พลังงานกล - สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ
 
สารานุกรมไทย
สำหรับเยาวชน  เมนู เล่ม 1
เล่มที่ ๑
เรื่องที่ ๑ ดวงอาทิตย์
เรื่องที่ ๒ อุปราคา
เรื่องที่ ๓ ท้องฟ้ากลางคืน
เรื่องที่ ๔ นก
เรื่องที่ ๕ ปลา
เรื่องที่ ๖ เครื่องจักรกล
เรื่องที่ ๗ พลังงาน
เรื่องที่ ๘ อากาศยาน
เรื่องที่ ๙ ดนตรีไทย
รายชื่อผู้เขียน

สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ / เล่มที่ ๑ / เรื่องที่ ๖ เครื่องจักรกล / พลังงานกล

 พลังงานกล
พลังงานกล

เครื่องผ่อนแรงไม่ว่าจะเป็นชนิดใดก็ตาม ต้องการแรงที่จะขับดันให้มันทำงาน แรงนี้ได้จากพลังงานกล แรงที่มนุษย์มีอยู่แล้ว ได้จากกล้ามเนื้อแขน ขา ซึ่งนับว่า เป็นพลังงานกลอย่างหนึ่ง เมื่อต้องทำงานมากๆ ก็ต้องเพิ่มจำนวน คนทำงาน ผู้มีอำนาจมีเงินก็ใช้กำลังเกณฑ์บังคับ หรือซื้อ คนมาใช้ให้ทำงานเรียกว่า ทาส ทาสเป็นพลังงานกลที่สำคัญในสมัยโบราณ เรือเดินทะเลในสมัย นั้นบางทีใช้กำลังขับแล่นด้วยฝีพายของทาส ซึ่งถูกล่ามโซ่ติดกับกราบเรือทั้งสองกราบ นายทาสตี กลองให้จังหวะฝีพายเป็นการควบคุมความเร็วของเรือ
มนุษย์อาศัยขี่หลังม้าเป็นพาหนะมานานแล้ว จนสามารถควบคุมและบังคับมันได้ดี เมื่อมี เครื่องผ่อนแรง จึงใช้แรงงานของสัตว์เลี้ยง เช่น ใช้ให้ลากรถ หมุนโม่แป้ง และวิดน้ำ ฯลฯ ม้า ลา วัว ควาย อูฐ ช้าง เป็นสัตว์เลี้ยงสำคัญที่ให้พลังงานกล ในแถบขั้วโลกเหนือ ชาวเอสกิโม (Eskimo) และพวกแลปป์ (Lapp) ใช้สุนัข และกวางเรนเดียร์ ในการลากเลื่อนไปในทุ่งน้ำแข็ง
แรงที่ได้จากพลังงานกลธรรมชาติมีอยู่หลายอย่าง ที่มนุษย์รู้จักนำมาใช้ก่อนอย่างอื่นคงจะ เป็นการขับแล่นเรือใบด้วยกระแสลม ในยุโรปมีการใช้แรงกระแสน้ำในลำธารให้หมุนล้อจักรไม้เพื่อ โม่แป้ง ในบางแถบของโลกมีภูเขาไฟ น้ำที่ไหลซึมลงไปในบริเวณนั้น เมื่อกระทบกับความร้อนใต้ ดินกลายเป็นไอพุ่งขึ้นมาตามรอยแตกร้าวของหินเกิดเป็นน้ำพุร้อน ซึ่งมีแรงดันพอที่จะใช้ประโยชน์ ได้ ในอิตาลีและนิวซีแลนด์ได้มีการควบคุมความดันของไอน้ำจากน้ำพุร้อน เพื่อนำมาใช้หมุน กังหันสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
เครื่องจักรกลสมัยใหม่ใช้แรงงานจากพลังงานกลอื่นๆ ที่ไม่ใช่แรงงานจากกล้ามเนื้อ เพราะว่า อาจนำมาใช้งานตรากตรำ และบังคับควบคุมได้ตามแต่ต้องการ พลังงานกลดังกล่าวอาจจะได้มา โดยการแปรรูปจากพลังงานความร้อน เช่น แรงระเบิดในลูกสูบ จากพลังงานไฟฟ้า เช่น การหมุน ของมอเตอร์ไฟฟ้า เป็นต้น พลังงานกล ซึ่งอาจจะปลดปล่อยแรงงาน ที่คำนวณได้ แบ่งออกเป็นสอง หมวดใหญ่ คือ พลังงานจลน์ และพลังงานศักย์
พลังงานจลน์

เป็นพลังงานที่สะสมอยู่ในมวลสารที่กำลังเคลื่อนที่ เช่น รถยนต์ที่กำลังวิ่ง กระสุนที่กำลัง แหวกไปในอากาศ กระแสลม เป็นต้น ถ้าหากมีสิ่งใดขวางทางหรือหันเหทิศทางในการเคลื่อนที่ของ มวลสารนี้ก็จะเกิดแรงกับสิ่งนั้นทันที



