Isi Pengajaran Fizik Topik 1-7

7/30/2019 Isi Pengajaran Fizik Topik 1-7

1/47

SCE3105 Fizik dalam Konteks Hidupan Harian

1

TOPIK 1 FIZIK DAN PENGUKURAN DALAM KEHIDUPANHARIAN

Sinopsis

Sains fizik adalah berasaskan beberapa prinsip dan melibatkan perkembangankonsep. Aplikasi prinsip-prinsip dan konsep-konsep biasanya melibatkanmelibatkan satu atau lebih kuantiti-kuantiti fizik. Hampir seluruh duniamenggunakan sistem metrik dalam kehidupan harian. Satu adaptasi sistemmetrik digunakan oleh untuk kegunaan sains, perdagangan dan komunikasi.Sistem ini dikenali sebagai sistem SI (System International)

Hasil Pembelajaran1. Menukarkan kuantiti fizik dari satu unit ke unit yang lain

2. Menulis kuantiti fizik yang sangat besar atau sangat kecil ke dalam bentukpiawai

3. Menulis kuantiti fizik kepada angka bererti yang sesuai4. Menyatakan teknik-teknik pengukuran yang sesuai

Gambaran Keseluruhan

Rajah 1.1 Gambaran Keseluruhan Isi kandungan

Isi Kandungan

1.1 Pertukaran Unit

Seperti sistem nombor, sistem metrik adalah satu sistem perpuluhan. Imbuhandigunakan untuk menukar unit SI dalam kuasa sepuluh. Contohnya, satupersepuluh meter adalah satu desimeter, satu per seratus meter adalahsentimeter.

Fizik pengukuran

dalam kehidupan

harian

Pertukaran unit Bentuk piawaiKejituan dan

kepersisanAngka bererti

Teknik-teknik

pengukuran yang

baik


2/47


2

Unit metrik untuk semua kuantiti menggunakan imbuhan yang sama. Contohnya,satu per seribu gram adalah satu miligram, dan satu ribu gram adalah satukilogram. Oleh itu, untuk menggunakan unit-unit SI dengan berkesan, adalahpenting untuk mengetahui maksud imbuhan-imbuhan seperti yang ditunjukkandalam Jadual 1.1.

Jadual 1.1

Melayari Internet (1 jam)

Layari laman web berikut untuk mengumpul maklumat mengenai Unit SI dansejarah perkembangan Unit SI. Sediakan satu rumusan terhadap kefahamananda mengenai Unit SI dalam buku nota refleksi.http://www.bipm.org/en/si/ http://en.wikipedia.org/wiki/SI

Imbuhan Nilai Bentuk Piawai Simbol

Tera 1 000 000 000 000 1012 T

Giga 1 000 000 000 10 G

Mega 1 000 000 10

M

Kilo 1 000 10 k

Desi 0.1 10-

d

Senti 0.01 10-

cMili 0.001 10-3 m

Mikro 0.000 001 10-

Nano 0.000 000 001 10- n

Piko 0.000 000 000 001 10- p
http://www.bipm.org/en/si/http://www.bipm.org/en/si/http://en.wikipedia.org/wiki/SIhttp://en.wikipedia.org/wiki/SIhttp://en.wikipedia.org/wiki/SIhttp://www.bipm.org/en/si/


3/47


3

Contoh:

Apakah nilai yang sama dengan 500 milimeter dalam meter?

Jawapan:

Dari Jadual 1.1, kita lihat faktor pertukaran adalah

1 milimeter = 1 x 10-3 meter

Maka, 500mm adalah

(500 mm)mm

m

1

1013

= 500 x 10-3 m = 5 x 10-1 m.

Latihan

1. Tukarkan setiap pengukuran panjang yang diberi kepada nilai yang setaradalam meter. .

a. 1.1 cm b. 56.2 pm c. 2.1 km d. 0.123 Mm

2. Tukarkan setiap pengukuran jisim berikut kepada nilai setara dalam kilogram

a. 147 g b. 11 g c. 7.23 Mg d. 478 mg

1.2 Bentuk Piawai

Kajian dalam sains biasanya melibatkan kuantiti-kuantiti yang sangat besar atausangat kecil. Sebagai contoh, jisim bumi adalah lebih kurang

6 000 000 000 000 000 000 000 000 kilogramdan jisim elektron adalah

0.000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 911 kilogram

Kuantiti-kuantiti yang ditulis dalam bentuk ini mengambil ruang yang sangatbesar dan sukar digunakan untuk pengiraan. Oleh itu, untuk memudahkanpengiraan dilakukan dengan nombor-nombor sebegini, kita tulis dalam bentukyang lebih ringkas dengan menggantikan nombor perpuluhan dengan nomborkuasa asas sepuluh.

Bentuk piawai adalahM x 10n

dengan 1 M < 10 dan n adalah integer


4/47


4

Dengan itu, jisim bumi boleh di tulis sebagai 6.0 x 1024 kg dan jisim elektronsebagai 9.11 x 10

-31kg. Magnitud sesuatu kuantiti fizik biasanya dibundarkan

kapada tiga atau empat angka bererti.

1.3 Angka Bererti

Oleh kerana kepekaan alat-alat pengukur adalah terhad, bilangan angka yangsah bagi mana-mana pengukuran adalah terhad. Angka yang sah ini di panggilangka bererti.

Bilangan angka bererti dalam satu pengukuran boleh ditentukan dengan merujukkepada pernyataan-pernyataan di bawah:

1. Angka bukan kosong adalah sentiasa bererti.2. Semua kosong terakhir selepas titik perpuluhan adalah bererti.

3. Kosong di antara dua angka bererti adalah sentiasa bererti.4. Kosong yang digunakan semata-mata untuk memberi ruang kepada titikperpuluhan adalah tidak bererti.

Berfikir (1 jam)

1.4 Kejituan dan kepersisan

Kepersisan adalah darjah kebolehan pengukuran untuk menghasilkan bacaanyang konsisten dengan sisihan relatif yang kecil. Sebagai contoh, jika seorangpelajar menjalankan eksperimen untuk mengukur halaju cahaya, dia akanmengulanginya beberapa kali. Beberapa cubaan dilakukan dan menghasilkan

nilai-nilai antara 3.000 x 108

m/s kepada 3.002 x 108

m/s di mana nilai puratanyaadalah 3.001 x 108

m/s dan sisihan min adalah 0.001 x 108

m/s. Sisihan relatifdikira menggunakan rumus berikut:-

Sisihan relatif = sisihan min x 100%Nilai purata

Dia mendapati nilai sisihan relatif adalah 0.033%. Dia membuat kesimpulanbahawa halaju cahaya adalah 3.001 x 108 m/s. Daripada pengukuran pelajar ini,halaju cahaya adalah dalam julat antara 3.000 x 108 m/s dan 3.002 x 108 m/s.

Bagaimanakah kamu melakukan hasil tambah, hasil tolak dan hasil

darab terhadap nombor-nombor angka bererti? Rujuk kaedah

matematik untuk melakukan operasi ini.


5/47


5

Oleh yang demikian, kepersisan pengukuran adalah tinggi kerana nilai sisihanrelatif adalah kecil. Kepersisan alat pengukur adalah terhad kepada bacaanterkecil pada alat pengukur.

Kejituan adalah sejauh manakah nilai yang diukur hampir kepada nilai sebenar.

Dalam eksperimen mengukur halaju cahaya, kejituan adalah perbezaan antaranilai-nilai yang diukur oleh pelajar yang mempunyai kepersisan yang sama.Sebagai contoh, ukuran pelajar adalah 2.998 x 108 m/s dibandingkan dengannilai sebenar iaitu 3.002 x 10

8m/s. Oleh itu, kejituan pengukuran adalah 0.004 x

108 m/s.

Oleh itu, kejituan satu alat pengukur bergantung kepada betapa hampir nilaiyang diukurnya dengan nilai sebenar.

