PANITIA FIZIK SMK KLEBANG BESAR, MELAKA: TOPIK 2 (T4)

2.1 MENGANALISA GERAKAN LINEAR

Gerakan linear ialah gerakan sepanjang garis lurus.

Kuantiti skalar

- kuantiti fizik yang mempunyai magnitud sahaja.

- contoh ialah jisim, masa, jarak, laju

Kuantiti vektor

- kuantiti fizik yang mempunyai magnitud dan arah.

- contoh ialah sesaran, halaju, pecutan, daya, momentum

Jarak (distance), s

- jumlah panjang lintasan yang dilalui oleh suatu objek.

- kuantiti skalar

- unit SI ialah meter, m

Sesaran (displacement), s

- jarak (terdekat) suatu objek daripada kedudukan asalnya, mengikut arah dari titik asal itu.

- kuantiti vektor

- unit SI ialah meter, m

Laju (speed), v

- kadar perubahan jarak:

- unit SI ialah ms ^-1
- kuantiti skalar

Halaju (velocity), v
- kadar perubahan sesaran atau perubahan jarak pada suatu arah tertentu

- unit SI ialah ms ^-1

- kuantiti vektor mengikut arah sesaran paduan.

Pecutan (acceleration), a

- kadar perubahan halaju.

- kuantiti vektor.

- unit SI ialah ms ^-2

Pecutan seragam (constant acceleration)

- jika halaju objek (yang bergerak secara linear) berubah dengan kadar malar (constant).

Nyahpecutan (deceleration)

- halaju objek semakin berkurang

- pecutan negatif.

Contoh:

1. (a) Sebuah kereta bergerak dari keadaan pegun dan memecut secara seragam supaya

mencapai halaju 20 ms ^-1 dalam masa 5 saat. Berapakah pecutan kereta itu?

Penyelesaian:

halaju awal, u = 0 ms ^-1

halaju akhir, v = 20 ms ^-1

masa, t = 5 saat

= 20 - 0 = 4 ms ^-2

    (b) kemudian brek di tekan dan kereta itu semakin perlahan dengan kadar seragam
          sehingga berhenti dalam masa 4 saat. Berapakah pecutan kereta itu?

   Penyelesaian
          halaju awal, u = 20 ms ^-1

halaju akhir, v = 0 ms ^-1

masa, t = 4 saat

                           = 0 - 20   = - 5 ms ^-2
   4
         Kereta itu mengalami nyahpecutan dengan magnitud 5

LATIHAN

1. Sebuah lori memecut secara seragam dari halaju 5 ms ^-1sehingga 20 ms ^-1 dalam masa

20 saat. Tentukan pecutan lori itu.

2. Hisham mula memandu keretanya dari rumah dengan pecutan seragam dan mencapai

halaju 15.0 ms ^-1 dalam masa 5.0 saat. Berapakah pecutan kereta Hisham?

Jangka masa detik (ticker timer)

- alat yang digunakan untuk mengkaji gerakan suatu objek bagi selang masa yang singkat.

- pita detik berkarbon dipasang melalui jangka masa detik dan ditarik oleh objek yang

bergerak.

- digunakan untuk menentukan masa, sesaran, halaju purata, pecutan dan jenis gerakan suatu

objek.

Contoh:

Jenis-jenis gerakan (yang digambarkan di pita detik)

- Jarak antara titik-titik sama - halaju objek adalah seragam (constant velocity)

- Jarak antara titik-titik bertambah secara seragam - pecutan seragam (constant acceleration)

22 Februari 2012

Hubungan kait sesaran, halaju, pecutan dan masa.

Gerakan dengan halaju seragam

Objek yang bergerak dengan halaju seragam - pecutannya sifar.
Sesaran, s selepas t saat :

s = v x t [ v - halaju seragam objek ]

Gerakan dengan pecutan seragam

Objek yang bergerak dengan pecutan seragam, a, sesaran, s objek :

Contoh:

Hisham mula memandu keretanya dari rumah dengan pecutan seragam dan mencapai halaju 15.0 ms ^-1 dalam masa 5.0 s. Berapakah

(a) pecutan kereta Hisham?

(b) sesaran kereta Hisham 5.0 saat selepas mula bergerak?

