ควอนตัม

  สองเรื่องหลักที่ประสบผลสำเร็จในรอบร้อยปีที่ผ่านมาคือทฤษฎีควอนตัมที่ให้ภาพของอะตอมและองค์ประกอบ  และทฤษฎีสัมพันธภาพทั่วไปที่ให้ภาพของสเปสซ์ เวลา และความโน้มถ่วง
   ระหว่างเรื่องหลักทั้งสองอธิบายจากอะตอม

เรื่องที่สอบกลางเทอม

นิยามศัพท์ทางฟิสิกส์ เช่น  ปริมาณทางฟิสิกส์ และหน่วยในการวัดปริมาณ
การรวมเว็คเตอร์ เชิงเส้น และ เว็คเตอร์ที่ทำมุมกัน

การเคลื่อนที่เชิงเส้นหรือในแนวตรง
การเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่
การเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงที่

สมการการเคลื่อนที่ในแนวตรง
1:    v = u + at

2:    s  = (u + v)/2 . t

3:     s = ut + 1/2a t^2

4:    v^2  =  u^2 + 2as

เมื่อ  v เป็น ความเร็วปลาย   u  เป็นความเร็วเริ่มต้น  a คือความเร่ง  และ t เป็นเวลาที่ใช้จากความเร็วต้นมาเป็นความเร็วปลาย

กฏการเคลื่อนที่ของนิวตัน
กฏข้อที่ 1 วัตถุที่นิ่ง หรือ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ก็จะนิ่งและเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ต่อไป ตามเท่าที่ไม่มีแรงลัพธ์จากภายนอกมากระทำ
กฏข้อที่ 2 ของนี้วตั้น แรงที่กระทำต่อวัตถุเป็นปฏิภาคตรงกับความเร่งที่เกิดขึ้นและมวลของวัตถุ ขณะเดียวกัน ความเร่งเป็นปฏิภาคกลับกับมวลของวัตถุ   กล่าวคือ แรงเท่ากับผลคูณของมวล  F = ma
กฏข้อที่ 3 ทุกแรงกิริยาที่กระทำต่อวัตถุหนึ่งกระทำต่อวัตถุที่สอง แล้วจะมีแรงปฏิกิริยาจากวัตถุที่สองกระทำต่อวัตถุที่หนึ่งด้วยขนาดของแรงเท่ากันแต่ทิศทางตรงกันข้ามกัน

ตัวอย่าง 1 วัตถุหนึ่งมีมวล 20 kg วางนิ่งอยู่บนพื้นลื่น ต่อมามีแรงกระทำทำให้วัตถุมีความเร็ว 24 m/s ภายในเวลา 8 วินาที จงหาขนาดของแรงที่กระทำ

หลักคิด    แรงเป็นไปตามกฏข้อที่ 2 ของนิวตัน  รู้ค่ามวล แต่ยังไม่รู้ ความเร่ง  สามารถหาความเร่งจากสมการการเคลื่อนที่   v = u + at        ที่ไม่ทราบค่าคือ a  นำไปหาค่าแรงได้

ตัวอย่าง 2 วัตถุมวล 5 kg ตกจากดาษฟ้าตึกสูง 100 m อย่างอิสระ จงหาขนาดของแรงที่กระทำต่อวัตถุ

หลักคิด  ดูว่าวัตถุมีแรง ภายนอกใดมากระทำวัตถุบ้าง  มีเพียงอย่างเดียวคือแรงความโน้มถ่วง หรือแรงดึงดูดของโลก หรือแรงดึงดูดระหว่างมวล ที่ต่างก็ดึงดูดกันและกันเป็นแรงต่างร่วม ซึ่งได้แก่น้ำหนักของวัตถุนั่นเอง

ตัวอย่างที่ 3 วัตถุหนึ่งถูกแรง 200 N กระทำแล้วทำให้เกิดความเร่ง 10 m/s^2 ถ้าวัตถุก้อนนี้ถูกแรง 100 นิวตัน กระทำจะเกิดความเร่งเท่าใด