Rajah 1.2 Alat-alat untuk mengukur panjang

1.5 Teknik-teknik pengukuran yang baik

Dalam kajian fizik secara eksperimen, pengukuran yang jitu dan persis harusdiberi keutamaan. Pertimbangan-pertimbangan berikut harus dititik beratkan:

1. Pemilihan alat pengukuran yang sesuai untuk satu pengukuran(a) Ralat 0.1 cm dalam pengukuran 100.0 cm adalah kurang serius

berbanding dengan 0.1 cm dalam 10.0 cm.(b) Pengukuran kuantiti besar seperti panjang dawai tidak memerlukan alat

yang peka manakala pengukuran kuantiti yang kecil seperti diameterdawai memerlukan alat yang peka.

2. Pengukuran alat pengukuran yang tepat(a) Sentiasa mematuhi arahan penggendalian alat.(b) Sikap cermat dan berhati-hati ketika membuat pengukuran.

(c) Mengenalpasti pelbagai jenis ralat yang mungkin timbul.


6/47


6

Perbincangan ( 1 jam)

Bincangkan alat-alat pengukur yang sesuai bagi mengukur kuantiti-kuantiti

fizik berikut; panjang tali, ketebalan satu keping kertas, ketebalan cermintingkap, ketebalan sebuah buku dan lebar meja

Rujukan

http://www.bipm.org/en/si/ http://en.wikipedia.org/wiki/SI (Sistem International)
http://www.bipm.org/en/si/http://www.bipm.org/en/si/http://en.wikipedia.org/wiki/SIhttp://en.wikipedia.org/wiki/SIhttp://en.wikipedia.org/wiki/SIhttp://www.bipm.org/en/si/


7/47


7

TOPIK 2 GERAKAN DALAM ARAH MANA?

Sinopsis

Dalam kehidupan harian, pergerakan objek diwakilkan dengan perkataan sepertijarak dan laju. Dalam fizik, kita menggunakan perkataan seperti sesaran, halajudan pecutan untuk mewakili pergerakan. Perbezaan antara jarak dan sesaranadalah dari segi kuantitinya. Jarak adalah kuantiti skalar kerana ia mempunyaimagnitud sahaja manakala sesaran pula adalah kuantiti vektor kerana iamempunyai magnitud dan arah.

Hasil Pembelajaran

1. Menyatakan cara mewakilkan kuantiti vektor2. Melakukan hasil tambah dan hasil tolak vektor menggunakan kaedah grafik3. Menyatakan halaju relatif4. Menyatakan komponen-komponen vektor5. Melakukan hasil tambah vektor secara algebra


Rajah 2.1 Gambaran keseluruhan isi kandungan

Gerakan

Kuantiti vektor

Hasil tambah dan

hasil tolak vektor

Grafik

Algebra

Komponen vektor

Kuantiti skalar

Halaju relatif


8/47


8

Isi kandungan

2.1 Mewakilkan kuantiti vektor

Satu kuantiti vektor diwakili oleh satu garis yang mempunyai anak panah

dihujungnya. Panjang garis dilukis mengikut skala untuk mewakili magnitud

kuantiti tersebut. Arah anak panah menunjukkan arah kuantiti tersebut. Selain

mewakilkan vektor secara grafik, kita juga boleh mencari hasil tambah dua vektor

secara algebra. Vektor diwakilkan dengan huruf-hurufA, B dan sebagainya.

2.2 Hasil tambah vektor

Hasil tambah vektor dalam satu dimensi

Rajah 2.2

Jika seorang kanak-kanak bergerak 200 m ke

timur, dan seterusnya 400 m ke timur, jumlahsesarannya dicari dengan menambahkan duavektor tersebut.

A dan B dilukis mengikut skala sepertiditunjukkan dalam Rajah 13.2(a). Oleh itumagnitud paduan daya, R = A + B atau,R = 200m + 400m =600 m, dan arah paduandaya adalah ke timur.Oleh itu paduan daya, A dan B adalah 600m ketimur.

Perhatikan rajah (b) dan (c). Fikirkan bagaimanakamu boleh memperoleh paduan daya secaragrafik bagi rajah-rajah tersebut.


9/47


9

Hasil tambah vektor dalam dua dimensi

Skala: 1 cm mewakili 20N

Rajah 2.3

Apakah magnitud vektor paduan, R?

Rujukan

http://phet.colorado.edu/sims/vector-addition/vector-addition_en.html

2.3 Hasil tolak vektor dalam satu dimensi

Untuk mencari hasil tolak dua vektor, kamu hanya perlu mencari hasil tambahdua vektor yang bertentangan arah (Rajah 2.2c). A + (-B) = R

2.4 Halaju relatif : beberapa aplikasi

Kadang kala objek bergerak dalam medium yang bergerak relatif kepadapemerhati. Satu kapal terbang yang bergerak pada satu arah akan mengalamiperubahan arah dan halaju.

Halaju kapal terbang + halaju angin = Halaju paduanHalaju relatif = 100 km/j + 25 km/j = 125 km/j

Apakah halaja relatif kapal terbang ini pada arah-arah angin di bawah?25 km/j ke arah utara? 25 km/j ke arah barat ?

Langkah 1: Lukissegiempat selari

Langkah 2 : Lukis vektorpaduan

A

B
http://phet.colorado.edu/sims/vector-addition/vector-addition_en.htmlhttp://phet.colorado.edu/sims/vector-addition/vector-addition_en.htmlhttp://phet.colorado.edu/sims/vector-addition/vector-addition_en.htmlhttp://phet.colorado.edu/sims/vector-addition/vector-addition_en.htmlhttp://phet.colorado.edu/sims/vector-addition/vector-addition_en.html


10/47


10

Bacaan

2.5 Komponen-komponen vektor

Komponen vektor bermaksud bahagian-bahagian dalam vektor. Dalamkebanyakan situasi, komponen vektor yang penting adalah komponen-x dankomponen-y.

Rajah 2.3

Warna merah pada Rajah 2.3 menunjukkan komponen-x vektor F, dan warnahitam menunjukkan komponen-y bagi vektor F.

2.6 Melakukan hasil tambah vektor secara algebra

Hasil tambah dua vektor boleh dilakukan dengan menggunakan trigonometri,yang mengaitkan sudut dalam segi tiga dengan sisi-sisi segi tiga.

Dua kaedah matematik yang digunakan adalah:

35

F = 316N

Sila rujuk lama web berikut untuk melihat beberapa aplikasi vektoruntuk mencari halaju relatifhttp://physics.bu.edu/~duffy/java/RelV2.html
http://physics.bu.edu/~duffy/java/RelV2.htmlhttp://physics.bu.edu/~duffy/java/RelV2.htmlhttp://physics.bu.edu/~duffy/java/RelV2.htmlhttp://physics.bu.edu/~duffy/java/RelV2.html


11/47


11

Contoh:

Cari hasil tambah vektor bagi dua vektor di bawah

Jawapan:

Langkah 1 : Melengkapkan segi tiga bersudut tepat

Langkah 2: Menggunakan teorem Pythagoras untuk mencari magnitud vektorpaduan.

Langkah 3: Menggunakan trigometri untuk mencari sudut arah vektor paduan,


12/47


12

Rujukan:

http://physicslearningsite.com/vectors.html

(hasil tambah dan hasil tolak vektor)http://id.mind.net/~zona/mstm/physics/mechanics/vectors/findingComponents/findingComponents.htm(komponen vektor)http://www.glenbrook.k12.il.us/gbssci/Phys/Class/vectors/u3l1f.html http://physics.bu.edu/~duffy/java/RelV2.html (halaju relatif)
http://physicslearningsite.com/vectors.htmlhttp://physicslearningsite.com/vectors.htmlhttp://id.mind.net/~zona/mstm/physics/mechanics/vectors/findingComponents/findingComponents.htmhttp://id.mind.net/~zona/mstm/physics/mechanics/vectors/findingComponents/findingComponents.htmhttp://id.mind.net/~zona/mstm/physics/mechanics/vectors/findingComponents/findingComponents.htmhttp://www.glenbrook.k12.il.us/gbssci/Phys/Class/vectors/u3l1f.htmlhttp://www.glenbrook.k12.il.us/gbssci/Phys/Class/vectors/u3l1f.htmlhttp://physics.bu.edu/~duffy/java/RelV2.htmlhttp://physics.bu.edu/~duffy/java/RelV2.htmlhttp://physics.bu.edu/~duffy/java/RelV2.htmlhttp://www.glenbrook.k12.il.us/gbssci/Phys/Class/vectors/u3l1f.htmlhttp://id.mind.net/~zona/mstm/physics/mechanics/vectors/findingComponents/findingComponents.htmhttp://id.mind.net/~zona/mstm/physics/mechanics/vectors/findingComponents/findingComponents.htmhttp://physicslearningsite.com/vectors.html


