เครื่องคำนวณพลังงานจลน์

เครื่องคำนวณพลังงานจลน์ช่วยให้คุณกำหนดตัวแปรที่ขาดหายไปในสมการสำหรับพลังงานจลน์โดยใช้ตัวแปรที่รู้จักสองตัว ใช้สูตรพลังงานจลน์ KE = 1/2 mv² โดยที่ KE คือพลังงานจลน์ m คือมวลของวัตถุ และ v คือความเร็วของวัตถุ

ในการคำนวณ คุณต้องกำหนดตัวแปรที่คุณรู้และตัวแปรใดที่ไม่รู้จัก ตัวอย่างเช่น คุณรู้มวลและความเร็วของวัตถุ คุณสามารถป้อนค่าเหล่านี้ลงในเครื่องคำนวณพลังงานจลน์ และมันจะคำนวณตัวแปรที่ไม่รู้จัก พลังงานจลน์โดยใช้สมการพลังงานจลน์

เครื่องคำนวณพลังงานใช้หน่วยเช่นจูล เมกาจูล หน่วยความร้อนของอังกฤษ (BTU) และแคลอรี่สำหรับพลังงานจลน์ กิโลกรัม กรัม ออนซ์ และปอนด์สำหรับมวล เมตรต่อวินาที กิโลเมตรต่อชั่วโมง ฟุตต่อวินาที และไมล์ต่อชั่วโมงสำหรับความเร็ว

คุณสามารถใช้หน่วยเหล่านี้ได้และเครื่องคำนวณสูตรพลังงานจลน์จะคำนวณหน่วยใหม่ สิ่งนี้ทำให้เครื่องคำนวณ KE มีประโยชน์ในการคำนวณระหว่างประเทศและช่วยให้สามารถใช้ในฟิสิกส์ วิศวกรรม วิศวกรรม และสาขาอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์

ทำความเข้าใจพลังงานจลน์

คุณเคยสงสัยไหมว่าอะไรทำให้สิ่งต่าง ๆ เคลื่อนไหว? เบสบอลบินผ่านอากาศอย่างไรหรือรถวิ่งลงบนถนนอย่างไร? คำตอบอยู่ที่แนวคิดที่เรียกว่าพลังงานจลน์ เป็นหนึ่งในหลักการที่น่าสนใจและสำคัญที่สุดของฟิสิกส์

พลังงานจลน์คือพลังงานที่วัตถุมีเนื่องจากการเคลื่อนไหว มันถูกกำหนดเป็นงานที่จำเป็นในการเร่งตัวของมวลที่กำหนดจากที่เหลือไปยังความเร็วปัจจุบัน และเป็นสัดส่วนกับมวลของวัตถุและกำลังสองของความเร็ว กล่าวอีกนัยหนึ่ง ยิ่งวัตถุเคลื่อนไหวเร็วเท่าไหร่ ก็ยิ่งมีพลังงานจลน์มากขึ้นเท่านั้น หรือในทางกลับกัน พลังงานจลน์เป็นงานที่จำเป็นในการทำให้ร่างกายหยุดลง

แนวคิดเกี่ยวกับพลังงานจลน์ถูกนำเข้าสู่วิทยาศาสตร์ครั้งแรกโดยนักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส แกสปาร์ด-กุสตาฟแห่งคอริโอลิส ในทศวรรษ 1820 แต่ต่อมาได้รับความนิยมโดยวิศวกรและนักฟิสิกส์ชาวสกอตต์ วิลเลียม แรนคีน ในทศวรรษ 1850

คำว่า "kineticos" ในภาษากรีกหมายถึง "เกี่ยวข้องหรือเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหว" คำว่า "kineticos" มาจากคำภาษากรีก "kinesis" ซึ่งแปลว่า "การเคลื่อนไหว

หนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญของพลังงานจลน์คือมันเป็นปริมาณสเกลาร์ นั่นคือ มีขนาดเท่านั้นแต่ไม่ใช่ทิศทาง สิ่งนี้ทำให้แตกต่างจากพลังงานรูปแบบอื่น ๆ เช่นพลังงานศักย์ ซึ่งเป็นปริมาณเวกเตอร์ที่มีทั้งขนาดและทิศทาง

ปริมาณพลังงานจลน์ขึ้นอยู่กับมวลของร่างกาย m (kg) และความเร็ว v (m/s) พลังงานจลน์วัดเป็นจูล (J) หรือหน่วยอื่น ๆ เช่น กิโลจูล (KJ) เมกาจูล (MJ) เป็นต้น