หลักคิด  โจทย์กำหนดแรงและความเร่งจึงหามวลของวัตถุได้ ตามกฏข้อที่ 2  เมื่อทราบค่ามวลก็สามารถหาความเร่ง เมื่อออกแรง 100 N ได้

ตัวอย่างที่ 4  ออกแรงผลักกล่องมวล 10 kg ตามแนวระดับเคลื่อนไถลไปตามพื้นราบกล่องเริ่งเคลื่อนที่ต้องใช้แรง 70 N หลังจากนั้นกล่องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่โดยใช้แรงผลักเพียง 40N
    ก. ให้หาแรงเสียดทานสถิตย์สูงสุด และสัมประสิทธิ์ความเสียดทานสถิตย์ระหว่างผิวกล่องกับพื้นราบ
    ข. แรงเสียดทานจลน์และสัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ระหว่างผิวกล่องกับพื้น

หลักคิด  การผลักวัตถุที่วางบนพื้นที่มีความเสียดทานให้เริ่มเคลื่อนที่ได้เรียกว่าแรงเสียดทานสถิตย์  แต่เมื่อเคลื่อนที่แล้วจะมีความเสียดทานน้อยลงจึงใช้แรงน้อยลง   ทั้งแรงเสียดทานสถิตย์และแรงเสียดทานจลน์หาได้จากความสัมพันธ์     f  = ŋN    ŋคือสัมประสิทธิ์ความเสียดทาน

การที่วัตถุเคลื่อนได้โดยใช้แรง 70 N แสดงว่า แรงเสียดทานเท่ากับ 70N พอดีเพราะเริ่มเคลื่อน  แต่พอเคลื่อนแล้วใช้แรงน้อยลงเป็น 40N เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ แสดงว่ามีแรงเสียดทานคงที่กระทำต่อวัตถุเช่นกัน นั่นคื่อแรงเสียดทานเท่ากับแรงที่ออกคือ 40 N     เมื่อรู้ค่าแรงเสียดทานก็นำไปคำนวนหา สัมประสิทธิ์ความเสียดทานได้

ตัวอย่างที่ 5  ลังใบหนึ่งมวล 120 kg ตำลงมาจากรถกระบะพ่อค้า ที่กำลังแล่นด้วยความเร็ว 20 m/s ถ้าลังใบนี้ไถลตามพื้นถนนไปได้ไกล 50 m จึงหยุด จงหาขนาดแรงต้านทานการเคลื่อนที่ของพื้นถนนที่กระทำต่อลัง

หลักคิด  เมื่อลังตกจากรถความเร็วเท่ากับรถคือ 20m/s  และเคลื่อนไปได้ 50 m แล้วหยุดนิ่ง คำนวนหาความเร่งได้จากสมการการเคลื่อนที่  v^2 = u^2 + 2as  แล้วหาแรงกระทำได้จากกฏข้อที่2 F =ma ซึ่งเป็นแรงต้านการเคลื่อนที่นั่นเอง

ตัวอย่างที่ 6  ออกแรง 500 N ทำมุม 30องศา กับแนวระดับ ถึงวัตถุมวล 40 kgซึ่งวางอยู่่บนพื้นมีสัมประสิทธิ์ความเสียดทาน 0.4. ให้เคลื่อนที่ไปในแนวระดับจงหาความเร่งของวัตถุ

หลักคิด วัตถุเคลื่อนที่ในแนวระดับ เฉพาะแรงในแนวระดับมีผลต่อการเคลื่อนที่จึงต้องแตกแรง ให้อยู่ในแนวระดับและแนวตั้งฉาก  แรงในแนวดิ่งนำไปคำนวณหาแรงเสียดทาน  เมื่อทราบแรงเสียดทาน นำไปหักล้างกับแรงที่ออกให้วัตถุ แล้วคำนวณหาความเร่งได้ โดยใช้กฏข้อที่สอง
                           แรงลัพธ์ = ma
   