13/47


13

TOPIK3 GERAKAN DALAM SATU DIMENSI

Sinopsis

Gerakan objek akan menyebabkan perubahan kedudukan mereka. Peruabahankedudukan adalah disebabkan daya yang dikenakan ke atas objek. Gerakanbiasanya dinyatakan dalam sebutan halaju, pecutan, sesaran dan masa. Halajuobjek tidak berubah kecuali jika terdapat daya bertindak keatasnya. Terdapatpelbagai jenis daya yang bertindak ke atas satu jasad bergerak, samadamemecut, menyahpecut atau kekal pegun. Dalam bahagian ini, anda akan

mempelajari jenis-jenis daya yang bertindak dalam ke atas suatu objek danmelukis daya-daya tersebut dalam satu rajah jasad bebas.

Hasil Pembelajaran

1. Menerangkan daya-daya berikut; geseran, normal, tegangan, julangan danberat dan membincangkan tindakan daya-daya dalam konteks yangberlainan

2. Membina rajah jasad bebas dalam pelbagai konteks; halaju seragam,memecut, jatuh bebas dan sebagainya


14/47


14


Rajah 3.1 Gambaran Keseluruhan Isi Kandungan

Isi kandungan

3.1 Jenis-jenis Daya

Daya adalah tolakan atau tarikan ke atas suatu objek yang mengakibatkaninteraksi objek ini dengan objek yang satu lagi. Bila interaksi ini berkurangan,objek ini tidak lagi merasai daya. Daya hanya wujud hasil daripada interaksi.

Daya diukur dalam unit SI Newton. Satu Newton adalah bersamaan dengan1kgms-2. Daya adalah satu kuantiti vektor. Ia mempunyai kedua-dua magnituddan arah.

Beberapa daya antara objek yang akan dibincangkan adalah:

Jenis-jenis daya

Daya geseran

Daya graviti (berat)

Daya normal

Daya tegangan

Daya Julangan

Gerakan dalam

satu dimensi

Kinematik

Pemerihalan

gerakan

Perkataan

Graf

Rajah

Rumus

Dinamik

Daya

Daya sentuhan

Daya geseran

Daya tegangan

Daya normal

Daya julangan

Daya tindakan

dari jaraktertentu

Daya graviti


15/47


15

Daya geseran

Daya geseran adalah daya yang dikenakan oleh satu permukaan apabila satucuba bergerak melaluinya. Ia biasanya bertindak pada arah yang bertentangan

dengan arah gerakan. Terdapat dua jenis daya geseran iaitu daya geseran statikdan daya geseran menggelongsor.

Geseran dihasilkan oleh dua permukaan ditekankan bersama, menyebabkandaya tarikan molekul antara molekul dari permukaan berbeza. Geseranbergantung kepada jenis permukaan dan sekuat mana bahan ditekan. Geseranmaksimum boleh dikira menggunakan rumus berikut:

Daya graviti

Graviti adalah satu daya yang menarik objek-objek ke bawah ke arah bumi.Objek yang jatuh ke bumi tanpa pengaruh daya-daya luar (seperti rintanganudara) dikatakan sebagai jatuh bebas. Objek yang jatuh bebas akan mengalamipecutan yang dikenali sebagai pecutan graviti.

Berat adalah daya tarikan bumi terhadap objek itu. Jika jisim objek adalah m,pecutan graviti adalah g, maka Berat = mg.

Daya normal

Daya normal adalah daya sokongan pada objek apabila ia bersentuh dangansatu permukaan. Sebagai contoh, jika satu buku terletak di atas meja,permukaan mengenakan satu daya ke atas untuk menyokong berat buku itu(Rajah 3.2a). Ia juga boleh wujud secara mengufuk antara dua objek yangbersentuh. Misalnya, seorang yang bersandar pada suatu dinding akanmengenakan satu daya ufuk ke atas dinding. Maka dinding akan mengenakansatu daya normal ufuk ke atasnya (Rajah 3.2b).

(a) (b)

Fgeseran x Fnormaldi mana = koefisien geseran


16/47


16

Rajah 3.2

Daya tegangan

Daya tegangan adalah daya yang dipindahkan melalui tali, benang, kabel atauwayar yang ditarik dengan tegang pada daya yang dikenakan pada kedua-duahujungnya.

Daya Julangan

Daya julangan adalah daya yang menolak objek ke atas dan menyebabkan iakelihatan kehilangan berat dalam bendalir (cecair atau gas). Ia juga bolehmenyebabkan kapal terbang bergerak melalui udara.

3.2 Membina rajah jasad bebas yang melibatkan daya-daya diatas dalampelbagai konteks

Rajah jasad bebas adalah rajah-rajah yang digunakan untuk menunjukkanmagnitud relatif dan arah semua daya-daya yang bertindak ke atas suatu objekdalam suatu situasi.

Rajah harus mengandungi komponen-komponen berikut:

(1) Anak panah: saiz anak panah mewakili magnitud daya arah anakpanah mewakili arah daya

(2) Label daya yang bertindak: daya dilabel untuk mewakili jenis daya

Contoh Ffric = daya geseranFgrav = daya gravitiFnorm = daya normalFtens = daya tegangan

(3) Objek diwakili dengan titik atau kotak, dan daya-daya dilukis daripadapusat titik atau kotak itu

Contoh:

Fnorm : daya normalFap : daya aplikasiFfric atau Fgeseran : daya geseranFgrav : daya graviti


17/47


17

Contoh-contoh:

Sebuah buku berada di atas permukaan

meja

Seorang budak perempuan duduk diatas buaian

Sabuah buku ditolak ke kanan di atasmeja supaya ia bergerak denganpecutan

Sebuah kereta yang bergerak kekananatas permukaan jalan yang kasarsedang dinyahpecut

LatihanLukis rajah jasad bebas bagi situasi-situasi di bawah:(a) Seorang budak sedang duduk di atas kerusi(b) Sebiji telur sedang jatuh ke lantai(c) Sebuah baldi berisi penuh dengan air ditarik keluar daripada perigi(d) Sebuah budak mengayuh basikal dengan laju yang bertambah


18/47


18

3.4 Rujukan

http://www.physicsclassroom.com/Class/1DKin/

http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/Class/newtlaws/u2l2a.htmlhttp://www.zephyrus.co.uk/forcetypes.html

Bacaan

Sila rujuk lama web berikut untuk melihat beberapa jenis daya dan

aplikasinya di

http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/Class/newtlaws/u2l2a.html http://www.zephyrus.co.uk/forcetypes.html
http://www.physicsclassroom.com/Class/1DKin/http://www.physicsclassroom.com/Class/1DKin/http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/Class/newtlaws/u2l2a.htmlhttp://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/Class/newtlaws/u2l2a.htmlhttp://www.zephyrus.co.uk/forcetypes.htmlhttp://www.zephyrus.co.uk/forcetypes.htmlhttp://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/Class/newtlaws/u2l2a.htmlhttp://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/Class/newtlaws/u2l2a.htmlhttp://www.zephyrus.co.uk/forcetypes.htmlhttp://www.zephyrus.co.uk/forcetypes.htmlhttp://www.zephyrus.co.uk/forcetypes.htmlhttp://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/Class/newtlaws/u2l2a.htmlhttp://www.zephyrus.co.uk/forcetypes.htmlhttp://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/Class/newtlaws/u2l2a.htmlhttp://www.physicsclassroom.com/Class/1DKin/


19/47


19

TOPIK 4 GERAKAN DALAM DUA DIMENSI

Sinopsis

Gerakan adalah sesuatu yang biasa anda perhatikan dalam kehidupan seharian.Ia dihasilkan apabila daya dikenakan kepada suatu objek. Biasanya daya dalamsuatu hala tertentu misalnya ufuk akan menghasilkan suatu gerakan dalam arahufuk juga. Ia dinamakan sebagai gerakan dalam satu dimensi. Jika satu lagi dayayang sama tetapi bertentangan arah dengan daya ufuk tadi dikenakan padaobjek, dua daya itu dikatakan dalam keadaan seimbang. Dengan itu tiadagerakan akan dihasilkan. Daya dalam dua arah berlainan dan tidak seimbang

menghasilkan gerakan dalam dua dimensi. Suatu objek yang terletak pada suatusatah condong akan mengalami beberapa daya yang berlainan untukmenghasilkan gerakan dua dimensi. Dalam topik ini, anda akan didedahkankepada konsep keseimbangan antara daya bagi daya dalam dua dimensi danaplikasinya dalam satah condong serta gerakan projektil.

