พลังงานจลน์กับพลังงานศักย์: ความแตกต่างและการเปรียบเทียบ

พลังงานจลน์คือพลังงานที่วัตถุกำลังเคลื่อนที่ครอบครอง ซึ่งพิจารณาจากมวลและความเร็วของมัน ในทางกลับกัน พลังงานศักย์เป็นพลังงานที่กักเก็บซึ่งสัมพันธ์กับตำแหน่งหรือสถานะของวัตถุ เช่น พลังงานศักย์โน้มถ่วงหรือพลังงานศักย์ยืดหยุ่น

ประเด็นที่สำคัญ

1. พลังงานจลน์คือพลังงานแห่งการเคลื่อนที่
2. พลังงานศักย์คือพลังงานที่วัตถุมีเนื่องจากตำแหน่งหรือสถานะของวัตถุ
3. พลังงานจลน์ขึ้นอยู่กับมวลและความเร็วของวัตถุ ในขณะที่พลังงานศักย์ขึ้นอยู่กับความสูงหรือตำแหน่งของวัตถุ

พลังงานจลน์เทียบกับพลังงานศักย์

ความแตกต่างระหว่างพลังงานจลน์และพลังงานศักย์คือพลังงานสามารถถ่ายโอนระหว่างวัตถุโดยคำนึงถึงพลังงานจลน์ และพลังงานศักย์ก็ไม่สามารถเกิดขึ้นได้เหมือนกัน

สนับสนุนด้วยคำอธิบาย ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างพลังงานจลน์คือพิจารณาพลังงานของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ และพลังงานศักย์คือพลังงานที่วัตถุมีเนื่องจากตำแหน่งของมันสัมพันธ์กับวัตถุอื่น ๆ ในสภาพแวดล้อม

---

 

ตารางเปรียบเทียบ

ลักษณะ	พลังงานจลน์ (KE)	พลังงานศักย์ (PE)
คำนิยาม	พลังงานของวัตถุเนื่องจากมัน การเคลื่อนไหว.	พลังงานที่สะสมไว้ของวัตถุเนื่องจากมัน ตำแหน่งหรือรัฐ.
ก่อให้เกิด	การเคลื่อนที่ของวัตถุ	ตำแหน่งหรือสถานะของวัตถุ (เช่น ความสูง สปริงที่ยืดออก)
สูตร	KE = ½ * m * v² (โดยที่ m คือมวล และ v คือความเร็ว)	PE ขึ้นอยู่กับประเภท: PE แรงโน้มถ่วง = m * g * h (โดยที่ m คือมวล g คือความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง และ h คือความสูง) Elastic PE = ½ * k * x² (โดยที่ k คือค่าคงที่ของสปริง และ x คือการกระจัด)
หน่วย	จูล (J)	จูล (J)
ขึ้นอยู่กับทิศทาง	ขึ้นอยู่กับทิศทาง (ผลบวกคือการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ผลลบคือการเคลื่อนที่ถอยหลัง)	เป็นอิสระจากทิศทาง
โอน	สามารถถ่ายโอนไปยังวัตถุอื่นผ่านการชนหรือการทำงาน	สามารถแปลงเป็นพลังงานจลน์และในทางกลับกัน
ตัวอย่าง	รถที่กำลังเคลื่อนที่ ลูกบอลกลิ้ง ลูกตุ้มที่แกว่งไปมา	หนังสือบนหิ้ง น้ำหลังเขื่อน น้ำพุที่ทอดยาว

---

 

พลังงานจลน์คืออะไร?

พลังงานจลน์เป็นแนวคิดพื้นฐานในฟิสิกส์ ซึ่งแสดงถึงพลังงานที่วัตถุครอบครองเนื่องจากการเคลื่อนที่ของมัน เป็นหนึ่งในสองประเภทพลังงานหลักควบคู่ไปกับพลังงานศักย์ การทำความเข้าใจพลังงานจลน์เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจปรากฏการณ์ต่างๆ ในกลศาสตร์ ตั้งแต่การเคลื่อนที่ของอนุภาคไปจนถึงพลวัตของเทห์ฟากฟ้า

ความหมายและสูตร

พลังงานจลน์ (K) หาปริมาณตามสูตร:

KE = ½ * ม. * วี²

ที่ไหน:

• m คือมวลของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่
• v คือความเร็วของวัตถุ