สรุปการสั่น และ คลื่น

การสั่นเกิดขึ้นเมื่อมีสิ่งรบกวนเกิดขึ้นที่อาจก่อให้เกิดคลืนได้  ส่วนคลื่นจากแหล่งกำเนิดการสั่นใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่ไป นอกจากเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่ใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่
-`คาบ(period) ของคลื่น เป็นเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่ของคลื่น 1 คลื่นหรือ หรือเกิดการสั่นที่ครบรอบสมบูรณ์ไปและกลับ
-คลื่นนำพลังงานจากจุดสั่นหรือรบกวนไปยังจุดที่รับคลื่น โดยไม่มีการส่งผ่านตัวกลาง จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง
-ความถี่ของจำนวนการสั่นในเวลาที่กำหนดคูณด้วยความยาวคลื่น จะได้อัตราเร็วของคลื่น

คลื่นตามขวาง ตัวกลางเคลื่อนที่ตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น
-คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่นคลื่นแสง คลื่นวิทยุ เป็นคลื่นตามขวางที่ไม่ใช้ตัวกลาง
-คลื่นเสียงเป็นคลื่นตามยาว ขณะที่คลื่นในเส้นเชือกเป็นคลื่นตามขวาง

การสอดแทรก(Interference) เกิดขึ้นเมื่อคลื่นเคลื่อนที่จากแหล่งกำเนิดต่างกันเคลื่อนที่ไปยังจุดเดียวกันที่เวลาเดียวกัน
     -การสอดแทรกเสริมกัน ยอดคลื่นและท้องคลื่นเสริมกัน  การสอดแทรกที่หักล้างกัน ท้องคลื่นกับยอดคลื่นหักล้างกัน
     -คลื่นนิ่ง จำกัดขอบเขตในบริเวณหนึ่งที่ขอบเป็นจุดที่เกิดสอดแทรกหักล้างกัน (มีไม่การเคลื่อนที่ของตัวกลาง) ยังคงอยู่ที่ตำแหน่งเดิม

ปรากฏการณ์ดอฟเปลอร์   การได้รับความถี่เปลี่ยนไปอันเนื่องจากการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดเสียงหรือ ผู้สังเกตเคลื่อนที่

เมื่อแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่เร็วกว่าอัตราเร็วของคลื่นในตัวกลางจะเกิดคลื่นช็อค (shock wave or bow wave)ปรากฏอยู่ด้านหลัง

คำถามทบทวน
1. a. การกระการรบกวนกระเพื่อมไปตามเวลาที่ผ่านไปเรียกว่าอะไร
    b. การรบกวนกระเพื่อมไปตามเวลาและสเปสซ์เรียกว่าอะไร
2. คาบเวลาของลูกตุ้มนาฬิกาคืออะไร
3. เป็นเรื่องที่ดีอย่างไรที่คาบของลูกตุ้มนาฬิกาเป็นเวลา 1 วินาทีครบรอบไปและกลับ
4.สมมุติว่าลูกตุ้มนาฬิกามีคาบเวลา 1.5 วินาที เป็นลูกตุ้มนาฬิกาแขวนยาวกว่าหรือสั้นกว่าในคำถามที่ 3
5. เคิร์ฟแบบไซน์ (sine)สัมพันธ์กับคลื่นอย่างไร
6. ให้แยกความแตกต่างระหว่างส่วนที่แตกต่างกันของคลื่น ความสูงของคลื่น(amplitude) ยอดคลื่น(crest), ท้องคลื่น(trough) และความยาวคลื่น(wavelength)
7.จงแยกความแตกต่างระหว่างคาบ และ ความถี่ ของการสั่น(vibration) หรือ คลื่น และทั้งสองสัมพันธ์กันอย่างไร
8. ตัวกลางที่คลื่นผ่านเคลื่อนไปด้วยกับคลื่นหรือไม่  ให้เหตุว่าทำไมตอบเช่นนั้นด้วย
9. อัตราเร็วของคลื่นสัมพันธ์กับความถี่และความยาวคลื่นอย่างไร
10.ขณะที่ความถี่เสียงเพิ่มขึ้น ความยาวคลื่นเพิ่มหรือลดลง ให้ยกตัวอย่างประกอบให้ดูด้วย
11. ให้แยกให้เห็นความแตกต่างระหว่างคลื่นตามขวางกับเคลื่อนตามยาว
12. จงแยกให้เห็นความแตกต่างระหว่างการสอดแทรกแบบเสริม และการสอดแทรกแบบหักล้าง
13 การเกิดการสอดแทรกเฉพาะบางชนิดของคลื่นหรือเกิดทุกชนิดของคลื่น

