Jirupi@kku.ac.th

กฎการอนรกษพลงงาน

( law of conservation of energy )

กฎอนรกษพลงงานจดไดวาเปนกฎพนฐานส าหรบการศกษาปญหาและปรากฎการณตางๆ ในวชา

ฟสกส ซงใจความส าคญของกฎอนรกษพลงงานกลาววา พลงงานไมสามารถสรางขนใหมหรอท าใหสญหายไป

ได แตพลงงานสามารถเปลยนรปจากรปหนงไปยงอกรปหนงได โดยเราจะศกษากฎการอนรกษพลงงานจาก

ตวอยางตอไปน พจารณาการตกของหนงสออยางอสระภายใตแรงโนมถวงของโลก ดงรป

ณ ความสงตางๆกน หนงสอกจะมความเรวทตางกนไปดวย นนแปลวาทง

พลงงานจลนและพลงงานศกยโนมถวงของหนงสอกจะเปลยนแปลงตลอดเวลา โดย

ผลบวกของพลงงานจลนและพลงงานศกยโนมถวงจะเรยกวา "พลงงานกล" (Mechanical

energy) ซงการเปลยนแปลงพลงงานกลกยอมเปนไปตามกฎการอนรกษพลงงาน ดงนน

ในทน เราก าลงพดถง กฎการอนรกษพลงงานกลของวตถ ซงกลาววา พลงงานกลของ

วตถ ณ ต าแหนงตางๆ จะมคาคงท

มาเพมความรในเรองกฎการอนรกษพลงงานกบพฟาใส กบนองฟาใหม และคณชายกอนเมฆกนนะคะ

พฟาใส

นองฟาใหม

คณชายกอนเมฆ

วนนเรามาเรยนเรองกฏการอนรกษ

พลงงานกบนองฟาใหมกนนะคะ กฎการอนรกษพลงงงานคออะไรครบ

ทราบไหมครบ ? นองฟาใหม

ไมทราบคะคณชายกอนเมฆ แตเราสามารถถามพ

ฟาใสไดนะคะ งนเราถามพฟาใสกนนะคะวา

กฏการอนรกษพลงงานคออะไร?

ไดเลยครบนองฟาใหม

Jirupi@kku.ac.th

พฟาใสคะชวยอธบายใหพวกเราฟงหนอยนะ

คะวากฏการอนรกษพลงงานคออะไร?

โอเคจา !!!! งนเรามาเรยนเรอง

กฏการอนรกษพลงงานกลกนเลย

จา

ทผานมานองฟาใหมและครชายกอนเมฆกคงจะเคยเรยนเรองพลงงานจลนและพลงงานศกยมาแลว และคงนองทงสองคง

ทราบแลววางานกบพลงงานมความเกยวของสมพนธกน อกสงหนงทเราจะไดเรยนรในเรองตอไปนนนกคอพลงงานใน

รปแบบทสามารถเปลยนรปไปมาไดหรอไมอยางไร ? พฟาใสอยากใหนองทงสองวเคราะหสถานการณนลองดนะคะ

สมมตวาเราปลอยหนงสอ มวล m ใหตกอยางอสระ โดยขณะทหนงสออย ณ ต าแหนง yb หนงสอมความเรวตน u เมอหนงสอตกลงไปอย ณ ต าแหนง

ya หนงสอมความเรวเปน v การเคลอนทนอยภายใตความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก g จากสมการการเคลอนทของวตถ เราสามารถเขยนไดวา

กฎการอนรกษพลงงาน

พลงงานรปหนงสามารถเปลยนเปนพลงงานรปอน ๆ ได พลงงานทมาจากการเปลยนรปนจะมคาเทากบพลงงานเดม ซงเปนไปตามกฎ

การอนรกษพลงงาน ( law of conservation of energy )

ขณะทโยนลกบอลขนจากพน พลงงานเคมในรางกายบางสวนจะเปลยนเปนพลงงานจลนของลกบอลจงท าใหลกบอลเคลอนทไดเมอลก

บอลเคลอนทสงขน ความเรวจะลดลง นนคอพลงงานจลนของลกบอลจะลดลงโดยเปลยนไปเปนพลงงานศกยโนมถวง ณ ต าแหนงสงสด ของการ