(d) halaju kereta Hisham setelah bergerak sejauh 20.0 m dari tempat permulaan.

Penyelesaian:

GRAF GERAKAN LINEAR

GRAF SESARAN - MASA

Kecerunan graf = halaju objek

GRAF HALAJU - MASA

2.2 JISIM DAN INERSIA

Jisim

- jumlah atau kuantiti jirim yang terkandung dalam sesuatu objek.
- bergantung kepada bilangan dan jenis atom dalam objek itu
- unit SI ialah kilogram )kg)
- merupakan kuantiti skalar
- sentiasa tetap dan tidak dipengaruhi oleh faktor seperti daya tarikan graviti.

2.2 INERSIA
- merupakan sifat semula jadi suatu objek yang cenderung untuk menentang sebarang
perubahan keadaan asal gerakannya, sama ada keadaan pegun atau keadaan bergerak.

Situasi tentang inersia jika

keadaan asal objek: pegun

- apabila kadbod disentap (tarik serta merta) secara mengufuk (horizontal), duit syiling akan
terjatuh ke dalam gelas.
- inersia duit siling menentang perubahan keadaan asalnya, iaitu keadaan pegun. Oleh itu ia
tidak bergerak bersama kepingan kadbod lalu jatuh ke dalam gelas kerana daya tarikan
graviti.

keadaan asal objek: bergerak

sedang bergerak berhenti secara tiba-tiba

- apabila sebuah kereta bergerak, pemandu dan penumpang juga bergerak bersama-sama.
- apabila kereta itu di perlahankan atau berhenti secara tiba-tiba, pemandu dan penumpang
akan terhumban ke hadapan.
- inersia pemandu dan penumpang itu menentang perubahan keadaan asalnya iaitu keadaan
bergerak. Oleh sebab itu mereka meneruskan pergerakkan ke hadapan.

Applikasi konsep inersia.

A B C D

A - Sos cili lebih mudah keluar daripada botol jika botol digoncang ke bawah dengan kuat

dan dihentikan secara mendadak.

- Sos cili dalam botol itu cuba mengekalkan keadaan asalnya yang bergerak ke bawah

apabila botol dihentikan secara tiba-tiba.

B - Payung diputarkan laju untuk menanggalkan titisan air di permukaannya.

- Titisan air cuba mengekalkan keadaan asalnya pegun apabila payung diputar.

C - Budak lelaki berlari secara zig-zag (lintang pukang) ketika dikejar oleh lembu.

- Jisim lembu yang besar maka inersianya juga besar, menyukarkannya mengubah arah

gerak secara pantas.

D - Bahagian pemegang tukul dihentakkan ke lantai/permukaan yang keras untuk

mengetatkan kepala penukul yang longgar.

- Kepala penukul cuba mengekalkan keadaan asalnya yang bergerak ke bawah apabila

pemegangnya terhentak ke tanah yang keras.

Kaedah mengurangkan kesan negatif inersia.

A B

A Penggunaan beg udara dan tali pinggang keledar

Beg udara akan mengembang apabila berlaku perlanggaran.
Pemandu dan penumpang yang cuba mengekalkan keadaan asalnya yang bergerak akan terhumban ke hadapan.
Beg udara akan menghalang mereka daripada terhentak ke stering atau cermin kaca dan ini membantu mengurangkan kecederaan mereka.
Tali pinggang keledar pula menghalang mereka daripada terhumban ke hadapan.

B Mengangkut barangan berat menggunakan lori.

Muatan mesti diikat kuat supaya tidak jatuh semasa lori berhenti atau mula bergerak.
Barangan yang berat cuba mengekalkan keadaan asalnya samada pegun atau bergerak menyebabkan ia terjatuh apabila lori mula bergerak atau berhenti.

2.3 MOMENTUM LINEAR

Momentum

ialah hasil darap jisim dengan halaju.

Momentum = jisim x halaju

= mv

merupakan kuantiti vektor, dengan arah mengikut arah halaju.

unit SI nya ialah kg ms^-1

bertambah apabila - jisim bertambah, halaju bertambah atau kedua-dua jisim dan halaju bertambah.

Prinsip keabadian momentum menyatakan bahawa

jumlah momentum dala suatu sistem adalah dikekalkan sekiranya tida daya luar yang bertindak

momentum sebelum ... = momentum selepas ...