คำอธิบายรายวิชาฟิสิกส์พื้นฐาน

สรุปบทที่ 8 พลังงานคำถามทบทวน

เมื่อแรงคงที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ไปในทิศทางของแรง งานที่ทำเท่ากับผลคูณของแรงกับระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ได้
วัตถุมีพลังงานก็มีความสามารถที่จะทำงาน
พลังงานกล เนื่องมาจากตำแหน่งของบางอย่าง  คือพลังงานศักย์ การเคลื่อนที่ของวัตถุบางอย่างคือพลังงานจลน์

ตามกฏการคงตัวของพลังงาน   พลังงานไม่สามารถสร้างหรือทำลายให้หายไป พลังงานสามารถเปลี่ยนรูปจากรูปหนึ่งไปเป็นอีกรูปหนึ่ง
-คาน, รอก และพื้นเอียง เป็นเครื่องกลอย่างง่ายที่ช่วยอำนวยความสะดอกและผ่อนแรงในการทำงาน
-ปกติแล้ว งานที่ได้ออกมาเป็นเอ้าพุตที่มีประโยชน์ของเครื่องกลน้อยกว่างานทั้งหมดที่ให้กับเครื่องกลเสมอ

คำถามทบทวน
1. แรงหนึ่งทำให้วัตถุเคลื่อนที่ เมื่อคูณแรงกับเวลาที่ใช้เราเรียกปริมาณนี้ว่าการดล(impulse) ซึงเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมของวัตถุนั้น แล้วเราเรียกปริมาณ แรง x ระยะทาง ว่าอะไร และปริมาณอะไรที่ทำให้ค่าปริมาณดังกล่าวเปลี่ยนแปลง
2.ต้องใช้งานในการยกบาเบลล์ จะต้องใช้งานกี่่เท่าในการยกบาร์เบลล์ให้สูงขึ้น 3 เท่า
3.อันไหนต้องใช้งานมากกว่า  ยกถึง 10 กิโลกรัมในแนวดิ่งระยะทาง 2 m หรือ ยกถุง 5 kgในแนวดิ่งระยะทาง 4 เมตร
4.ใช้งานกี่จูลที่ทำต่อวัตถุ เมื่อให้แรง 10 N ผลักวัตถุไปเป็นระยะทาง 10 m
5.ใช้กำลังเท่าใด เมื่อทำงาน 100 J ให้วัตถุ ในเวลา 0.5 s  และจะมีกำลังเท่าใดถ้าทำงานเดียวกันในเวลา 1 วินาที
6. พลังงานกลคืออะไร
7.a)ถ้าคุณทำงาน 100 J ในการยกถังน้ำ พลังงานศักย์เนื่องจากความโน้มถ่วงคืออะไรที่สัมพันธ์กับตำแหน่งเริ่มต้น
b)พลังงานศักย์ของถังน้ำจะเป็นอย่างไรถ้ายกขึ้นไปสูงเป็นสองเท่า
8.ถ้ายกก้อนหินขึ้นเหนือพื้นจนพลังงานศักย์ของมันเทียบกับพื้นเป็น 200 J แล้วปล่อยลงมา พลังงานจลน์ของก้อนหินจะเป็นเท่าใดก่อนที่จะชนพื้น ?
9. สมมุติว่ารถยนต์มีพลังงานจลน์ 2000  ถ้ารถเคลื่อนด้วยอัตราเร็วเป็นสองเท่าพลังงานจลน์จะมีค่าเท่าใด และ อัตราเร็วเป็นสามเท่า จะมีพลังงานจลน์เท่าใด
10.พลังงานจลน์ของลูกธนูที่ยงจากคันที่ง้างด้วยพลังงานศักย์ 50 J
11.หมายความว่าอย่างไรที่กล่าวว่าในระบบใดๆผลรวมพลังงานยังคงเท่าเดิมเสมอ
12.ในความเข้าใจอย่างไรที่กล่าวว่าพลังงานจากถ่านหินคือพลังงานแสงอาทิตย์
13.ทำไมจึงมีขีดจำกำกัดสูงสุดที่รถยนต์วิ่งไปได้ต่อน้ำมันหนึ่งถัง
14.ในสองทางใดที่เครื่องกลสามารถเปลี่ยนแรงที่ให้เป็นอินพุต
15.ในทางใดที่เครื่องกลต้องเป็นไปตามการคงตัวของพลังงาน เป็นไปได้สำหรับเครื่องกลหนึ่งที่ควบรวมพลังงานหรืองานที่ให้เป็นอินพุต
16.หมายถึงอะไรที่กล่าวว่าเครื่องกลชนิดหนึ่งๆมีการได้เปรียบเชิงกลแน่นอนอย่างหนึ่ง
17. คานพื้นฐาน 3 ชนิดคืออะไร
18. ประสิทธิภาพของเครื่องกลคืออะไร ที่ใช้พลังงานนำเข้า 100 จูลน์ ทำงานที่มีประโยชน์ได้ 35 จูลน์
19. จงแยกให้เห็นระหว่างการได้เปรียบเชิงกลทางทฤษฎีแับการได้เปรียบเชิงกลจริง และจะเปรียบเทียบในเรื่องนี้อย่างไรถ้าเครื่องกลมีประสิทธิภาพ 100%
20. ประสิทธิภาพของร่างกายเป็นเท่าใดเมื่อนักปั่นจักรยานใช้กำลัง 1000 w เพื่อส่งผ่านพลังงานกลไปในการปั่นจักรยานของเขาด้วยอัตรา 100 w