ถ้าออกแรง F ผลักดันมวลสาร m ซึ่งอยู่กับที่ ให้ออกวิ่งจนมีความเร็ว v งานที่ใช้ ไปในการผลักมวลสารไปเป็นระยะ ds คือ du = F x ds แต่แรง F = ma (ดูเรื่องแรง) โดย a คืออัตราเร่ง

a= การเปลี่ยนความเร็ว / ช่วงเวลา = กอ /dt

และ dt เป็นช่วงเวลา โดยการแทนค่าแรง F จะได้



แต่ความเร็ว v = ds/dt ดังนั้น du = mv.dv และงานทั้งหมดที่ใช้ในการผลักมวลสาร เริ่มตั้งแต่หยุดอยู่กับที่ จนกระทั่งมีความเร็ว vt ก็คือ



พลังงานศักย์

เป็นพลังงานกลที่สะสมอยู่ในมวลสาร พลังงานแบบนี้แบ่งออกได้เป็นสองประเภท คือ

ก) เป็นพลังงานที่สะสมอยู่ในตัวเนื่องจากตำแหน่งของมวลสารในสนามแรงดึงดูด เช่น น้ำ ที่ถูกกักเก็บเอาไว้ในระดับสูง มวลสารของน้ำอยู่ในสนามแรงดึงดูดของโลก บนผิวพื้นโลก ความ เข้มของแรงนี้มีค่าเกือบคงที่ คือ g = ๙๘๑ เซนติเมตร/วินาที2 ถ้าปล่อยให้น้ำไหลลงมาจะกลาย เป็นน้ำตกซึ่งจะมีกำลังแรงเป็นปฏิภาคกับความสูงที่ตก ถ้า H เป็นระดับความสูงของมวลสาร m แรงที่ยกมวลสารนี้เท่ากับน้ำหนักของมวลสาร คือ W = mg งานที่ใช้ในการยกมวลสารนี้ให้มีความ สูง H ก็คือ U = W x H และเป็นพลังงานศักย์ ยานอวกาศเมื่อโคจรเข้าไปในสนามแรงดึงดูด ของดวงจันทร์ก็สะสมพลังงานศักย์ไว้เป็นระดับสูงของยานอวกาศจากพื้นผิวดวงจันทร์



ข) พลังงานศักย์ที่สะสมอยู่ในตัวเนื่องจากความเครียดยืดหยุ่นของมวลสาร เช่น ขดลวด สปริงที่ถูกอัดหรือถูกยืดเอาไว้ ระยะที่อัดหรือยืดนี้ คือความเครียดยืดหยุ่น ถ้าปลดปล่อยแรงที่ บังคับสปริงไว้ มันก็จะดีด หรือรั้งกลับคืนสู่สภาพเดิม อากาศที่ถูกอัดไว้ในกระบอกสูบก็มีคุณ ลักษณะเช่นเดียวกัน แรงที่ใช้อัดขดลวดสปริงเป็นสัดส่วนกับระยะที่สปริงถูกอัด ดังนั้น แรงที่ใช้ อัดให้สปริงหดเป็นระยะทาง S มีค่าเท่ากับ F = KS โดย K เป็นค่าคงตัวสำหรับขดลวดสปริง  และงานที่ใช้ในการอัดนี้



ซึ่งเป็นค่าพลังงานศักย์ของขดลวดสปริงนั้น

ทั้งพลังงานจลน์และพลังงานศักย์เป็นค่าสัมพัทธ์ หมายความว่าเป็นค่าเปรียบเทียบ เช่น รถยนต์คันหนึ่งแล่นด้วยความเร็ว ๘๐ กิโลเมตรต่อชั่วโมง รถคันนี้มีพลังงานจลน์มาก เมื่อเทียบ กับรถที่จอดอยู่ แต่ถ้ามีรถอีกคันหนึ่งแล่นขนานกันไปด้วยความเร็วเท่ากัน จะไม่มีความแตกต่าง ระหว่างพลังงานจลน์ของรถทั้งสองเลย ดังนั้นถึงแม้ว่ารถทั้งสองคันจะสัมผัสกันก็จะไม่เกิดแรงขึ้น ได้เลย ในทำนองเดียวกัน คนที่อยู่บนอาคารชั้นที่ ๒๐ มีพลังงานศักย์มากเมื่อเทียบกับระดับพื้น ถนน แต่ถ้าเขาพลัดตกจากเก้าอี้ที่นั่งลงสู่พื้นห้องของชั้นนั้น เขาอาจจะไม่ได้รับบาดเจ็บเลย
หัวข้อก่อนหน้า หัวข้อถัดไป