลังงานกล คือ พลังงานที่สามารถทำวัตถุเปลี่ยนแปลงรูปร่างหรือเคลื่อนที่ได้
พลังงานกลจำแนกออกเป็น 2 ชนิด คือ พลังงานศักย์ และ พลังงานจลน์
พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของวัตถุมีทั้งพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ ผลรวมของพลังงานศักย์ และ พลังงานจลน์ของวัตถุเป็นพลังงานกล
1.1.1.พลังงานศักย์ ( Potential energy )
พลังงานศักย์เป็นพลังงานที่ซ่อนเร้นหรือสะสมอยู่ในตัวของวัตถุเนื่องมาจากตำแหน่งหรือสถานภาพของวัตถุนั้น เช่น น้ำเหนือเขื่อน ลูกเหล็กบนยอดปั้นจั่น แบตเตอรี่ที่ยังไม่ได้ต่อไฟไปใช้ คันธนูที่ง้างจะยิง หนังสติ๊กที่ยืดจะยิง ลานนาฬิกาที่ไขตึงแต่ยังจับเข็มนาฬิกาไว้ยังไม่ปล่อยให้เข็มเดิน
พลังงานศักย์จำแนกออกเป็น 2 ชนิด คือ พลังงานศักย์โน้มถ่วง และ พลังงานศักย์ยืดหยุ่น
1) พลังงานศักย์โน้มถ่วง
พลังงานศักย์โน้มถ่วง คือ พลังงานที่สะสมในวัตถุที่มีความสูง หรืออาจกล่าวไดว่าเป็นพลังงานศักย์ที่เกิดจากแรงโน้มถ่วง
พลังงานศักย์โน้มถ่วงนี้เป็นพลังงานที่เกิดจากการทำงานที่มีการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของวัตถุให้มีความสูงเปลี่ยนไปจากเดิม เช่น ยกวัตถุหนัก m กิโลกรัม แรงโน้มถ่วงมีค่า g นิวตัน วางวัตถุไว้สูงขึ้นไปจากพื้น h เมตร จะได้งานเท่าไร
จาก W = F x S
W = m x g x h
หรือ W = mgh จูล หรือ นิวตันเมตร
พลังงานศักย์โน้มถ่วงมีค่าเท่ากับงานที่ทำดังนั้น
การเปลี่ยนแปลงพลังงานศักย์โน้มถ่วง = มวล x แรงโน้มถ่วง x การเปลี่ยนความสูง
หรือ Ep = m x g x h
ถ้าให้ Ep คือ พลังงานศักย์โน้มถ่วง
m..คือ มวลของวัตถุมีหน่วยเป็นกิโลกรัม (Kg)
g.. คือ ความเร่งโน้มถ่วงของโลกมีค่า 9.8 นิวตัน (ในบทนี้ใช้ 10 นิวตัน)
h..คือ ความสูงจากระดับอ้างอิง มีหน่วยเป็นเมตร
สามารถเขียนนิยามได้ว่า Ep = mgh
ตัวอย่างโจทย์เรื่องพลังงานศักย์โน้มถ่วง
1. จงหาพลังงานศักย์โน้มถ่วงของ มวล 100 กิโลกรัม ที่วางบนพื้นดิน
วิธีทำ จาก Ep = mgh
Ep = 100 x 10 x 0
Ep = 0
พลังงานศักย์โน้มถ่วงเท่ากับ 0 จูล
2.จงหาพลังงานศักย์โน้มถ่วงของชายคนหนึ่งที่มีมวล 50 กิโลกรัม เขายืนบนหน้าผาสูง 30 เมตร
วิธีทำ จาก Ep = mgh
Ep = 50 x 10 x 30
Ep = 15,000 จูล
พลังงานศักย์โน้มถ่วงเท่ากับ 15,000 จูล
3.วัตถุมวล 5 กิโลกรัม อยู่บนอาคารสูงจากพื้นดิน 10 เมตร จงหาพลังงานศักย์โน้มถ่วง
วิธีทำ จาก Ep = mgh
Ep = 5 x 10 x 10
Ep = 500 จูล
พลังงานศักย์โน้มถ่วงเท่ากับ 500 จูล
2) พลังงานศักย์ยืดหยุ่น
พลังงานศักย์ยืดหยุ่น (Elastic potential energy)
ดดดดดพลังงานศักย์ยืดหยุ่น คือ พลังงานที่สะสมในวัตถุที่มีคุณสมบัติยืดหยุ่นอันเนื่องมาจากการถูกทำให้ยืดออกหรือหดเข้าจากตำแหน่งสมดุล ซึ่งวัตถุที่มีคุณสมบัติยืดหยุ่น ได้แก่ ยาง สปริง คันธนู เป็นต้น ในที่นี้จะขอกล่าวถึงเฉพาะพลังงานศักย์ยืดหยุ่นของสปริง
ดดดดดพลังงานศักย์ยืดหยุ่นในสปริงจะมากหรือน้อยนั้น ขึ้นอยู่กับสองตัวแปร ได้แก่ ค่าคงที่ของสปริง ซึ่งอาจจะกล่าวเพื่อให้เข้าใจง่ายๆ ว่า ความแข็ง-อ่อนของสปริง สปริงที่มีค่าคงที่ของสปริงมากๆ ก็จะแข็ง ทำให้ยืดออกหรือหดเข้าได้ยากกว่าสปริงที่มีค่าคงที่ของสปริงน้อยๆ อีกตัวแปรหนึ่งก็คือ ระยะที่ยืดออกหรือหดเข้าของสปริงจากตำแหน่งสมดุล
ดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดด
ดดดดดดดดดดดดดดดดดด เมื่อ Ep แทน พลังงานศักย์ยืดหยุ่นของสปริง มีหน่วยเป็นจูล (J)
ดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดด k แทน ค่าคงที่ของสปริง มีหน่วยเป็นนิวตันต่อเมตร (N/m)
ดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดด x แทน ระยะที่ยืดออกหรือหดเข้าของสปริงจากตำแหน่งสมดุล มีหน่วยเป็นเมตร (m)
//www.scimath.org/socialnetwork/groups/viewbulletin/
ตัวอย่างโจทย์เรื่องพลังงานศักย์ยืดหยุ่น
1. เมื่อออกแรงดึงสปริงตัวหนึ่งขนาด 4 นิวตัน พบว่าสปริงสามารถยืดได้ 20 เซนติเมตร จงหาค่านิจ
ของสปริง
วิธีทำ จาก F = KX
F = 4 นิวตัน
X = 0.2 เมตร (100 cm = 1 m)
4 = K x 0.2
K = 4 / 0.2
K = 40 / 2
K = 20 นิวตัน/เมตร
ค่านิจของสปริงมีค่าเท่ากับ 20 นิวตันเมตร
2. สปริงตัวหนึ่งมีค่าคงที่ของสปริง (ค่านิจ) 100 นิวตัน/เมตร ถ้าออกแรงขนาด 50 นิวตัน ดึงสปริงดังกล่าว