Hasil Pembelajaran

1. Menyatakan syarat untuk keseimbangan untuk objek dikenakan daya-daya2. Mengenalpasti daya yang dapat mewujudkan keseimbangan dalam situasi

yang melibatkan tiga daya

3. Menghurai gerakan objek pada suatu satah condong.4. Menghurai gerakan projektil.


Gerakan dalam Dua

Dimensi

Keadaan

Keseimbangan

antara daya-daya

Daya Pengimbang Gerakan pada suatu

satah condongGerakan projektil


20/47


20

Rajah 4.1 Gambaran keseluruhan Isi Kandungan

Isi kandungan

4.1 Keadaan Keseimbangan dan Daya Pengimbang

Suatu objek adalah dalam keadaan keseimbangan apabila daya bersih yangbertindak ke atasnya adalah sifar. Dalam keadaan seimbang, objek akanmenjadi pegun atau bergerak dengan halaju seragam. Keadaan keseimbangan

juga akan berlaku apabila daya paduan untuk tiga atau lebih daya yang bertindakke atas suatu objek adalah sifar.

Rajah 4.1(a) menunjukkan tiga daya yang bertindak ke atas suatu objekberbentuk titik. Apakah paduan daya A, B dan C yang bertindak pada objektersebut?

Rajah 4.1(b) menunjukkan hasil tambah tiga daya A, B dan C. Perhatikanbahawa ketiga-tiga daya itu membentuk satu segitiga tertutup. Ini bermaknatiada daya bersih ke atas objek tersebut, jadi hasil tambah ketiga-tiga daya ituadalah sifar. Objek itu adalah dalam keadaan keseimbangan.

(a) (b)

Rajah 4.2 Objek adalah dalam keadaan seimbang jika kesemua daya yangbertindak ke atasnya mempunyai paduan atau hasil tambah sama dengan

sifar.(Punca: Physics: Principles and Problem)


21/47


21

Katakan terdapat dua daya, L dan M(Rajah 4.3(a)) bertindak ke atas sesuatuobjek dan hasil tambah dua daya bukan sifar. Bagaimanakah anda mencari satudaya apabila ditambah kepada dua daya tersebut supaya menghasilkan suatu

daya paduan yang sifar? Daya tersebut dikenali sebagai daya pengimbang(equilibrant).

Untuk mencari daya keseimbangan, anda perlu mencari hasil tambah dua daya Ldan M dahulu. Hasil tambah dua daya atau paduan dua daya, R,(Rajah 4.3(b))adalah satu daya yang mempunyai kesan serupa dengan gabungan dua daya Ldan M. Daya pengimbang adalah daya yang mempunyai magnitud yang samatetapi dengan arah bertentangan dengan R.(Rajah 4.3 (c)

(a) (b)

(c)

Rajah 4.3 Daya pengimbang mempunyai magnitud yang sama dengan dayapaduan tetapi bertindak pada arah yang bertentangan.

Latihan

Layari internet untuk mencuba soalan berkaitan dengan dayaKeseimbangan. Berikut adalah suatu sumber web yang anda bolehmembuat latihan secara interaktif dalam topik daya keseimbanganhttp://glencoe.mcgraw-hill.com/sites/0078807220/student_view0/chapter5/interactive_tutor.html


22/47


22

4.2 Gerakan Pada Suatu Satah Condong

Semua objek pada permukaan bumi mengalami satu daya tarikan graviti yang

menghala ke pusat bumi. Bagi suatu objek yang berada pada lereng bukit,apakah daya-daya lain yang bertindak ke atasnya selain daya graviti, W? Rajah4.4 menunjukkan daya yang bertindak ke atas objek itu.

Rajah 4.4 Tindakan daya

Dalam Rajah 4.4, N adalah daya normal yang bertindak secara serenjangkepada satah lereng bukit dan F adalah daya geseran yang bertindak secaraselari dengan satah lereng bukit. Arah tindakan daya geseran F adalahberlawanan dengan arah gerakan objek. Apabila objek itu adalah dalam keadaanpegun, daya-daya yang bertindak pada objek itu adalah seperti ditunjukkandalam Rajah 4.5.

Rajah 4.5

Untuk memudahkan kajian gerakan objek pada satah condong, satu sistemkoordinat yang bersesuaian untuk arah gerakan digunakan. Komponen dayapaksi-x selari dengan satah lereng bukit dan komponen daya pada paksi-yadalah serenjang dengan satah lereng.


23/47


23

Dalam sistem koordinat ini, daya normal dan daya geseran tidak perlu ditukarmanakala daya tarikan graviti perlu dileraikan kepada dua komponen daya, satumengikut paksi-x dan satu lagi mengikut paksi-y.

Rajah 4.6

4.3 Gerakan Projektil

Dalam 2-D, objek bergerak dalam kedua-dua arah x dan y. (Pertimbangkangerakan x dan y sebagai dua kes yang berlainan i.e. pertimbangkan hanya satuarah pada satu masa).

Contoh yang paling biasa objek yang bergerak dalam 2 dimensi adalah projektil.

Rajah 4.7

Sebarang objek yang dibaling mengunjur (projected) di udara dinamakanprojektil. Lauan parabolik projektil dinamakan trajektori.


24/47


24

Contoh contoh projektil (Rajah 4.8) Suatu objek dijatuhkan dari keadaan rehat.

Objek yang dibaling ke atas. Objek yang dibaling ke atas pada sudut dengan ufuk.

Rajah 4.8

Dalam gerakan projektil, hanya daya graviti sahaja yang bertindak. Gravitibertindak untuk mempengaruhi gerakan menegak projektil, maka menyebabkanpecutan menegak.

Gerakan mengufuk projektil adalah hasil kecenderungan objek yang bergerakuntuk mengekalkan gerakan pada halaju tetap. Disebabkan ketiadaan daya padaarah mengufuk, projektil mengekalkan gerakan dengan halaju mengufuk yangtetap. Daya mengufuk TIDAK DIPERLUKAN untuk mengekalkan projektilbergerak mengufuk. Hanya satu daya sahaja yang bertindak ke atas projektiliaitu GRAVITI.


25/47


25

Langkah-langkah menyelesaikan masalah gerakan projektil

1. Pisahkan gerakan kepada bahagian x (mengufuk) dan bahagian y(menegak).2. Pertimbang setiap bahagian berasingan menggunakan persamaan yang

sesuai.

Persamaan gerakan menjadi,

(a) Gerakan x(ax=0):vx = vxo = constant x= vx0t

(b) Gerakan y( ay = - g):vy = vyo - gty= vyot- 1/2at

2 vy

2= vy0

2- 2gy.

Contoh soalan

1. Sebuah kapalterbang menjatuhkan bungkusan makanan kepadasekumpulan peneroka yang terkandas. Kapalterbang bergerak mengufuk

40.0 m/s pada 100m dari tanah.

Caria) Dimanakah bungkusan makanan mula menyentuh tanah relatif kepada

tempat mula ia dijatuhkan.b) Halaju bungkusan makanan sebelum ia menyentuh tanah.


26/47


26

Penyelesaian 1(a).

Langkah 1:

Pisah dan jadualkan gerakan dalam komponen x dan y.

