พลังงานศักย์ (potential energy) คือ พลังงานที่เกิดจากวัตถุที่อยู่ในตำแหน่งที่มีพลังงานศักย์ พลังงานศักย์สามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภทหลักๆ ดังนี้
- พลังงานศักย์โน้มถ่วง (gravitational potential energy) คือ พลังงานที่เกิดจากวัตถุที่อยู่สูงกว่าระดับอ้างอิง พลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถุขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุและระยะห่างจากระดับอ้างอิง
1 | Ep = mgh |
โดยที่
Ep คือ พลังงานศักย์โน้มถ่วง (J)
m คือ มวลของวัตถุ (kg)
g คือ อัตราเร่งเนื่องจากความโน้มถ่วงของโลก (9.8 m/s^2)
h คือ ระยะห่างจากระดับอ้างอิง (m)
พลังงานศักย์สปริง (elastic potential energy) คือ พลังงานที่เกิดจากสปริงที่ยืดหรือหด พลังงานศักย์สปริงของสปริงขึ้นอยู่กับค่าความยืดหยุ่นของสปริงและระยะการยืดหรือหดของสปริง
1 | Ep = 1/2kx^2 |
โดยที่
- Ep คือ พลังงานศักย์สปริง (J)
- k คือ ค่าความยืดหยุ่นของสปริง (N/m)
- x คือ ระยะการยืดหรือหดของสปริง (m)
พลังงานศักย์โน้มถ่วง
พลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถุขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุและระยะห่างจากระดับอ้างอิง วัตถุที่มีมวลมากจะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงมาก วัตถุที่อยู่สูงจากระดับอ้างอิงจะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงมาก
ตัวอย่างพลังงานศักย์โน้มถ่วง
- ก้อนหินที่มีมวล 10 กิโลกรัม วางอยู่บนโต๊ะสูง 1 เมตร จะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงเท่ากับ 10 * 9.8 * 1 = 98 จูล
- รถยนต์ที่มีมวล 1,000 กิโลกรัม จอดที่ตึกสูง 100 เมตร จะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงเท่ากับ 1,000 * 9.8 * 100 = 980,000 จูล
พลังงานศักย์สปริง
พลังงานศักย์สปริงของสปริงขึ้นอยู่กับค่าความยืดหยุ่นของสปริงและระยะการยืดหรือหดของสปริง สปริงที่มีความยืดหยุ่นมากจะมีพลังงานศักย์สปริงมาก สปริงที่ยืดหรือหดมากจะมีพลังงานศักย์สปริงมาก
ตัวอย่างพลังงานศักย์สปริง
- สปริงที่มีค่าความยืดหยุ่น 100 N/m ยืดออก 10 ซม. จะมีพลังงานศักย์สปริงเท่ากับ 1/2 * 100 * 0.1^2 = 5 จูล
- สปริงที่มีค่าความยืดหยุ่น 1,000 N/m ยืดออก 50 ซม. จะมีพลังงานศักย์สปริงเท่ากับ 1/2 * 1,000 * 0.5^2 = 125 จูล
ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานศักย์และระยะทาง
พลังงานศักย์โน้มถ่วงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับระยะทางจากระดับอ้างอิง หมายความว่าวัตถุที่อยู่สูงจากระดับอ้างอิงมากจะมีพลังงานศักย์มาก
ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานศักย์และมวล
พลังงานศักย์โน้มถ่วงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของวัตถุ หมายความว่าวัตถุที่มีมวลมากจะมีพลังงานศักย์มาก
ประโยชน์ของพลังงานศักย์
พลังงานศักย์มีประโยชน์ในชีวิตประจำวันและในงานอุตสาหกรรมมากมาย เช่น
- ใช้ในการเก็บพลังงาน ตัวอย่างเช่น พลังงานศักย์ของน้ำที่เก็บไว้ในเขื่อนถูกใช้ในการผลิตพลังงานไฟฟ้า
- ใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องจักร ตัวอย่างเช่น พลังงานศักย์สปริงถูกใช้ในการขับเคลื่อนนาฬิกาหรือของเล่น
- ใช้ในการขนส่ง ตัวอย่างเช่น พลังงานศักย์ของวัตถุที่ถูกยกขึ้นจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์เมื่อวัตถุตกลงมา
สรุป
พลังงานศักย์เป็นแนวคิดพื้นฐานที่สำคัญในวิชาฟิสิกส์ ช่วยให้เราสามารถเข้าใจและอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุได้อย่างถูกต้อง พลังงานศักย์สามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภทหลักๆ คือ พลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานศักย์สปริง พลังงานศักย์มีประโยชน์ในชีวิตประจำวันและในงานอุตสาหกรรมมากมาย