พลังงานจลน์

พลังงานจลน์
ขบวนของรถไฟเหาะมีพลังงานจลน์สูงสุดเมื่อขบวนอยู่จุดต่ำสุดของราง เมื่อรถไฟเหาะเริ่มสูงขึ้น พลังงานจลน์จะเริ่มแปลงเป็นพลังงานศักย์โน้มถ่วง ผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ในระบบยังคงที่ โดยไม่สนใจแรงเสียดทาน
สัญลักษณ์ทั่วไป	KE, Ek, or T
หน่วยเอสไอ	จูล (J)
อนุพันธ์ จากปริมาณอื่น	Ek = 1/2mv2 Ek = Et + Er

พลังงานจลน์ คือพลังงานที่เกิดกับวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ เช่น รถยนต์กำลังแล่น เครื่องบินกำลังบิน พัดลมกำลังหมุน น้ำกำลังไหลหรือน้ำตกจากหน้าผา ธนูที่พุ่งออกจากคันศร จักรยานที่กำลังเคลื่อนที่ เป็นต้น จึงกล่าวได้ว่า พลังงานจลน์ล้วนเป็นพลังงานกลที่สามารถเปลี่ยนรูปกลับไปกลับมาได้

วัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ล้วนมีพลังงานจลน์ทั้งสิ้น ปริมาณพลังงานจลน์ในวัตถุจะมีมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับมวลและความเร็วของวัตถุนั้น ถ้าวัตถุมีการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงจะมีพลังงานจลน์มาก แต่ถ้าเคลื่อนที่เท่ากันวัตถุที่มีมวลมากกว่าจะมีพลังงานจลน์มากกว่า

เนื้อหา

พลังงานจลน์ เป็นพลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุจากอัตราเร็วของวัตถุขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของวัตถุ ใช้สัญลักษณ์ E_k หาพลังงานจลน์ได้จากปริมาณงานที่ทำได้ทั้งหมด ของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ไปทำงานอย่างหนึ่ง จนกระทั่งวัตถุหยุดนิ่ง

จากนิยามเขียนเป็นสมการได้ว่า

$E_{k}={1 \over 2}mv^{2}$

หากมีแรง F กระทำต่อวัตถุ จนขนาดของความเร็วของวัตถุเปลี่ยนไป ทำให้พลังงานจลน์ของวัตถุเปลี่ยนไปจากเดิม พบว่างานที่แรงนั้นกระทำต่อวัตถุมีค่าเท่ากับพลังงานจลน์ของวัตถุที่เปลี่ยนไป หรือ W = E_k2-E_k1 เรียกคำกล่าวนี้ว่า หลักของงาน-พลังงานจลน์

พลังงานจลน์ของวัตถุขึ้นอยู่กับสองตัวแปร ได้แก่ มวล (m) และความเร็ว (v) ของวัตถุ ซึ่งสมการสำหรับคำนวณหาพลังงานจลน์ของวัตถุนั้น สามารถพิสูจน์ได้จาก สมการการเคลื่อนที่ของวัตถุซึ่งเคลื่อนที่แบบมีความเร่ง ดังนี้ เมื่อมีแรงภายนอกกระทำกับวัตถุ ทำให้วัตถุเคลื่อนที่แบบมีความเร่ง

การหาค่าพลังงานจลน์

สามารถหาค่าได้จากสูตรต่อไปนี้

$E_{k}={1 \over 2}mv^{2}$

เมื่อ

• E_k = พลังงานจลน์ มีหน่วยเป็นจูล (J)
• m = มวลของวัตถุ มีหน่วยเป็นกิโลกรัม (kg)
• v = ความเร็วของวัตถุ มีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที (m/s)

แต่ว่าพลังงานจลน์นี้จะน้อยลงไปเรื่อย ๆ หากพลังงานศักย์เพิ่มขึ้นเมื่อโยนวัตถุหนึ่ง วัตถุนั้นจะเริ่มเก็บพลังงานศักย์ไปเรื่อย ๆ แต่เมื่อวัตถุนั้นตกลงมาวัตถุมีการใช้พลังงานศักย์โดยเปลี่ยนรูปพลังงานศักย์เป็นพลังงานจลน์ในการตกลงมาของวัตถุ

พลังงานจลน์ของการหมุน

ในการหมุนของวัตถุรูปแผ่นกลมรอบแกน ๆ ทุกส่วนของวัตถุย่อมเคลื่อนที่เป็นวงกลมวนรอบแกนหมุนด้วยความเร็วเชิงมุมค่าเดียวกัน แต่อัตราเร็วเชิงเส้นซึ่งอยู่ในแนวเส้นตั้งฉากกับรัศมีไม่เท่ากัน เพราะจะขึ้นกับระยะทางที่ส่วนนั้น ๆ ห่างจากแกนมุม

พลังงานจลน์มีวัตถุมวล (m) ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว (v) จะมีพลังงานจลน์ สำหรับวัตถุที่มีการหมุน พิจารณาจากมวลย่อยที่ประกอบขึ้นเป็นวัตถุ แต่ละมวลย่อยมีการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่าง ๆ กันขึ้นอยู่กับระยะทางที่มวลย่อยอยู่ห่างจากแกนหมุน นั่นคือแต่ละมวลมีพลังงานจลน์ต่างกัน พลังงานจลน์รวมของทุกมวลย่อยที่ประกอบขึ้นเป็นวัตถุนั้น จะเป็นพลังงานจลน์ของวัตถุเนื่องจากการหมุน