การตีความทางกายภาพ

1. การพึ่งพาอาศัยกันจำนวนมาก: พลังงานจลน์เป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของวัตถุ วัตถุที่หนักกว่าซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากันจะมีพลังงานจลน์มากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวัตถุที่เบากว่า
2. การพึ่งพาความเร็ว: พลังงานจลน์เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็ว ซึ่งหมายความว่าการเพิ่มความเร็วเป็นสองเท่าจะทำให้พลังงานจลน์เพิ่มขึ้นเป็นสี่เท่า ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงความเร็วแม้เพียงเล็กน้อยก็สามารถนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์อย่างมีนัยสำคัญได้
3. ปริมาณสเกลาร์: พลังงานจลน์เป็นปริมาณสเกลาร์ หมายความว่า มีขนาด แต่ไม่มีทิศทาง ต่างจากความเร็วซึ่งเป็นปริมาณเวกเตอร์ พลังงานจลน์เพียงแต่ระบุปริมาณพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ

การใช้งาน

• วิศวกรรมเครื่องกล: การทำความเข้าใจพลังงานจลน์เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบเครื่องจักร การวิเคราะห์การชน และการพิจารณาประสิทธิภาพของชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว
• ยานพาหนะ: ในยานพาหนะ พลังงานจลน์เป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดระยะการหยุดและพลศาสตร์ของการชน วิศวกรออกแบบคุณลักษณะด้านความปลอดภัยตามหลักการพลังงานจลน์เพื่อลดความเสี่ยงในการบาดเจ็บ
• พลังงานทดแทน: พลังงานจลน์ถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยีต่างๆ เช่น กังหันลมและเขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ระบบเหล่านี้จะแปลงพลังงานจลน์ของอากาศหรือน้ำที่กำลังเคลื่อนที่เป็นพลังงานกล จากนั้นจึงเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า

 

พลังงานศักย์คืออะไร?

พลังงานศักย์เป็นแนวคิดพื้นฐานในฟิสิกส์ ซึ่งแสดงถึงพลังงานที่สะสมอยู่ภายในระบบเนื่องจากตำแหน่งหรือโครงร่างของระบบ เป็นพลังงานหลักหนึ่งในสองประเภท ควบคู่ไปกับพลังงานจลน์ การทำความเข้าใจพลังงานศักย์เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจปรากฏการณ์ต่างๆ ในกลศาสตร์ รวมถึงปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วง การเปลี่ยนรูปยืดหยุ่น และปฏิกิริยาเคมี

ความหมายและประเภท

• พลังงานศักย์โน้มถ่วง: พลังงานศักย์ประเภทนี้เกิดขึ้นจากตำแหน่งของวัตถุที่สัมพันธ์กับสนามโน้มถ่วง. สูตรสำหรับพลังงานศักย์โน้มถ่วงใกล้พื้นผิวโลกคือ: PE = m * g * h
• ที่ไหน:
  • m คือมวลของวัตถุ
  • g คือความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง
  • ℎh คือความสูงเหนือจุดอ้างอิง
• พลังงานศักย์ยืดหยุ่น: พลังงานศักย์ยืดหยุ่นจะถูกเก็บไว้ในวัตถุที่เปลี่ยนรูป เช่น สปริงที่ยืดออกหรือหนังยางที่ถูกบีบอัด สูตรสำหรับพลังงานศักย์ยืดหยุ่นคือ:Uยางยืด=1/2​ *เ * x²
• ที่ไหน:
  • k คือค่าคงที่สปริงซึ่งเป็นหน่วยวัดความแข็งของวัสดุ
  • x คือการกระจัดจากตำแหน่งสมดุล
• พลังงานศักย์เคมี: พันธะเคมีภายในโมเลกุลมีพลังงานศักย์เนื่องจากการจัดเรียงของมัน การทำลายพันธะเหล่านี้จะปล่อยพลังงาน ในขณะที่การสร้างพันธะใหม่จะกักเก็บพลังงาน ตัวอย่าง ได้แก่ พลังงานที่สะสมอยู่ในอาหาร แบตเตอรี่ และเชื้อเพลิงฟอสซิล