เคลอนท พลงงานจลนของลกบอลเปนศนยและพลงงานศกยโนมถวงมคาสงสด ขณะทลกบอลเคลอนทลง พลงงานศกยโนมถวงจะเปลยนเปน

พลงงานจลน และเมอลกบอลกระทบพนพลงงานจลนจะเปลยนเปนพลงงานความรอนและเสย เรยกแรงทกระท าแลวพลงงานกลไมเปลยนน

วา “แรงอนรกษ”

สรปไดวา การเคลอนทแบบอสระของวตถภายใตแรงโนมถวงของโลกโดยไมม

แรงภายนอกมากระท า พลงงานกลของวตถ ณต าแหนงตางๆ ยอมมคาคงท

เสมอ ซงเปนไปตาม "กฎการอนรกษพลงงานกล" ใชไหมครบ? พฟาใส

ถกตองแลวคะคณชายกอนเมฆ ดงนน กฎการอนรกษพลงงานกล นนกคอ ถาปลอยวตถจากจดหยดนงจากทสง

วตถจะมพลงงานศกยโนมถวงแตไมมพลงงานจลน และขณะวตถก าลงตกลงมาดวยแรงโนมถวง พลงงานศกย

โนมถวงของวตถจะลดลงเทากบพลงงานจลนของวตถทเพมขน ในทางกลบกน ถาโยนวตถขนจากพนดวย

ความเรว ขณะวตถเคลอนทสงขน พลงงานงานจลนของวตถจะลดลงเทากบพลงงานศกยโนมถวงทเพมขน

ถาในสถานการณจรง สวนมากผลรวมของพลงงานจลนและพลงงานศกยมคาไมคงตว เพราะมแรงเสยด

ทานไปตานการเคลอนทของวตถ งานของแรงเสยดทานจะท าใหพลงงานกลของระบบสวนหนงเปลยนไป

เปนพลงงานอนเชนความรอนและเสยง แตเมอรวมพลงงานสวนนเขากบพลงงานกลแลว พลงงานรวมจะม

คาคงตว ซงเปนไปตาม กฎการอนรกษพลงงาน(law of conservation of energy) ทกลาววา พลงงาน

รวมของระบบจะไมสญหาย แตเปลยนจากพลงงานหนงไปเปนอกพลงงานหนง

Jirupi@kku.ac.th

พสมจกกบเกรดสาระความรเรองกฎการอนรกษพลงงานกล

กฎการอนรกษพลงงานกล

ถาไมมแรงภายนอกมากระท ากบวตถ (งานรวม=0) แลวผลรวมของพลงงานทสะสมภายในวตถจะคงท เนองจาก ผลรวมของพลงงานศกย และ

พลงงานจลนของวตถ เรยกวาพลงงานกลของวตถซงเปนพลงงานทสะสมภายในวตถ จะไดสมการงานและพลงงานดงน

∑E = Ek + Ep = คงท

โดยท Ek = 1/2 mv2

และ Ep = mgh + 1/2 kx2

เกงมากเลยคะทงสองคน งนชวยกนยกตวอยางไดไหมคะวา กฏการ

อนรกษพลงงานกลทมในชวตประจ าวนของนองๆนนคออะไรและท าไม

เราจงเรยกวา กฎการอนรกษพลงงานกล

ไดสคะ กอยางเชน รถยนตทเราใชอยทกวนนนะคะ รถยนตสามารถเคลอนทดวยความเรว ซงแสดงวามพลงงาน

จลน ซงพลงงานจนลทไดกมาจากเครองยนตทรถใชขบเคลอน ใหรถสามารถเคลอนทไปได นนเองคะ

เครองยนตจะไดพลงงานทมาท าใหรถเคลอนทได จาก น ามนเบนซน ซงเราเรยกเชอเพลงทใชในการ

ขบเคลอนนวา พลงงานศกยความรอน ซงมการเผาไหม เกดความรอนขน หรอเรยกอกอยางวา การคาย

พลงงานความรอน โดยทเครองยนตจะเปลยนพลงงานบางสวนของความรอนเปนพลงงานกล หรอท างาน

ซงปกตแลว เราไมสามารถเปลยนความรอนทงหมดเปนงานได

เยยมเลยคะ…สรปวานองๆเขาใจเรองกฏการอนรกษพลงงานกน

เปนอยางดแลว งนไปเพมเตมเกรรดความรกบพสมจกกนเลย

Jirupi@kku.ac.th

ทบทวนเรองกฎการอนรกษพลงงาน

( law of conservation of energy )