บทที่ 8 พลังงาน

พลังงานเป็นมโนทัศน์หลักทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมด ปัจจุบันพบว่าพลังงานแทรกอยู่ในทุกสาขาของวิทยาศาสตร์ ในเกือบทุกแง่มุมของสังคมมนุษย์ที่เราคุ้นเคยกัน  พลังงานมาสู่เราจากแสงอาทิตย์ อยู่ในอาหารที่เรากินให้ชีวิตดำรงอยู่ได้ เป็นมโนทัศน์ที่เราคุ้นเคยมากที่สุดแต่อาจกำหนดยากมากอย่างหนึ่ง บุคคล สถานที่และสิ่งของต่างๆ มีพลังงาน เราสังเกตพลังงานเฉพาะเมื่อมีบางอย่างเกิดขึ้น เฉพาะเมื่อพลังงานถูกเปลี่ยนรูปส่งผ่านไป เริ่มต้นศึกษาพลังงานโดยสังเกตมโนทัศน์ที่สัมพันธ์กัน : งาน

8.1 งาน(work)
ทราบกันแล้วว่าการเปลี่ยนการเคลื่อนที่ของวัตถุเกี่ยวข้องกับทั้งแรงและช่วงเวลาที่ออกแรงนั้น โดยการดล(impulse)วัดโดยผลคูณของแรงกับเวลา ความยาวนานไม่จำเป็นต้องเป็นเวลาเสมอไป เป็นระยะทางได้เช่นกัน โดยพิจารณาผลคูณระหว่างแรงกับระยะทาง ซึ่งเรียกว่างาน (work)  เราทำงานเมื่อยกสิ่งของวัตถุ ต้านกับแรงโน้มถ่วงของโลก ยิ่งยกวัตถุที่หนักก็ยิ่งทำงานมาก มีองค์ประกอบสองอย่างที่เข้ามาเกี่ยวข้องเมื่อทำงานแล้วเสร็จ (1) แรงที่ทำ (2) การเคลื่อนไหวบางอย่างโดยแรงนั้น พิจารณาการเคลื่อนที่ด้วยแรงคงที่และการเคลื่อนที่ไปตามแนวเส้นตรงตามทิศทางของแรง  แล้วงานเกิดขึ้นกับวัตถุที่ให้แรง คือผลคูณระหว่าง แรง กับ ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ เขียนสั้นๆได้คือ
                           งาน =  แรง x ระยะทาง
                              W =  F x d
     หน่วยที่ใช้วัดงานเป็นหน่วยของแรงคูณกับหน่วยระยะทาง ได้แก่ นิวตัน.เมตร หรือ จูล(๋Joule) ย่อตัวJ หน่วยที่ใหญ่ขึ้น กิโลจูล(kJ) เมกกะจูล(MJ)เป็นต้น

