รถบรรทุกมวล 2.5 ตัน เริ่มเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงที่ หลังจากเคลื่อนที่ไปได้ระยะทาง 144 เมตร ความเร็วของรถอยู่ที่ 12 ม./วินาที สัมประสิทธิ์ความเสียดทานระหว่างรถกับพื้นถนนคือ µ = 0.04 บทความนี้จะนำเสนอวิธีการคำนวณงานของแรงที่กระทำต่อรถในระยะทาง 144 เมตรแรก
วิเคราะห์แรงที่กระทำ
เมื่อรถบรรทุกเคลื่อนที่ มีแรงหลักสามแรงกระทำต่อรถ:
- แรงโน้มถ่วง (P): ทิศทางลงในแนวดิ่ง มีขนาด P = mg = 2500 กก. * 10 ม./วินาที² = 25000 นิวตัน
ภาพแสดงแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อรถบรรทุก - แรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N): ทิศทางขึ้นในแนวดิ่ง มีขนาดเท่ากับแรงโน้มถ่วง N = P = 25000 นิวตัน
ภาพแสดงแรงปฏิกิริยาตั้งฉากที่พื้นถนนกระทำต่อรถบรรทุก - แรงเสียดทาน (Fms): ทิศทางตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ มีขนาด Fms = µN = 0.04 * 25000 นิวตัน = 1000 นิวตัน
ภาพแสดงแรงเสียดทานที่พื้นถนนกระทำต่อรถบรรทุกในทิศทางตรงข้ามกับการเคลื่อนที่
คำนวณงานของแรงแต่ละแรง
- งานของแรงโน้มถ่วง: เนื่องจากแรงโน้มถ่วงตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ ดังนั้นงานของแรงโน้มถ่วงจึงเท่ากับ 0
ภาพแสดงเวกเตอร์แรงโน้มถ่วงตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของรถบรรทุก - งานของแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก: ในทำนองเดียวกันกับแรงโน้มถ่วง แรงปฏิกิริยาตั้งฉากก็ตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ ดังนั้นงานของแรงปฏิกิริยาตั้งฉากจึงเท่ากับ 0
ภาพแสดงเวกเตอร์แรงปฏิกิริยาตั้งฉากตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของรถบรรทุก - งานของแรงเสียดทาน: งานของแรงเสียดทานคืองานต้านทาน คำนวณได้ดังนี้: Ams = -Fms * s = -1000 นิวตัน * 144 เมตร = -144000 จูล
กราฟแสดงงานของแรงเสียดทานเป็นค่าลบเนื่องจากเป็นงานต้านทานการเคลื่อนที่
คำนวณงานของแรงดึง
เพื่อคำนวณงานของแรงดึง เราจำเป็นต้องใช้ทฤษฎีบทพลังงานจลน์:
ΔWđ = A
โดยที่:
- ΔWđ คือการเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์: ΔWđ = 1/2 * m * v² – 1/2 * m * v₀² = 1/2 * 2500 กก. * (12 ม./วินาที)² – 0 = 180000 จูล
สมการการเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ - A คือผลรวมของงานทั้งหมดของแรงที่กระทำต่อวัตถุ
เรามี: A = Ak + Ams (Ak คืองานของแรงดึง)
ดังนั้น: Ak = A – Ams = ΔWđ – Ams = 180000 จูล – (-144000 จูล) = 324000 จูล 
การคำนวณหางานของแรงดึงโดยใช้ทฤษฎีบทพลังงานจลน์
สรุป
งานของแรงที่กระทำต่อรถบรรทุกมวล 2.5 ตัน ในระยะทาง 144 เมตรแรก เป็นดังนี้:
- งานของแรงโน้มถ่วง: 0 จูล
- งานของแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก: 0 จูล
- งานของแรงเสียดทาน: -144000 จูล
- งานของแรงดึง: 324000 จูล
งานรวมของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อรถบรรทุกคือ 180000 จูล ซึ่งเท่ากับการเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ของรถ
