กฎการอนุรักษ์พลังงาน ตัวอย่าง

Login

กฎการอนุรักษ์พลังงาน (law of conservation of energy) กล่าวว่า “พลังงานเป็นสิ่งที่ไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่และไม่สามารถทำให้สูญหายหรือทำลายได้ แต่จะเกิดการเปลี่ยนรูปพลังงานจากรูปหนึ่งไปเป็นอีกรูปหนึ่ง” ซึ่งในชีวิตประจำวันเราสามารถนำความรู้เกี่ยวกับกฎการอนุรักษ์พลังงานไปใช้ประโยชน์มากมาย ซึ่งนักเรียนจะได้ศึกษาจากตัวอย่าง ต่อไปนี้

1.  การเปลี่ยนพลังงานศักย์โน้มถ่วงเป็นพลังงานจลน์ ตัวอย่างเช่น น้ำกักเก็บไว้ในเขื่อน จะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงสะสมอยู่ เมื่อปล่อยให้น้ำไหลจากเขื่อนไปหมุนกังหันจะมีการเปลี่ยนแปลงพลังงานศักย์ไปเป็นพลังงานจลน์เพื่อนำไปผลิตกระแสไฟฟ้า

2.  การเปลี่ยนพลังงานแสงไปเป็นพลังงานเคมี ตัวอย่างเช่น กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช ซึ่งเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมีในรูปสารอาหาร แล้วเก็บสะสมไว้ในเนื้อเยื่อ

3.  การเปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานความร้อน ตัวอย่างเช่น การเผาไหม้เชื้อเพลิงที่มีพลังงานเคมีสะสมอยู่ จะได้พลังงานความร้อน

เกิดขึ้น

4. การเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อน ตัวอย่างเช่น เตารีดที่มีขดลวดนิโครมเป็นส่วนประกอบ เมื่อได้รับกระแสไฟฟ้าจะทำให้มีพลังงานความร้อนเกิดขึ้น

     ถ้าปล่อยวัตถุจากที่สูงระดับหนึ่งให้ตกแบบอิสระ ณ ตำแหน่งความสูงต่าง ๆ ของการเคลื่อนที่ ความเร็วของวัตถุจะเปลี่ยน ทำให้ขณะที่ตกทั้งพลังงานจลน์และพลังงานศักย์โน้มถ่วงเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา แต่ผลบวกของพลังงานศักย์และพลังงานจลน์ของวัตถุ ซึ่งจะเรียกว่า พลังงานกลของวัตถุ จะมีค่าคงตัวทุกขณะ 
     สมมติว่าปล่อยวัตถุมวล m ให้ตกลงแบบเสรี ถ้าขณะที่มวลอยู่สูง  h0 จากพื้นดิน วัตถุมีความเร็ว u เมื่อมวลตกลงต่อไปอีกจนอยู่ที่ระดับสูง h จากพื้นดิน วัตถุมีความเร็ว v และเนื่องจากการเคลื่อนที่นี้มีความเร่งคงตัว g จะได้

เมื่อคูณด้วย  

                    จากสมการนี้แสดงให้เห็นว่าพลังงานจลน์ของวัตถุที่เพิ่มขึ้นเท่ากับพลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถุที่ลดลง 

     สรุปได้ว่า การเคลื่อนที่แบบเสรีของวัตถุภายใต้สนามโน้มถ่วงของโลกโดยไม่มีแรงภายนอกมากระทำ พลังงานกลของวัตถุ ณ ตำแหน่งใดก็ตาม ย่อมมีค่าคงเดิมเสมอ เมื่อวัตถุตกลงพลังงานศักย์โน้มถ่วงจะลดลง ค่าที่ลดลงจะเปลี่ยนไปเป็นพลังงานจลน์ที่เพิ่มขึ้นทุกขณะ

          ในสถานการณ์จริง ส่วนมากผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์มีค่าไม่คงตัว เพราะมีแรงเสียดทานไปต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุ งานของแรงเสียดทานจะทำให้พลังงานกลของระบบส่วนหนึ่งเปลี่ยนไปเป็นพลังงานอื่นเช่นความร้อนและเสียง แต่เมื่อรวมพลังงานส่วนนี้เข้ากับพลังงานกลแล้ว พลังงานรวมจะมีค่าคงตัว ซึ่งเป็นไปตาม กฎการอนุรักษ์พลังงาน(law of conservation of energy) ที่กล่าวว่า พลังงานรวมของระบบจะไม่สูญหาย แต่เปลี่ยนจากพลังงานหนึ่งไปเป็นอีกพลังงานหนึ่ง
เครื่องเล่นในสยามพาร์คซิตี้ที่มีการเปลี่ยนระดับความสูงทุกชนิด ใช้การเปลี่ยนพลังงานระหว่างพลังงานศักย์โน้มถ่วงกับพลังงานจลน์ โดยอาศัยกฎการอนุรักษ์พลังงานทั้งสิ้น เครื่องเล่นที่เห็นได้ชัดเจนว่ามีการเปลี่ยนพลังงานศักย์โน้มถ่วงเป็นพลังงานจลน์ได้แก่ เครื่องเล่นที่มีชื่อว่า Speed Slider และ Super Spiral

         การเล่น Speed Slider และ Super Spiral ผู้เล่นต้องทำงานโดยการขึ้นบันไดไปจนถึงจุดสูงสุดของเครื่องเล่น ทำให้ผู้เล่นมีพลังงาน ศักย์โน้มถ่วง จากนั้นจึงจะปล่อยให้ตัวเองไถลลงมาตามราง ลงสู่ที่ต่ำ ทุกขณะพลังงานศักย์โน้มถ่วงจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์มีผลให้ผู้เล่น  เคลื่อนที่ลงด้วยความเร็วมากขึ้น ๆ และเพื่อช่วยลดแรงเสียดทาน รางของเครื่องเล่นทั้งสองชนิดจึงมีน้ำหล่อเลี้ยงเพื่อลดแรงเสียดทานระหว่างผู้เล่นกับพื้นราง  รางของเครื่องเล่น Speed Slider บางช่วงจะอยู่ในแนวราบ เพื่อชะลอให้พลังงานศักย์โน้มถ่วงเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ไม่เร็วเกินไป ผู้เล่นจึงไถลลงมาด้วยความเร็วที่เหมาะสมไม่สูงจนเกินไป

อ้างอิง;//fieldtrip.ipst.ac.th/intro_sub_content.php?content_id=18&content_folder_id=191

อ้างอิง; //www.cpn1.go.th/media/thonburi/lesson/04_WorkEnergy/showcontent.html