งานในทางฟิสิกส์ต่างจากในชีวิตประจำวันอย่างไร

งานในความหมายทั่วไป

สำหรับบุคคลทั่วไปจะเข้าใจคำว่า “งาน หรือ Work” ต่างจากนักฟิสิกส์ เพราะงานในความหมายแบบนี้ จะเกี่ยวกับ ชิ้นงาน, ผลผลิต, วิธีการทำงานในอาชีพ เสียมากกว่า แต่ถ้าหากอ้างจากความหมายพจนานุกรม ฉบับราชบัณฑิตยสถาน พ.ศ. 2554 จะให้ความหมายของงานไว้ว่า

สิ่งหรือกิจกรรมที่ทำ, มักใช้เข้าคู่กับคำ การ เช่น การงาน เป็นการเป็นงาน ได้การได้งาน — ราชบัณฑิตยสถาน พ.ศ. 2554

งานในทางฟิสิกส์
นิยามงานในชีวิตประจำวันต่างจากนิยามงานในทางฟิสิกส์ Credit: LubosHouska

งานในทางฟิสิกส์ (Work)

แต่ในทางฟิสิกส์จะนิยามงานในแง่ทางกายภาพ หรือสภาพการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของวัตถุ ซึ่งเป็นนิยามที่ใช้อธิบายว่าวัตถุทุกชนิดในเอกภพจะเกิดงานหรือไม่นั้น จะต้องเป็นผลมาจากปริมาณสองปริมาณ นั่นก็คือ แรง (Force: F) และการกระจัด (Displacement: D) ซึ่งต่างก็เป็นปริมาณเวกเตอร์ทั้งคู่ โดยนิยามไว้ดังนี้

Work = \vec{F} . \vec{D}

จะเห็นว่างานเกิดจากผลคูณจุด หรือ Dot Product แล้วได้เป็นปริมาณสเกลาร์เสมอ (นิยาม Dot Product) ดังนั้นในทีนี้เราจะลดรูปสมการให้เป็นปริมาณสเกลาร์ หรือไม่ต้องมีเครื่องหมายเวกเตอร์ได้ ดังนี้

Work = F \times D

โดยที่

  • W = งาน มีหน่วยเป็นจูล (J)
  • F = แรง มีหน่วยเป็นนิวตัน (N)
  • D = ขนาดของการกระจัด มีหน่วยเป็นเมตร (m)

วัตถุที่ถูกแรงกระทำแล้วเปลี่ยนตำแหน่งจำเป็นต้องเกิดงานเสมอ หรือไม่?

ในบางครั้งถึงแม้วัตถุจะเปลี่ยนตำแหน่งก็ไม่จำเป็นต้องเกิดงานเสมอไป เช่น การเคลื่อนที่แบบวงกลม เมื่อวัตถุเคลื่อนที่กลับมาตำแหน่งเดิม การกระจัดจะเป็นศูนย์ (จุดเริ่มต้น = จุดสุดท้าย | ตำแหน่งเดียวกัน) – แต่ระยะทางไม่เป็นศูนย์ ดังรูป

งานของการเคลื่อนที่แบบวงกลม ฟิสิกส์
เมื่อวัตถุเคลื่อนที่กลับมายังตำแหน่งเดิม เดียวกับตอนเริ่มแรก การกระจัดจะเป็น 0 ส่งผลให้งานมีค่าเป็นศูนย์เช่นกัน

ดังนั้น สำหรับงานของการเคลื่อนที่แบบวงกลมครบรอบ Work_c = F  \times D = 0

  • เมื่อ D เท่ากับศูนย์ และ F ไม่เท่ากับศูนย์ – มีแรงเข้าสู่ศูนย์กลาง

งานเป็นลบได้หรือไม่

งานสามารถเป็นปริมาณที่ติดลบได้ หากแรงกระทำกับวัตถุ มีทิศทางตรงกันข้ามกับการกระจัด ดังรูป

งานและพลังงาน ฟิสิกส์
งานมีค่าเป็นบวกและลบได้ ขึ้นอยู่กับทิศทางของแรงที่เราสนใจ กับทิศของการกระจัด
ถ้าบทความนี้อ่านง่ายอ่านคล่องแชร์เลยครับ