Gerakan-x Gerakany

x=? y= - 100 m

v0x = 40 m/s v0y = 0

ax = 0 ay = - 9.8 m/s

Langkah 2:

Mula2 cari masa di udara daripada gerakan y .

y = voy

t+ ayt

- 100 = (- 9.8)t

t = 4.5 s.

Langkah 3:

Kemudian, cari x daripada:

x = vx0t+ axt

x = 40(4.5) + 0

= 180 m.

Penyelesaian 1(b):Cari vy daripada,

vy

= vy0

+ at

= 0 - 9.8(4.5) = - 44.1 m/s.


27/47


27

Tanda negatif menunjukkan bungkusan makanan jatuh ke bawah. Oleh keranaax = 0 , maka vx = v0x = 40 m/s . Kita boleh gabung dua komponen halaju untukmencari,

v =

= 59.5 m/s

Fikir

Layari laman web berikut yang menunjukkan satu animasiyang berkaitan dengan daya yang bertindak ke atas seorangpemain skihttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%205/Motion%20Along%20an%20Inclined%20Plane.swfCuba kaji dengan teliti tayangan berkenaan dan bina sebuahgambarajah untuk menyatakan daya yang bertindak padaseorang yang sedang bergerak turun suatu satah condongseperti dalam pemainan gelongsor.

4.4 Rujukan

http://glencoe.mcgraw-hill.com/sites/0078807220/student_view0/chapter5/ (daya dalam dua dimensi)

Zitzewitz,P.W.(2002) Physics: Principles and Problems. Ohio:Glencoe/McGraw-Hill.

40

40

1.44tan 1
http://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%205/Motion%20Along%20an%20Inclined%20Plane.swfhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%205/Motion%20Along%20an%20Inclined%20Plane.swfhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%205/Motion%20Along%20an%20Inclined%20Plane.swfhttp://glencoe.mcgraw-hill.com/sites/0078807220/student_view0/chapter5/http://glencoe.mcgraw-hill.com/sites/0078807220/student_view0/chapter5/http://glencoe.mcgraw-hill.com/sites/0078807220/student_view0/chapter5/http://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%205/Motion%20Along%20an%20Inclined%20Plane.swfhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%205/Motion%20Along%20an%20Inclined%20Plane.swf


28/47


28

TOPIK 5 APLIKASI HUKUM-HUKUM NEWTON DALAM

KEHIDUPAN HARIAN

Sinopsis

Daya merupakan sesuatu yang kerap digunakan dalam kehidupan andaseharian. Daya-daya boleh diklasifikasi kepada daya sentuhan dan daya yangbertindak dari jarak jauh tanpa sentuhan. Daya memainkan peranan yang utamadalam perkembangan manusia sejak purba kala dan alhi sains yang terkenalsekali, Isaac Newton telah membentukkan tiga Hukum tentang daya. Dalam topikini, anda akan didedahkan kepada Hukum-hukum gerakan Newton dan

aplikasinya untuk membantu anda memahami banyak peritiwa melibatkanpenggunaan daya dalam kehidupan seharian.

Hasil Pembelajaran

1. Menakrifkan daya serta membeza antara daya sentuhan dan daya tanpasentuhan

2. Menerang makna Hukum gerakan Newton yang pertama.3. Mengenali keistimewaan Hukum gerakan Newton yang kedua4. Menyelesaikan masalah dengan kegunaan Hukum gerakan Newton yang

kedua



APLIKASIHUKUM-HUKUM

NEWTON

Jenis DayaHukum-hukum

NewtonAplikasi Hukum-

hukum Newton


29/47


29

Isi Kandungan

5.1 Jenis Daya

Daya boleh diklasifikasikan kepada 2 jenis iaitu daya bersentuhan dan dayabertindak secara jauh.Daya bersentuhan bertindak dalam situasi dimana satu sentuhan berlaku antaraobjek dengan daya itu seperti daya geseran yang bertindak apabila duapermukaan bersentuhan.Daya secara jauh bertindak tanpa sentuhan antara daya dengan objekberkenaan seperti daya magnet dan graviti.

Hukum gerakan Newton pertama

Suatu objek yang berada dalam keadaan pegun atau bergerak dengan lajuseragam akan terus kekal dalam keadaan yang sama sekiranya tiada daya luarbertindak ke atas objek itu. Hukum ini juga dikenali sebagai Hukum inersia.

Inersia adalah kecenderungan suatu objek untuk menentang sebarangperubahan dalam keadaannya.

(i) (ii)Rajah 5.2

Rajah 5.2(i) menunjukkan seorang pemandu yang tidak memakai tali pinggangkeledar. Apabila kereta dibrek, pemandu itu tercampak keluar daripada kereta.Hal ini demikian kerana inersia badan beliau cuba mengekalkan keadaan

Pemandu tercampak keluarkereta apabila kereta di brek.

Duit syiling jatuh ke dalamgelas apabila kadbod


30/47


30

asalnya yang bergerak Walaupun kereta telah berhenti, badannya masihbergerak kehadapan dan menyebabkannya tercampak keluar kereta.

Rajah 5.2(ii) menunjukkan suatu duit syiling diletakkan di atas sekeping kadbodyang berada pada permukaan gelas. Apabila kadbod disentap, duit syiling itu

tidak akan bergerak bersama-sama dengan kadbod, tetapi jatuh ke dalam gelas.Ini kerana inersia duit syiling cuba mengekalkan kedaaan asal yang pegun, laluia jatuh ke bawah kerana tarikan graviti.

Kedua-dua contoh di atas menunjukkan aplikasi-aplikasi hukum Newton pertamadi mana objek yang bergerak atau pegun akan mengekalkan keadaan asalnyayang bergerak atau pegun selagi tiada daya luar bertindak ke atasnya

Hukum gerakan Newton kedua

Hukum gerakan Newton kedua menyatakan bahawa kadar perubahanmomentum adalah berkadar terus dengan daya paduan yang bertindak ke atasobjek itu. Perubahan momentum adalah dalam arah yang sama dengan arahtindakan daya paduan itu.

Persamaan yang dihasilkan dari hukum gerakan Newton kedua adalahDaya paduan (F) = Jisim x Pecutan (m x a)

atau

F = ma

Contoh:

Lebih mudah menarik batu yang kecil daripada batu yang besar denganmenggunakan daya yang sama.

Rajah 5.3

Persamaan ini menunjukkan:(i) Apabila jisim, m sesuatu objek besar , daya yang lebih besar diperlukan

untuk menggerakkan atau memberhentikan objek tersebut.


31/47


31

(ii) Apabila jisim objek bertambah pada daya yang sama, pecutannya berkurang

Hukum gerakan Newton ketiga

Hukum ini menyatakan bahawa untuk setiap daya tindakan terdapat satu dayatindakbalas yang bermagnitud sama tetapi bertindak pada arah yangbertentangan.

Contoh:

Tindakan belon adalah naik ke atasapabila udara di dalamnya dilepaskan.Udara akan mengenakan daya tindakan

ke arah bawah. Tindak balas adalahgerakan belon ke atas.

Apabila dua pelajar berada di atas kasutroda dan megenakan daya tolakanantara satu sama lain (tindakan), kakimereka akan bergerak pada arahbertentangan (tindakbalas). Hal inidemikian kerana daya tindakan yang

sama magnitudnya terhasil pada arahyang bertentangan akibat daya tolakanitu.

Bila anda berjalan di atas rumput, andamengenakan daya kepada kasut ke arahke belakang kepada rumput. Rumputmengenakan daya tindakan kepadaanda ke hadapan. Daya-daya tindakandan tindak balas adalah akibat dayageseran antara tapak kasut dengan

rumput . Menurut hukum Newton ketiga,rumput menolak ke hadapan kepadatapak kasut untuk membenarkan andabergerak ke hadapan.


32/47


32

5.2 Aplikasi Hukum-hukum Newton

Contoh

1. Seekor gajah Afrika boleh mencapai ketinggian sehingga 4 meter dan jisimsehingga 6000kg. Kirakan berat gajah Afrika pada ketinggian dan jisimtersebut.