      ยกขวดน้ำหนึ่งขวดขึ้นไปได้ 1 ชั้น  และถ้าถือขวดน้ำ 2 ขวด ไปได้ 1 ชั้น เท่ากับทำงาน 2 เท่า เช่นเดียวกัน ถ้าถือขวดน้ำหนึ่งขวดขึ้นไป 2 ชั้นก็เท่ากับทำงานถือขดน้ำ 2 ขวดไปสูง 1 ชั้น ที่เป็นเช่นนี้เพราะงานขึ้นอยู่กับแรงและระยะทางที่ออกแรง
      นักยกน้ำหนักที่ยกบาร์เบลไว้เหนือหัวไม่เคลื่อนไปไหนก็ไม่เกิดงานใด ถ้าถ้ายกบาร์เบลจากพื้นขึ้นไปอยู่นำแหน่งเหนือหัวก็เกิดการทำงาน
     งานแบ่งออกได้เป็น 2 แบบ แบบเแรกทำงานเพื่อให้เปลี่ยนอัตราเร็ว  เช่นรถยนต์เร่งให้มีอัตราเร็วมากขึ้น หรือลดความเร็วของรถลง อีกประเภทหนึ่งทำงานต้านกับแรงอื่น เช่นการง้างคันธนู การยืดยาง

8.2 กำลังงาน (power)
     นิยามความหมายของงานไม่ได้กล่าวถึงว่าทำงานเป็นระยะเวลานานเท่าใด ดังนั้นไม่ว่าจะถือของขึ้นไปชั้นบนไม่ว่าจะเดินถือขึ้นช้า หรือเร็ว หรือแม้แต่วิ่งขึ้นไป ก็ทำงานเท่ากัน  แต่ถ้าวิ่งขึ้นด้วยเวลา10 วินาที เหนื่อยกว่าการเดินขึ้นด้วยเวลา 1 นาทีแน่นอน ทำไม เพื่อให้เข้าใจถึงเรื่องนี้ จะต้องพิจารณาถึงว่าเราทำงานได้เสร็จเร็วเท่าใด นั่นคือ กำลังงาน (power) กำลังงานคืออัตราการทำงานเสร็จ  เท่ากับงานที่ทำหารด้วยเวลาที่ทำงานเสร็จ
                         กำลังงาน  =   งานที่ทำ/เวลาที่ทำ

หน่วยที่ใช้วัดกำลังเป็นหน่วยของงานหารด้วยหน่วยของเวลา  คือ  (นิวตัน.เมตร)/วินาที่  หรือ จูล/วินาที หรือเรียกอีกอย่างว่า วัตต์ (watt) กำลัง 1 watt เท่ากับทำงานหรือใช้งานไป 1 จูลในเวลา 1 วินาที  1 กิโลวัตต์(kW) เท่ากับ 1000 วัตต์  1 เมกกะวัตต์(MW) เท่ากับ 1 ล้านวัตต์   หน่วยวัดกำลังเครื่องยนต์นิยมใช้วัดกันเป็นกำลังม้า โดยที่ 1 กำลังม้า เท่ากับ 0.75 กิโลวัตต์