พลังงานจลน์สามารถคำนวณได้สำหรับวัตถุทุกขนาด ตั้งแต่อนุภาคเล็ก ๆ ไปจนถึงดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ พลังงานจลน์ของวัตถุอาจมีขนาดใหญ่จนยากที่จะวัดเป็นหน่วยมาตรฐาน และนักวิทยาศาสตร์มักใช้หน่วยทางเลือก เช่น อิเล็กตรอนโวลต์ (eV) หรือ กิกะอิเล็กตรอนโวลต์ (GeV) เพื่ออธิบายพลังงานจลน์ของอนุภาคย่อยอะตอม

สูตรสำหรับการคำนวณพลังงานจลน์คือ:

KE = 1/2 mv²

โดยที่ m คือมวลของวัตถุและ v คือความเร็วของมัน

ร่างกายที่มีมวลมากกว่ามีพลังงานจลน์มากกว่า วัตถุที่มีมวลมากกว่าจะมีพลังงานจลน์มากกว่าวัตถุที่มีมวลน้อยกว่าที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเดียวกัน

อย่างไรก็ตามความเร็วของร่างกายจะเปลี่ยนพลังงานจลน์ได้เร็วขึ้น หากความเร็วเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า พลังงานจลน์จะเพิ่มขึ้นเป็นสี่เท่า เพิ่มความเร็วเป็นสามเท่าจะเพิ่มพลังงานจลน์ด้วยปัจจัยเก้า และความเร็วสี่เท่าจะเพิ่มพลังงานจลน์ด้วยปัจจัยสิบหก

นั่นคือเหตุผลที่กระสุนขนาดเล็กที่ยิงจากปืนไรเฟิล บินด้วยความเร็วสูง สามารถแทรกซึมเข้าไปในร่างกายได้ นกในอากาศสามารถทำลายเครื่องบินขนาดใหญ่ได้เนื่องจากพลังงานจลน์ที่ได้จากมวลและกำลังสองของความเร็ว

พลังงานจลน์สามารถแปลงเป็นพลังงานรูปแบบอื่น ๆ เช่นพลังงานความร้อนหรือพลังงานศักยภาพ ตัวอย่างเช่น เมื่อวัตถุถูกหยุด พลังงานจลน์ของมันจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน

การประยุกต์ใช้พลังงานจลน์

เราใช้พลังงานจลน์ในหลายพื้นที่ ตัวอย่างเช่น ในกลศาสตร์ พลังงานจลน์จะใช้ในการคำนวณพลังงานจลน์ของเครื่องเคลื่อนที่และเพื่อออกแบบเครื่องจักร ในวิศวกรรมยานยนต์ การคำนวณพลังงานจลน์จะดำเนินการเพื่อกำหนดปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการขับรถด้วยความเร็วที่กำหนด ด้วยข้อมูลนี้ วิศวกรสร้างรถยนต์ที่สามารถทนต่อแรงจากการชนได้

ในวิศวกรรมไฟฟ้า พลังงานจลน์จะใช้ในการคำนวณพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนและทำนายพฤติกรรมของวงจรไฟฟ้า

ในวิศวกรรมยานอวกาศ พลังงานจลน์ใช้ในการคำนวณพลังงานจลน์ของเครื่องบินและเพื่อออกแบบเครื่องบิน เครื่องบินดังกล่าวจะต้องทนต่อแรงของการเคลื่อนไหวระหว่างเที่ยวบิน

ความรู้เกี่ยวกับพลังงานจลน์ใช้ในการคำนวณพลังงานจลน์ของกระสุน สิ่งนี้อาจมีประโยชน์ในด้านบัลลิสติกส์ในการทำนายวิถีและระยะของกระสุน เช่น กระสุนหรือขีปนาวุธ

ในกีฬา เราสามารถคำนวณพลังงานจลน์เพื่อคำนวณพลังงานของวัตถุที่เคลื่อนไหว เช่นลูกบอล ความรู้ดังกล่าวสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพอุปกรณ์กีฬา ได้แก่ ลูกบอล แร็คเก็ต เทนนิส หรือสโมสรกอล์ฟ

การคำนวณพลังงานจลน์ใช้ในพลังงานลมและไฟฟ้าพลังน้ำ ข้อมูลนี้ช่วยออกแบบกังหันลมและน้ำที่สามารถแปลงพลังงานลมและน้ำเป็นไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ตัวอย่างสูตรพลังงานจลน์