Dari Hukum Newton kedua, F = maBerat = mg = 6000 kg x 10 ms

-2= 60 000N

2. (a) Tentukan daya bersih yang diperlukan untuk memecutkan satu keretaberjisim 540 kg dari 0 ke 27 m/s dalam masa 10.0 saat.

(b) Tentukan daya bersih yang diperlukan untuk memecutkan satu keretaberjisim 2160 kg dari 0 ke 27 m/s dalam masa 10.0 saat.

(a) F = ma = 540kg x 2.7m/s = 1458 N

(b) F = ma = 2160kg x 2.7m/s = 5832 N

5.3 Soalan Latihan

Ana dan Sara mengeksperimen kesan jisim dan daya bersih ke atas pecutansatu troli. Mereka menentukan daya bersih yang diperlukan untuk memecutkantroli berjsim M adalah 48 cm/s

2. Tentukan pecutan troli dengan jisim dan daya

berikut.

a. jisim M dikenakan daya bersih 2F?

b. jisim 2M dikenakan daya bersih F?c. jisim 2M dikenakan daya bersih 2F?d. jisim 4M dikenakan daya bersih 2F?e. jisim 2M dikenakan daya bersih 4F?

Jawapan: a. 96 cm/s2

b. 24 cm/s2

c. 48 cm/s2

d. 24 cm/s2

e. 96 cm/s2

2/7.210

027sm

t

uva


33/47


33

Fikir

Layari laman web berikut yang menunjukkan satu animasiberkaitan dengan berat ketara seorang menaiki lifhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%204/Apparent%20Weight.swfCuba kaji dengan teliti tayangan berkenaan dan buat notauntuk mengaitkan Hukum Gerakan Newton dengan konsepberat ketara..

5.4 Rujukan:

Zitzewitz,P.W.(2002) Physics: Principles and Problems. Ohio: Glencoe/McGraw-Hill. (Chapter 6 Forces)

http://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%204/Apparent%20Weight.swf(Konsep berat ketara concept of apparent weight)

http://www.physicsclassroom.com/Class/newtlaws/index.cfm

(Hukum-hukum Gerakan Newtonnota dan tutorial)
http://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%204/Apparent%20Weight.swfhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%204/Apparent%20Weight.swfhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%204/Apparent%20Weight.swfhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%204/Apparent%20Weight.swfhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%204/Apparent%20Weight.swfhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%204/Apparent%20Weight.swfhttp://www.physicsclassroom.com/Class/newtlaws/index.cfmhttp://www.physicsclassroom.com/Class/newtlaws/index.cfmhttp://www.physicsclassroom.com/Class/newtlaws/index.cfmhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%204/Apparent%20Weight.swfhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%204/Apparent%20Weight.swfhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%204/Apparent%20Weight.swfhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%204/Apparent%20Weight.swf


34/47


34

TOPIK 6 Kerja Dan Mesin Ringkas

Sinopsis

Topik ini bertumpu kepada kerja dan mesin ringkas di mana anda akandidedahkan kepada contoh-contoh kerja, pengiraan kerja, contoh-contoh mesinringkas dan mesin majmuk serta pengiraan faedah mekanikal dan kecekapansetiap mesin ringkas. Selain itu anda akan didedahkan kepada aplikasi mesindalam kehidupan seharian serta mesin manusia berjalan.

Hasil Pembelajaran

1. Mendefinisi kerja dan mesin ringkas.2. Memberi contoh-contoh mesin ringkas dan mesin majmuk.3. Menerangkan faedah mekanikal dan kecekapan mesin.4. Membandingkan antara mesin ringkas dan mesin majmuk dan juga

antara faedah mekanikal dan kecekapan.5. Membina mesin ringkas dan mesin majmuk dan mencadangkan

bagaimana untuk menambahbaik faedah mekanikal dan kecekapannya.

6. Menerangkan mesin manusia berjalan.



Kerja dan Mesin

Kerja

Mesin ringkas

dan mesinmajmuk

Faedah

mekanikal dankecekapan

Mesin manusia

berjalan


35/47


35

Isi Kandungan

6.1 Kerja

Kerja didefinisikan sebagai daya yang bertindak ke atas objek untukmengakibatkan sesaran. Kerja yang dilakukan ke atas objek oleh satu daya tetapadalah hasil komponen daya yang selari dengan arah sesaran objek, darabdengan magnitud sesaran. Kerja dan tenaga diukur dalam unit yang sama, Joule(J).

Kerja yang dilakukan (Joule, J) = Daya (Newton, N) x Sesaran (meter, m)

W = F.s cos

Contoh-contoh kerja

Seekor kuda menarik beban melalui padang.Seorang pelajar mengangkat buku-buku ke atas bahunya.Seorang ahli sukan melontar lontar peluru.

Kerja berhubung dengan jarak daya yang mengerakkan objek dan bukan masayang diambil untuk mengerakkan objek. Sudut yang diukur didefinisikan sebagai

sudut antara daya dan sesaran.


36/47


36

Senario A

Satu daya bertindak ke arah kanan ke atas objek yang tersesar ke kanan. Vektordaya dan vektor sesaran adalah pada arah yang sama. Maka, sudut antara Fdan d adalah 0 darjah.

Senario B

Satu daya bertindak arah kiri ke atas objek yang tersesar ke kanan. Vektor dayadan vektor sesaran adalah dalam arah bertentangan. Jadi sudut antara F dan dadalah 180 darjah.

Senario C

Satu daya bertindak ke atas ke atas objek yang tersesar ke kanan. Vektor dayadan vektor sesaran adalah pada sudut 90 darjah.

Contoh soalan

Seorang pelayar menarik sebuah bot sepanjang dok menggunakan tali padasudut 600 dengan ufuk. Berapakah kerja yang dilakukan oleh pelayar itu jika diamengenakan daya 255N ke atas tali dan menarik tali sepanjang 30.0 m?

6.2 Mesin ringkas dan mesin majmuk

Mesin ringkas ialah alat yang memudahkan kita melakukan kerja. Ia membantukita dengan mengubah jumlah daya yang dikenakan ke atas objek danmengubah arah daya.

Jenis-jenis mesin ringkas

A. Tuas dibuat daripada papan atau bar yang diletakkan di atas fulkrum.Digunakan untuk mengangkat berat.

darjah

darjah

darjah


37/47


37

Contoh tuas:Jongkang jongkit, pengumpil, kayu besbol, pencakar tanah.

Ada tiga jenis tuas iaitu tuas kelas pertama, tuas kelas kedua dan tuas kelas

ketiga.

B. Satah condong merupakan permukaan sendeng untuk memudahkan kerja.Contoh: Cerun dan tangga

C. Baji adalah dua satah condong digunakan untuk mengangkat danmemisahkan objek.Contoh: Pisau, baji pintu dan kapak.

D. Skru ialah satah condong disekeliling paku atau shaf untuk memegangbahan-bahan bersama-sama atau menebuk lubang.Contoh: Gerudi kecil dan skru

E. Roda dan gandar merupakan roda yang berputar yang membantumengerakkan barang dengan mudah dan cepat.Contoh: Roda stering, tombol pintu dan pemutar skru.

F. Takal ialah roda yang mempunyai alur(groove) dihujungnya untukmemegang tali dan kabel.Contoh: Tiang bendera, penyidai baju, pancing ikan dan kren.

Takal bekerja dengan dua cara iaitu dengan mengubah arah daya ataumengubah jumlah daya. Takal ada dua jenis iaitu takal tetap dan takalbergerak. Sistem takal terdiri daripada kombinasi takal-takal tetap dan

Kelas pertama Kelas kedua Kelas ketiga

Daya usaha

Beban

Daya usaha Daya usaha

BebanBeban


38/47


38

bergerak. Faedah mekanikal takal adalah sama dengan bilangan talisokongan (supporting ropes).

Mesin majmuk merupakan gabungan beberapa jenis mesin ringkas.Contohnya, basikal dan kereta.

6.3 Faedah mekanikal (MA) dan kecekapan

Mesin ringkas unggul tidak mengalami kehilangan yang disebabkan geseranatau kekenyalan. Jadi kecekapannya adalah 100%. Jika wujud geseran ataukekenyalan di dalam sistem, kecekapan akan jadi lebih rendah. Kerja input akan

jadi lebih besar daripada kerja output.