8.3 พลังงานกล(mechanical energy)
      เมือ่ง้างคันธนูที่มีลูกธนูอยู่ มีบางสิ่งที่สามารถทำงานให้ลูกธนูเคลื่อนออกไป  เมื่อไขลานนาฬิกามีบางสิ่งที่ทำให้นาฬิกาเดินต่อไปได้ ยกแท่งน้ำหนักขึ้นไปสำหรับตอกเสาเข็ม มีบางสิ่งที่สามารถทำให้แท่งน้ำหนักตกลงมาทำงานได้  ในแต่ละกรณี บางสิ่งที่สามารถทำงานได้นั้นเรียกว่าพลังงานนั่นเอง เช่นเดียวกับ งาน พลังงานมีหน่วยวัดเหมือนกับงาน คือจูล  พลังงานสามารถมีได้หลายรูปแบบ ที่จะกล่าวถึงต่อไปคือพลังงานกล (mechanical energy) เป็นพลังงานที่เกี่ยวข้องกับตำแหน่ง และการเคลื่อนที่ของวัตถุ อาจกล่าวได้ว่าเป็นพลังงานที่พยายามทำให้วัตถุเคลื่อนที่ หรือเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ ประกอบด้่วยพลังงานศักย์(potential energy)และพลังงานจลน์ (kinetic energy)

     8.4 พลังงานศักย์
           วัตถุอาจเก็บพลังงานไว้ตามความสามารถที่ตำแหน่งนั้นๆ หรือพลังงานที่เก็บไว้ในวัตถุที่พร้อมที่จะแสดงออกมาเรียกว่าพลังงานศักย์ ที่ให้ชื่อเช่นนี้เพราะมีความสามารถหรืออยู่ในภาวะที่มีศักยภาพที่จะทำงานได้ ดังเช่นคันธนูที่ง้างไว้ ยางที่ยืดไว้ และพลังงานที่เป็นศักยภาพตามตำแหน่งของวัตถุ สารที่สามารถทำงานได้ผ่านทางปฏิกริยาเคมี เช่นอาหารที่เรารับประทาน ซากดึกดำบรรพหรือฟอสซิลที่ให้เป็นเชื้อเพลิงได้  งานที่ต้องทำในการยกวัตถุขึ้นไปที่ระดับต่างๆ ต้านกับแรงโน้มถ่วง เรียกว่าพลังงานศักย์เนื่องจากความโน้มถ่วง
งานที่ทำเท่ากับแรงที่ใช้ในการเคลื่อนวัตถุคูณกับระยะทางในแนวตั้ง  จาก งาน W = F.d
แรงที่ยกขึ้นเท่ากับแรงน้ำหนัก mg ของวัตถุดังนั้นงานที่ทำให้การยกวัตถุขึ้นไปสูง h เป็น mgh
นั่นคือพลังงานศักย์เนื่องจากความโน้มถ่วง เท่ากับ น้ำหนักคูณความสูง
                 PE  = mgh
  8.5 พลังงานจลน์
       เราสามารถทำให้วัตถุเคลื่อนที่ วัตถุก็มีความสามารถจากการเคลื่อนที่ เป็นความสามารถที่จะทำงาน เป็นพลังงานจากการเคลื่อนที่ ที่เรียกว่าพลังงานจลน์  พลังงานจลน์ขึ้นอยู่กับมวล และอัตราเร็ว โดยที่พลังงานจลน์หาได้จาก KE = 1/2 x มวล x อัตราเร็ว    หรือ เขียนได้เป็น