ตัวอย่างเช่น ลองคำนวณพลังงานจลน์ของรถที่กำลังเคลื่อนไหว

ตัวอย่างที่ 1

รถวิ่ง 60 ไมล์ต่อชั่วโมงและมีมวล 2000 กก. ในการคำนวณพลังงานจลน์ของรถ เราสามารถใช้สูตร: KE = 1/2 mv² ก่อนอื่นเราควรแปลงไมล์ต่อชั่วโมงเป็นเมตรต่อวินาที

60 mi/h = 60 × 0.44704 = 26.8224 m/s

โดยการแทนที่ค่า เราจะได้รับ

KE = 0.5 × 2000 × 26.8224² = 1000 × 719.44114176 = 719441.14176 J

พลังงานจลน์ของรถในตัวอย่างของเราคือ 719,441 จูล

โดยการทำความเข้าใจพลังงานจลน์ วิศวกรสามารถออกแบบยานพาหนะที่สามารถทนต่อแรงของการเคลื่อนไหวได้ดีขึ้น พลังงานจลน์ของยานพาหนะสามารถใช้เพื่อกำหนดแรงที่จะกระทำต่อยานพาหนะในระหว่างอุบัติเหตุ

วิศวกรสามารถใช้ข้อมูลนี้เพื่อออกแบบกรอบและระบบความปลอดภัยของรถ เช่นถุงลมนิรภัยและโซนยุบ เพื่อกระจายพลังงานนี้ในการชนกัน ลดความเสี่ยงของการบาดเจ็บของผู้โดยสาร ข้อมูลนี้ยังสามารถใช้เพื่อสร้างระบบความปลอดภัยที่ใช้งานได้ เช่นการเบรกฉุกเฉินอัตโนมัติ ซึ่งสามารถช่วยลดโอกาสในการชนกันและพลังงานที่จำเป็นในการก่อให้เกิดปัญหา

ตัวอย่างที่ 2

นอกจากนี้เรายังสามารถใช้การคำนวณของเครื่องคิดเลขนี้เพื่อคำนวณพลังงานจลน์ของลูกบอลเมื่อเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบอุปกรณ์กีฬาและทำนายพฤติกรรมในการเคลื่อนไหว

ตัวอย่างเช่น ลูกบอลมีมวล 0.15 กิโลกรัมและเคลื่อนที่ที่ 20 m/s ในการคำนวณพลังงานจลน์ของลูกบอล เราสามารถใช้สูตร: KE = 1/2 mv² การแทนที่ค่า เราจะได้รับ

KE = 0.5 × 0.15 × 20² = 0.5 × 0.15 × 400 = 30 J

พลังงานจลน์ของลูกบอลที่เคลื่อนไหวสามารถใช้เพื่อกำหนดแรงที่จะกระทำต่ออุปกรณ์ในระหว่างการกระแทก โดยการทำความเข้าใจพลังงานจลน์ วิศวกรสามารถปรับปรุงการออกแบบอุปกรณ์กีฬาเช่นแร็คเก็ตเทนนิส ไม้เบสบอล และไม้กอล์ฟเพื่อให้สามารถทนต่อแรงกระแทกและทำงานได้ดีขึ้น

ด้วยลูกเทนนิส โดยการรู้พลังงานจลน์ของลูกบอล วิศวกรสามารถปรับปรุงพลังของแร็คเก็ตได้ เมื่อทำงานกับลูกกอล์ฟ ผู้ผลิตไม้กอล์ฟจะออกแบบพัตเตอร์ที่ให้ช่วงแรงกระแทกที่ดีขึ้น

บทสรุป

เครื่องคำนวณพลังงานจลน์เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพที่สามารถช่วยให้เราเข้าใจหลักการของพลังงานจลน์และวิธีการที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ สามารถใช้เพื่อทำนายพฤติกรรมของวัตถุที่เคลื่อนไหวและออกแบบเครื่องจักรและโครงสร้างที่สามารถทนต่อแรงของการเคลื่อนไหว

หากคุณเป็นนักศึกษาฟิสิกส์ วิศวกรที่ทำงานในโครงการ หรือเพียงแค่สนใจคุณสมบัติของพลังงานจลน์ เครื่องคำนวณสามารถให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์แก่คุณและช่วยให้คุณเข้าใจแนวคิดเบื้องหลังได้ดีขึ้น