Ada dua jenis faedah mekanikal iaitu Faedah Mekanikal Unggul (IdealMechanical Advantage) dan Faedah Mekanikal Sebenar (Actual Mechanical

Advantage)

FaedahMekanikal Unggul (Ideal Mechanical Advantage - IMA)

Dalam Fizik, faedah mekanikal unggul adalah untuk mesin unggul. IMA mesinboleh dicari dengan formula berikut:-

IMA = de dr dimana de sama dengan jarak usaha (effort distance) and dr samadengan jarak rintangan (resistance distance).

Faedah Mekanikal Sebenar (Actual Mechanical Advantage - AMA)

Dalam fizik, faedah mekanikal sebenaradalah untuk mesin sebenar. AMA untukmesin boleh dicari dengan menggunakan formula berikut:

AMA* = FR Fe dimana- FR sama dengan daya rintangan (resistance force) and Fe samadengan daya usaha (effort force) sebenar.

* AMA boleh juga ditulis sebagai MA

Faedah mekanikal adalah faktor dimana mesin menggandakan daya yangdikenakan. Kebanyakan mesin mempunyai MA>1. Bermakna mesinmeningkatkan daya yang dikenakan.

Untuk mesin unggul, kecekapan mesin 100%.kerja output = kerja input

Wo = WiFrdr = Fede
http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Ideal_mechanical_advantage/http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Effort_distance/http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Effort_distance/http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Effort_distance/http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Resistance_distance/http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Resistance_distance/http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Resistance_distance/http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Resistance_force/http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Resistance_force/http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Resistance_force/http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Effort_force/http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Effort_force/http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Effort_force/http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Effort_force/http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Resistance_force/http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Resistance_distance/http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Effort_distance/http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Ideal_mechanical_advantage/


39/47


39

Untuk mesin sebenar (real)

Kecekapan mesin =

==

MA Takal

Takal adalah roda beralur yang digelung dengan tali. Dengan ini arah daya bolehdiubah, dengan sedikit kehilangan daya geseran. Walaubagaimanapun, takal-

takal boleh digabung untuk membentuk faedah mekanik tambahan denganmempunyai tali yang digelung ke beberapa takal.

Takal dengan 1 tali (1 takal tetap) mempunyai MA = 1, Takal dengan 2 tali (1 takal bergerak) mempunyai MA = 2. Takal dengan 6 tali (block and tackle) mempunyai MA = 6.

MA Tuas

Tuas: MA = Panjang lengan usaha panjang lengan rintangan.

MA Roda dan Gandar

Roda merupakan tuas dengan satu lengan berjarak antara gandar dengantitik luar roda dan yang lagi satu merupakan jejari gandar. Mempunyaifaedah mekanik (MA) yang sangat besar.

MA Satah condong

MA = panjang cerun tinggi cerun

Contoh soalan

Seorang pelajar menggunakan roda basikal dengan jejari giar 4.00 sm dan jejariroda 35.6 sm. Bila daya 155 N dikenakan ke atas rantai, roda akan bergerak14.0 cm. Disebabkan geseran, kecekapannya adalah 95.0%.

a. Apakah IMA roda dan giar itu?b. Apakah MA roda dan giar itu?c. Apakah bacaan daya pada skala roda itu?

i

o

W

W

%100

r

e

e

r

dd

FF

%100IMA

MA


40/47


40

d. Bagaimana pelajar itu menarik rantai?

Penyelesaian

6.4 Mesin manusia berjalan

Sistem tuas di dalam badan kita mempunyai 4 bahagian asas: tulang, sumberdaya (pengecutan otot), fulkrum (sendi-sendi boleh gerak diantara tulangtemulang) dan rintangan (berat badan atau objek yang diangkat). Bila kitaberjalan punggung kita bertindak sebagai fulkrum. Pusat jisim badan bergeraksebagai rintangan disekeliling fulkrum. Panjang jejari bulatan adalah panjangtuas yang dibentuk oleh tualng-tulang kaki. Untuk meningkatkan halaju berjalan,punggung dihayun ke atas untuk meningkatkan jejari.

6.5 Contoh soalan dan latihan

1. Seorang kerani membawa bungkusan 34 N daripada tingkat bawah ketingkat lima bangunan pejabat yang ketinggianya 15 m. Berapakah kerjayang dilakukan oleh kerani itu?Jawapan: 510 J

2. Seorang pekerja menggunakan sistem takal untuk menaikkan barang 225 Nsetinggi 16.5 m. Satu daya 129 N dikenakan dan tali ditarik sejauh 33.0 m.

a. Apakah faedah mekanikal sistem takal?b. Apakah kecekapan sistem?Jawapan: a. 1.74 b. 87%

6.6 Rujukan

1. http://www.mrfizix.com/home/worksimplemachines.htm

a.

b. Oleh kerana kecekapan =

107.0%100

)112.0%)(0.95(

%100

IMAkecekapanMA

c. MA=

NNFMAF er 6.16)155)(107.0())((

d.

e

r

F

F

cmcmdIMAdd

dIMA fe

f

e 7.15)0.14)(112.0())((

112.06.35

00.4

_

_

cm

cm

rodajejari

giarjejari

d

d

IMA r

e

%100IMA

MA


41/47


41

2.http://atlantis.coe.uh.edu/archive/science/science_lessons/scienceles1/finalhome.htm3. http://www.physicsclassroom.com/Class/energy/

TOPIK 7 Daya Dalam Bendalir

Sinopsis

Jisim wujud dalam tiga bentuk iaitu pepejal, cecair dan gas. Topik ini bertumpukepada bentuk cecair di mana anda akan didedah kepada beberapa prinsipseperti Pascal, Archimedes dan Bernoulli. Selain daripada itu, anda jugadidedahkan kepada penggunaan prinsip-prinsip tersebut dalam penyelesaianmasalah dalam kehidupan seharian.

Hasil Pembelajaran

1. Menghubungkaitkan ketumpatan dengan keapungan suatu bahan2. Menyatakan prinsip-prinsip Pascal dan aplikasinya3. Menyatakan prinsip-prinsip Archimedes dan aplikasinya4. Menyatakan prinsip-prinsip Bernoulli dan aplikasinya



Isi Kandungan

7.1 Terapung dan Tenggelam

Keapungan

Daya DalamBendalir

Tergapung dan

tenggelam

Prinsip

Archimedes dan

aplikasinya

Prinsip Bernoulli

dan aplikasinya
http://atlantis.coe.uh.edu/archive/science/science_lessons/scienceles1/finalhome.htmhttp://atlantis.coe.uh.edu/archive/science/science_lessons/scienceles1/finalhome.htmhttp://atlantis.coe.uh.edu/archive/science/science_lessons/scienceles1/finalhome.htmhttp://atlantis.coe.uh.edu/archive/science/science_lessons/scienceles1/finalhome.htmhttp://www.physicsclassroom.com/Class/energy/http://www.physicsclassroom.com/Class/energy/http://www.physicsclassroom.com/Class/energy/http://atlantis.coe.uh.edu/archive/science/science_lessons/scienceles1/finalhome.htmhttp://atlantis.coe.uh.edu/archive/science/science_lessons/scienceles1/finalhome.htm


42/47


42

Apakah daya-daya yang bertindak ke atas suatu objek yang terletak dalam suatucecair? Satu daya bertindak ke atas yang dinamakan daya tujah dan sepertibiasa daya tarikan graviti akan menarik objek ke bawah. Daya tujah wujud dalamcecair disebabkan oleh tekanan cecair yang bertambah dengan kedalamannya.Sama ada objek itu akan terapung atau tenggelam adalah bergantung kepada

beza antara dua daya itu.