จากการศกษากฎเกยวกบการเคลอนทมาแลว เราจะน ากฎการเคลอนทมาศกษาความสมพนธระหวาง พลงงานศกยโนมถวง พลงงานจลน และพลงงานกลรวมของวตถ ณ ต าแหนงตางๆ ไดดงน

ภาพท 1 การปลอยวตถมวล m ใหตกแบบเสร

h0

h1

h2

U = 0

V1

V2

Jirupi@kku.ac.th

ถาวตถมวล m ใหตกแบบเสร ความเรวเปนศนย เมอยสง h2 จากพนดน ตอมาวตถมความเรว v1 เมออยสง h1 จากพนดน และเมออยสง h2 จากพนดน มความเรว v2 จากสมการ v

2 = u

2 + 2gs

ขณะมความเรว v1 v12 = 0

2 + 2g(h0 – h1)

คณ 1/2 m ทงสองขาง 1/2m12

= mg(h0 – h1) 1/2 m1

2 + mgh1 = mgh0 ………….(a)

ขณะมความเรว v2 v22 = 0

2 + 2g(h0 – h2)

คณ 1/2 m ทงสองขาง 1/2m22

+ mgh2 = mgh0 ………….(b) เนองจาก (a) = (b)

ดงนน

จากสมการ แสดงถง พลงงานกลรวมของวตถ ณ ต าแหนงแรกและต าแหนงทสอง มคาเทากน สรปไดวา การเคลอนทแบบเสรของวตถภายใตแรงโนมถวงของโลกโดยไมมแรงอนมากระท า พลงงานรวมของวตถ ณ ต าแหนงใดๆ ยอมมคาคงตวเสมอ จากทกลาวมาแลว เราสรปไดวาในการเคลอนทของวตถภายใตแรงโนมถวงของโลก หรอภายใตแรงยดหยน พลงงานรวมของวตถจะมคาคงตวเสมอ ซงเปนไปตามกฎการอนรกษพลงงาน (Law of Conversation of energy) ทกลาววา พลงงานรวมของวตถจะไมสญหายไปไหน แตอาจเปลยนจากรปหนงไปเปนอกรปหนง ถงแมพลงงานทเราศกษาในบทนมเพยง 2 รป เทานน คอพลงงานจลนและพลงงานศกย และไดศกษาถงการเปลยนรประหวางพลงงานทงสองเทานน แตกฎการอนรกษพลงงานกยงเปนจรงส าหรบพลงงานรปอนๆ เชน พลงงานพนธะเคม พลงงานไฟฟา พลงงานความรอน ฯลฯ พลงงานรปตางๆ เหลาน สามารถเปลยนจากรปหนงไปเปนอกรปหนงไดเชนกน พลงงานแสงอาทตยทสองมายงโลก จะเปลยนเปนพลงงานความรอน ท าใหน าในทะเล แมน า มหาสมทร มอณหภมสงขน น าทอยบรเวณผวหนาจะระเหยหลายเปนไอน า ลอยขนไปเปนเมฆ และกลายเปนฝนในทสด ไอน าเหลานจะมพลงงานศกยโนมถวงเพมขนตามความสงทลอยขนไป เมอกลายเปนฝน พลงงานศกยโนมถวงของน าจะเปลยนเปนพลงงานจลน นอกจากนน าฝนทตกลงมาขงอยหนาเขอนกกเกบน า จะมพลงงานศกยโนมถวงเมอเทยบกบต าแหนงใตเขอน ซงเมอปลอยใหน าไหลเขาสกงหนของเครองก าเนดไฟฟาทอยใตเขอน พลงงานศกยของน าจะเปลยนไปเปนพลงงานไฟฟาได พลงงานไฟฟานอาจเปลยนไปเปน พลงงานแสง พลงงานกล หรอพลงงานความรอนได เชน แสงจากหลอดไฟ การหมนของพดลม ความรอนของเตาอบไฟฟา เปนตน

1/2m12+ mgh1 = 1/2m2

2+ mgh2