งานเชิงกล

เฮ้อ งานหนักมากเลยนะเนี่ย. คุณคิดอย่างงั้นเหรอ? แล้วฉันล่ะ? ฉันขนทีละตั้งสองก้อนแหนะ ยังมีงานหนักกว่าตั้งเยอะนะ ก็ใช่ แต่ฉันยกสูงกว่าตั้งสองเท่านะ รวมแล้วฉันทำงานหนักกว่า เธออย่างเห็นๆ คงงั้น..... คำว่า งาน เป็นคำที่ มีความหมาย ค่อนข้างมาก ในชีวิตประจำวัน มีการทำงานมากมายหลายแบบ ตำรวจคอยดักจับ คนร้ายที่ก่อคดีต่างๆขึ้น พนักงานขายคุยโทรศัพท์กับลูกค้า หรือ หมอจดบันทึกข้อมูล ของคนไข้ อย่างไรก็ตาม เวลาเราพูดถึง งาน ใน ฟิสิกส์ มันมีความหมายพิเศษไปอีกอย่าง อย่างตอนที่มาเรียกับลีน่าเถียงกันว่า ใครทำงานหนักกว่ากัน พวกเธอใช้เหตุผลที่ใกล้เคียงกับ ความหมายของงานในฟิสิกส์ มาช่วยพวกเธอคิดกันเถอะ ในการทำงานในความหมายทางด้านฟิสิกส์ เราต้องใช้แรงกระทำต่อ วัตถุโดยที่แรงนั้น เป็นตัวทำให้วัตถุเคลื่อนที่ มาเรียกับลีน่ากำลังยกก้อนฟาง ด้วยการใช้แรงจากกล้ามเนื้อ แรงนี้มีกำลังพอที่จะ ต้านกับแรงโน้มถ่วงทำให้ก้อนฟาง เคลื่อนที่ไปด้านบนได้ แรงที่เป็นสาเหตุทำให้เกิดการเคลื่อนที่ มาเรียและลีน่ากำลังทำงาน ในทางฟิสิกส์ แล้วใครทำงานมากกว่ากันล่ะ? เราสามารถคำนวนปริมาณของงาน ได้ด้วยการเอาแรง คูณ เข้ากับการกระจัด งาน = แรง คูณ การกระจัด เราจะเขียนสูตร ว่า W = F x S งาน = แรง คูณ การกระจัด แรงคือมวลของก้อนฟาง คูณ ด้วยแรงโน้มถ่วงของโลก 15 กิโล คูณ 9.8 นิวตันต่อกิโล ได้ประมาณ 150 แรงที่ต้องใช้ในการยกก้อนฟาง หนึ่งก้อน คือ 150 นิวตัน มาเรีย ยกด้วยแรง 150 นิวตัน ส่วนลีน่า ยกด้วยแรง 300 นิวตัน ซึ่งมากกว่ามาเรียเท่าหนึ่ง มาถึงการกระจัดบ้าง ลีน่ายกก้อนฟางขึ้น 3 เมตร ด้วยแรง 300 นิวตัน มาเรียกยกก้อนฟางขึ้น 6 เมตร ด้วยแรง 150 นิวตัน งาน ของลีน่านั้น คือ 300 นิวตัน x 3 เมตร = 900 นิวตันเมตร งานของมาเรียคือ 150 นิวตัน x 6 เมตร เท่ากับ 900 นิวตันเมตรเช่นกัน หนึ่งนิวตันเมตรนั้นมีค่าเท่ากับ หนึ่งจูล ในการยกแต่ละครั้ง มาเรียกับลีน่าทำงานหนักเท่ากัน งานหนักมากเลยทีเดียว ควรพักได้แล้วล่ะ ลีน่ากำลังถือถาด อยู่เฉยๆ สูงจากพื้น 1 เมตร ถาดนี้ค่อนข้างหนัก เธอกำลังทำงานอยู่รึเปล่านะ? ในการยกถาด ลีน่ากำลังต้านกับแรงโน้มถ่วงอยู่ ทำให้เธอต้องใช้แรงยกเท่ากับ แรงโน้มถ่วง แต่ถาดนั้นไม่ได้ขยับไปไหน ซึ่งหมายความว่าลีน่า ไม่ได้ทำงานอยู่ แล้วตอนนี้ละ่? ลีน่ากำลังใช้แรงอะไร ในการยกถาด เวลาที่ลีน่าเดินด้วยความเร็วสม่ำเสมอ เธอแทบจะไม่ต้องใช้แรง ในการทำให้ ถาดเคลื่อนที่ไปด้านหน้าเลย แรงในการยกถาดนั้น เป็นแรงที่มีทิศทางขึ้นไปด้านบน และงานจะเกิดจากแรง ที่ทำให้เกิดการกระจัดเท่านั้น แรงยกในที่นี้ ไม่ได้ทำให้เกิดการกระจัด แรงที่ต้องใช้ในการ ทำให้ถาดเคลื่อนที่ไปด้านหน้า เวลาที่มันมีความเร็วแล้ว แทบจะมีค่า เท่ากับศูนย์ แรงต้านอากาศนั้นน้อยมากๆ จนเราไม่จำเป็นต้องสนใจ ดังนั้น หากเราเดินด้วยความเร็ว ที่คงที่ และถือถาดสูงเท่าเดิม จะไม่มีงานใดๆถูกกระทำต่อถาด แล้วแบบนี้ล่ะ? แบบนี้มีการทำงานรึเปล่า? มี การผลักเก้าอี้ผ่าน พื้นกรวดนั้น ต้องใช้แรงเพื่อ ต้านกับแรงเสียดสี มาเรียใช้แรงกับเก้าอี้ ทำให้เกิดการกระจัดขึ้น ในทิศทางเดียวกับที่เธอออกแรง สมมุติว่าการขยับเก้าอี้ ใช้แรง 200 นิวตัน และมาเรีย ขยับเก้าอี้ 2 เมตร เธอจะทำงาน 200 คูณ 2 เท่ากับ 400 นิวตัน หรือ 400 จูล งานมีหน่วยเป็นจูล เหมือนกับพลังงาน เพราะว่าถ้าลองคิดดู งานนั้นเกิดจากแรง ส่วนพลังงานคือความสามารถในการทำงาน งงใช่มั้ย? ไม่เป็นไร ถึงแม้ว่าเราจะเข้าใจ การคำนวนทั้งหมด ก็ยังยากที่จะเข้าใจ ว่าพลังงาน และ งาน คืออะไร