7.2 Prinsip Archimedes dan Aplikasinya

Prinsip Archimedes

Prinsip Archimedes menyatakan bahawa apabila satu objek direndamsebahagiannya atau sepenuhnya di dalam suatu bendalir, objek itu mengalamidaya tujah ke atas yang sama dengan berat bendalir yang disesarkan.

http://scienceprep.orghttp://scienceuniverse101.blogspot.com

Rajah 7.2

Objek di atas mempunyai berat 0.67 N. Bila direndam dalam air, beratnyamenjadi 0.40N. Ia kehilangan berat 0.67N 0.40N = 0.27 N

Maka daya julangan = 0.27 N

Aplikasi Prinsip Archimedes

Kapal Selam

Kapal selam mempunyaitangki balast yang besar,

Sebuah kapal selam tenggelam denganmemasukkan air ke dalam tangki balast supayaberatnya menjadi lebih besar daripada daya

julangan (dan sebaliknya). Ia terapung denganmengurangkan air di dalam tangki balast,sehingga beratnya kurang daripada dayaapungan.


43/47


43

yang digunakan untukmengawal kedudukan dankedalamannya daripermukaan laut.Belon panas

Atmosfera mengandungiudara yang mengenakandaya julangan ke atasmana-mana objek.

Belon panas daripada naik dan terapung kerana

daya julangan (udara disekeliling lebih beratdaripada beratnya). Ia akan turun apabila beratbelon lebih besar daripada daya keapungan. Iaakan pegun apabila berat = daya julangan

Hidrometer

Hidrometer adalahinstrument untuk mengukurketumpatan relatif cecair.

Ia mengandungi satu tiub dengan bebuli di satuhujungnya. Butiran plumbum diletakkan di dalambebuli untuk menjadikannya berat ke bawah danmembolehkan hydrometer terapung tegak didalam cecair.

Kapal Kapal terapung di permukaan air because isipaduair yang disesarkan oleh kapal memadai untuknyamempunyai berat yang sama dengan berat kapal.Kapal dibina supaya ketumpatan keseluruhannyakurang daripada air laut (berongga di dalam).Dengan itu, daya julangan yang bertindak ke ataskapal adalah cukup besar untuk menyokongberatnya.

Ketumpatan air laut berubah dengan lokasi. GarisPlimsoll yang ditanda pada badan kapal adalahgaris panduan untuk memastikan kapal dimasukkan muatan sesuai dengan hadkeselamatannya.Kapal akan tenggelam lebih dalam di air tawarkerana air tawar kurang tumpat daripada air laut.Ia akan terapung lebih tinggi dalam air sejuk


44/47


44

kerana air sejuk mempunyai ketumpatan yanglebih tinggi secara relatifnya.

7.3 Prinsip Bernoulli dan Aplikasinya

Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli menyatakan bahawa apabila halaju aliran bendalirbertambah,tekanan dalam bendalir itu berkurang.

Rajah 7.3

Rajah 7.3 menunjukkan satu tiub Bernoulli yang dialirkan dengan air. Air padakawasan X dan Z adalah berhalaju rendah dibandingkan dengan air di kawasanY. Ini menyebabkan kedua-dua kawasan ini mempunyai tekanan yang lebihtinggi lalu air naik pada paras yang lebih tinggi pada tiub-tiub tersebut. Padakawasan Y, tiub adalah lebih sempit. Ini menyebabkan halaju air lebih tinggi dantekanannya rendah. Ini menyebabkan air naik ke tiub dengan paras yang lebihrendah.

Rajah 7.4

Rajah 7.4 menunjukkan seorang budak meniup di atas permukaan kertas. Kertasitu terangkat ke atas. Hal ini berlaku kerana halaju udara di bahagian atasmenjadi laju dan menyebabkan tekanan menjadi rendah. Udara di sebelah

Aliran air

Halaju rendah

Tekanan tinggi

Halaju rendah

Tekanan tinggi

Halaju tinggi

Tekanan rendah

X Y Z


45/47


45

bawah secara relatifnya lebih rendah daripada udara di atas, menyebabkankertas tertolak ke atas.

Dengan menggunakan prinsip Bernoulli, terangkan situasi-situasi berikut:

- Dua biji bola ping pong yang digantung tertolak rapat kearah satu sama lainapabila ditiup di antaranya

- Kapal terbang berangkat ke udara

Fikir

Layari internet untuk mencuba soalan berbentuk permainan silang kataberkaitan dengan daya dalam cecair.

Berikut adalah suatu sumber web yang anda boleh membuat latihansecara interaktif dalam topik daya dalam cecairhttp://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch13_w/index.html

Contoh soalan

Sebuah pemberat kerta mempunyai berat, Wudara = 6.9 N di udara. Bila direndamsepenuhnya di air, beratnya menjadi Wair= 4.3 N.Kirakan isipadu pemberat kertas itu.

(Anggap g= 9.8 m/s2

, dan ketumpatan air adalah 1.0 x 103

kgm-3

)

Jawapan:

Berat di udara, Wudara = 6.9 NBerat di air, Wair = 4.3 N

Langkah 1 Cari nilai daya julanganDaya julangan, FB = Wudara Wair = 6.9N 4.3N = 2.6N

Langkah 2 Cari jisim air disesar

Daripada Prinsip Archimedes, Daya julangan = Berat air disesariaitu FB = Wair atau Wair= 2.6N

Daripada Wair = mg,kgg

Wm air 265.0

8.9

6.2
http://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch13_w/index.htmlhttp://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch13_w/index.htmlhttp://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch13_w/index.htmlhttp://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch13_w/index.htmlhttp://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch13_w/index.html


46/47


46

Langkah 3 Mencari isipadu air disesar menggunakan rumus ketumpatan

Dari

Maka isipadu pemberat= isipadu air di sesar

,7.4 Soalan latihan

1. Rajah di atas menunjukkan satu blok yang digantung pada satu neracaspring. Berat objek di udara adalah W1= 50 N sementara beratnya di air W2adalah 35N. Isipadu blok adalah 100 m3.

Cari:(a) Nyatakan berat objek di air(b) Berat air yang disesar(c) Daya julangan(d) Isipadu cecair yang disesar(e) Isipadu objek

2. Sebiji belon dengan isipadu 5 m3

berada di dalam udara dengan ketumpatan1.2 kgm

3. Berapakah daya tujah keatas yang bertindak pada belon itu?

3. Sebuah kapal laut berjisim 80 000 kg sedang terapung di permukaan laut.Jika ketumpatan air laut ialah 1 250 kg m

-3, hitungkan isipadu air laut yang

disesarkan oleh kapal itu.

4. Sebili bola dengan jisim 0.40 kg dengan isipadu 5 x 10-4

m3

dilepaskan didalam air. Ramalkan gerakan bola itu.[ Ketumpatan air = 1000 kg m-3]

Visipadu

mjisim

,

,

34

331065.2

100.1

265.0m

kgm

kgmV

Neracaspring


47/47


(Petunjuk: kira pecutan bola itu naik ke atas)

7.5 Rujukan

http://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%2013/Buoyancy.swf(keapungan)http://www.mhhe.com/physsci/physical/giambattista/buoyancy/buoyancy.html (Tutorial interaktif untuk keapungan)http://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%2013/Pascals%20Principle.swf (Prinsip Pascal)http://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch13_w/index.html(teka-teki silang kata melibatkan terminologi cecair)

Zitzewitz,P.W.(2002) Physics: Principles and Problems. Ohio: Glencoe/McGrawHill.(Chapter 13 States of Matter)
http://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%2013/Buoyancy.swfhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%2013/Buoyancy.swfhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%2013/Buoyancy.swfhttp://www.mhhe.com/physsci/physical/giambattista/buoyancy/buoyancy.htmlhttp://www.mhhe.com/physsci/physical/giambattista/buoyancy/buoyancy.htmlhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%2013/Pascals%20Principle.swfhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%2013/Pascals%20Principle.swfhttp://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch13_w/index.htmlhttp://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch13_w/index.htmlhttp://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch13_w/index.htmlhttp://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch13_w/index.htmlhttp://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch13_w/index.htmlhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%2013/Pascals%20Principle.swfhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%2013/Pascals%20Principle.swfhttp://www.mhhe.com/physsci/physical/giambattista/buoyancy/buoyancy.htmlhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%2013/Buoyancy.swfhttp://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%2013/Buoyancy.swf

Isi Pengajaran Fizik Topik 1-7

Documents

Transcript of Isi Pengajaran Fizik Topik 1-7