การตีความทางกายภาพ

1. การพึ่งพาตำแหน่ง: พลังงานศักย์ขึ้นอยู่กับตำแหน่งหรือการกำหนดค่าของระบบ วัตถุที่มีความสูงต่างกันในสนามโน้มถ่วงหรือมีระดับการเปลี่ยนรูปในวัสดุยืดหยุ่นต่างกัน จะมีพลังงานศักย์ต่างกัน
2. การอนุรักษ์: ในระบบแยกเดี่ยวที่ไม่มีแรงภายนอกกระทำ จะมีการอนุรักษ์พลังงานศักย์ไว้ ซึ่งหมายความว่าเมื่อพลังงานศักย์ลดลง (เช่น เมื่อวัตถุตก) พลังงานจลน์จะเพิ่มขึ้น และในทางกลับกัน ทำให้มั่นใจได้ว่าพลังงานกลทั้งหมดจะคงที่
3. พลังงานที่เก็บไว้: พลังงานศักย์หมายถึงพลังงานที่สะสมไว้ซึ่งสามารถปล่อยออกมาและแปลงเป็นรูปแบบอื่นได้ เช่น พลังงานจลน์หรือความร้อน ภายใต้อิทธิพลของแรงหรือปฏิสัมพันธ์

การใช้งาน

• ชั้นเยี่ยม: การพิจารณาถึงศักยภาพพลังงานเป็นสิ่งสำคัญในการออกแบบโครงสร้าง เช่น สะพานและอาคาร เพื่อให้มั่นใจในเสถียรภาพและทนทานต่อแรงภายนอก
• พลังงานทดแทน: พลังงานศักย์ถูกควบคุมในเทคโนโลยี เช่น เขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำ และระบบกักเก็บแบบสูบ เพื่อกักเก็บและผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานศักย์โน้มถ่วง
• ปฏิกริยาเคมี: การทำความเข้าใจพลังงานศักย์เคมีมีความสำคัญในสาขาต่างๆ เช่น เคมีและชีววิทยา สำหรับการทำนายผลลัพธ์ของปฏิกิริยาและการออกแบบกระบวนการที่มีประสิทธิภาพ

---

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างพลังงานจลน์และพลังงานศักย์

• ธรรมชาติ:
  • พลังงานจลน์สัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของวัตถุ
  • พลังงานศักย์สัมพันธ์กับตำแหน่งหรือโครงร่างของระบบ
• รูปแบบ:
  • พลังงานจลน์สามารถมีอยู่ได้หลายรูปแบบ เช่น การเคลื่อนที่แบบแปลน การหมุน หรือการสั่นสะเทือน
  • พลังงานศักย์มีอยู่ในรูปแบบต่าง ๆ รวมถึงพลังงานความโน้มถ่วง ความยืดหยุ่น และพลังงานศักย์เคมี
• การวัด:
  • พลังงานจลน์ขึ้นอยู่กับมวลและความเร็วของวัตถุ (K=21​mv2)
  • พลังงานศักย์ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ความสูง การเสียรูป หรือพันธะเคมีภายในระบบ (U=มก, U=21​kx2 พลังงานศักย์เคมี)
• การอยู่ที่:
  • พลังงานจลน์ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่และความเร็วของวัตถุเท่านั้น
  • พลังงานศักย์ขึ้นอยู่กับตำแหน่งหรือโครงร่างของระบบ ไม่ว่าวัตถุจะเคลื่อนที่หรือไม่ก็ตาม
• การแปลง:
  • พลังงานจลน์สามารถแปลงเป็นพลังงานรูปแบบอื่นได้ เช่น พลังงานศักย์หรือความร้อน ในระหว่างปฏิสัมพันธ์หรือกระบวนการ
  • พลังงานศักย์สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ได้ในขณะที่วัตถุเคลื่อนที่เพื่อตอบสนองต่อแรง เช่น แรงดึงดูดหรือแรงอัดของสปริง
• การอนุรักษ์:
  • โดยทั่วไปพลังงานจลน์จะไม่ได้รับการอนุรักษ์ไว้ เนื่องจากสามารถถ่ายโอนระหว่างวัตถุหรือเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปแบบอื่นได้
  • พลังงานศักย์ในระบบแยกส่วนจะได้รับการอนุรักษ์ โดยการเปลี่ยนแปลงของพลังงานศักย์ได้รับการชดเชยโดยการเปลี่ยนแปลงของพลังงานจลน์ เพื่อให้มั่นใจว่าพลังงานกลทั้งหมดคงที่

อ้างอิง

1. https://www.sciencelearn.org.nz/resources/1572-what-is-energy
2. https://www.eartheclipse.com/energy/kinetic-and-potential-energy.html
3. https://www.physics-and-radio-electronics.com/physics/energy/kinetic-energy/types-of-kinetic-energy.html

อัพเดตล่าสุด : 07 มีนาคม 2024