                                      KE = 1/2.m.v^2

8.6 การคงตัวของพลังงาน
      สิ่งสำคัญมากกว่าการกล่าวว่าพลังงานคืออะไร ได้แก่การเข้าใจว่าพลังงานมีพฤติกรรมอย่างไร .ส่งผ่านแปลงรูปอย่างไร เราสามารถที่จะเข้าใจได้เกือบทุกกระบวนการ หรือเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในธรรมชาติได้ดีกว่าถ้าเราวิเคราะห์ในเทอมของการส่งผ่านพลังงานจากพลังงานรูปหนึ่งไปเป็นอีกรูปหนึ่ง
วิเคราะหารยิงลูกหินด้วยหนังสติก ต้องออกแรงยืดยางของหนังสติกก่อนให้มีพลังงานศักย์ยืดหยุ่น แล้วปล่อยให้ลูกหินเคลื่อนที่มีพลังงานจลน์ด้วยพลังงานศักย์จากยางยืดหนังสติก เมื่อลูกหินไปกระทบเป้าที่ต้องการ แรงที่ไปกระแทกเป้าไม่ได้ตรงกับพลังงานจลน์ที่ลูกหินมี ถ้าศึกษาในรายละเอียดลูกหินและเป้าที่ถูกชนจะมีความร้อนเกิดขึ้น เป็นการส่งผ่านพลังงานที่ไม่มีการสูญหายหรือได้รับเพิ่มลัพธ์เข้ามา การศึกษาเรื่องพลังงานรูปแบบต่างๆ และการส่งผ่านแปลงรูปทำให้ได้ข้อสรุปทางฟิสิกส์ที่เรียกว่า กฏการคงตัวของพลังงาน

8.7 เครื่้องกล

8.8 ประสิทธิภาพ
   


8.9 พลังงานเพื่อชีวิต
     ทุกเซลล์ที่มีชีวิตในสิ่งมีชีวิตเป็นเหมือนเครื่องจักรที่มีชีวิต เหมือนกับเครื่องจักรกลใดๆ ที่จำต้องสร้างพลังงาน สิ่งมีชีวิตทั้งหมดในโลกใบนี้ได้รับอาหารจากสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่ปลดปล่อยให้พลังงานเมื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจน  คล้ายคลึงกับเชื้อเพลิงปิโตรเลียมที่ได้อภิปรายมาแล้ว มีพลังงานที่เก็บไว้ในโมเลกุลในสถานะเชื้อเพลิงมากกว่าที่การปฏิกิริยาผลิตพลังงานหลังจากการสันดาปเผาผลาญ  ความแตกต่างพลังงานดังกล่าวคือส่วนที่ธำรงชีวิต
     หลักการในการสันดาปในกระบวนการย่อยอาหารในร่างกาย และการสันดาปเชื้อเพลิงฟอสซิลในเครื่องจักรกลนั้นเหมือนกัน  ข้อแตกต่างหลักคืออัตราซึ่งปฏิกิริยาเกิดขึ้น ในการย่อยอาหาร ในอัตราการย่อยอาหารจะช้ากว่ามาก และพลังงานปลดปล่อยออกมาตามที่ต้องการของร่างกาย  คล้ายกับการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล(ซากดึกดำบรรพ) ทันที่ที่เริ่มการเผาผลาญจะคงอยู่ได้ด้วยตัวเอง คาร์บอนจะรวมกับออกซิเจนเกิดเป็นคาร์บอนไอออกไซด์
    การทำให้เกิดการย้อนกลับเป็นเรื่องที่ยุ่งยาก เฉพาะพืชสีเขียว และสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่สามารถสร้างคาร์บอนไดออกไซด์รวมกับน้ำแล้วก่อให้เกิดสารประกอบไฮโดรคาร์บอนเช่นน้ำตาล กระบวนการนี้คือการสังเคราะห์แสง ที่ต้องการพลังงานนำเข้าเป็นอินพุต ปกติแล้วได้มาจากแสงอาทิตย์ น้ำตาลเป็นอาหารในรูปที่ง่ายที่สุด  ชนิดอื่นๆ ทั้งหมด คาร์โบไฮเดรด โปรตีน และไขมัน ก็เป็นสารประกอบสังเคราะห์ของคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน เป็นเรื่องที่โชคดีเป็นอย่างยิ่งที่พืชสีเขียวสามารถใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ในการสร้างอาหารให้พลังงานเรา และสิ่งมีชีวิตอื่นที่กินอาหาร เพราะเหตุนี้จึงมีชีวิต