Perlanggaran

elastik / kenyal / anjal
tidak elastik

Perlanggaran elastik

Semua objek yang terlibat berpisah selepas perlanggaran dengan halaju masing-masing.
momentum dikekalkan
tenaga kinetik dikekalkan
jumlah tenaga dikekalkan

sebelum perlanggaran selepas perlanggaran

jumlah momentum sebelum = jumlah momentum selepas

m₁u₁+ m₂u₂= m₁v₁+ m₂v₂

Perlanggaran tidak elastik

Semua objek yang terlibat bercantum selepas peerlanggaran dengan halaju yang sama.
momentum dikekalkan
tenaga kinetik berubah / tidak dikekalkan
jumlah tenaga dikekalkan

sebelum perlanggaran selepas perlanggaran

jumlah momentum sebelum = jumlah momentum selepas

m₁u₁+ m₂u₂= ( m₁+ m₂) v

Letupan

Sebelum letupan semua jasad / objek dalam keadaan bercantum dan pegun / rehat.
Selepas letupan semua jasad / objek yang terlibat bergerak dalam arah yang berlawanan.

Jumlah momentum sebelum letupan = Jumlah momentum selepas letupan

0 = m₁v₁+ m₂v₂

m₁v₁= - m₂v₂

tanda ( - ) menunjukkan arah berlawanan

APLIKASI PRINSIP KEABADIAN MOMENTUM

Enjin jet

Udara disedut masuk dan dimampatkan dalam bahagian kompresor. Udara termampat mengalir ke ruang kebuk pembakaran (combustion chamber), bercampur dengan bahanapi dan terbakar lalu membebaskan gas-gas panas.
Gas panas berkelajuan tinggi dibebaskan ke belakang dengan momentum yang tinggi.
Momentum yang sama magnitudnya tetapi dalam arah bertentangan dihasilkan, lalu menggerakkan jet ke hadapan.

Enjin roket

Campuran hidrogen dan bahan api oksigen dalam kebuk enjin terbakar hebat.
Gas-gas panas dibebaskan dengan kelajuan sangat tinggi melalui ekszos, akan menghasilkan momentum ke bawah yang besar.
Berdasarkan prinsip keabadian momentum, menyebabkan momentum yang sama magnitudnya tetapi berlawanan arah akan terhasil. Maka roket akan bergerak keatas

Mennggunakan bot kipas di kawasan paya.

Kipas menghasilkan halaju udara yang tinggi ke belakang, lalu momentum yang besar dalam arah yang sama terhasil.
Berdasarkan prinsip keabadian momentum, momentum yang sama tetapi berlainan arah dihasilkan dan bertindak ke atas bot itu. Maka bot akan bergerak ke hadapan.

LATIHAN

Kereta A berjisim 1000 kg bergerak pada kelajuan 20 ms ^-1berlanggar dengan kereta B yang berjisim 1200 kg, berkelajuan 10 ms ^-1dalam arah yang sama. Jika kereta B terdorong ke hadapan pada 15 ms ^-1kesan daripada impak tersebut, apakah halaju, v, kereta A sebaik sahaja perlanggaran itu terjadi?

Sebuah trak berjisim 1200 kg bergerak pada kelajuan 30 ms ^-1berlanggar dengan sebuah kereta berjisim 1000 kg yang bergerak dalam arah bertentangan dengan kelajuan 20 ms ^-1. Selepas perlanggaran, kedua-dua kenderaan bergerak bersama. Berapakah halaju kedua-dua kenderaan sebaik sahaja selepas perlanggaran terjadi?

Seorang lelaki menembak menggunakan pistol berjisim 1.5 kg. Jika jisim peluru ialah 10 g dan mencapai halaju 300 ms ^-1selepas tembakan, berapakah halaju sentakan (recoil velocity) pistol itu?

2.5 MENGANALISA KESAN DAYA

Keseimbangan daya (Balanced Force)

Keseimbangan daya suatu objek tercapai apabila paduan beberapa daya yang bertindak ke atasnya adalah sifar.

Weight, W = Lift, U

Thrust, F = Drag, G

DAYA, JISIM DAN PECUTAN

Hukum Newton Kedua menyatakan bahawa daya bersih (nett force) berkadar terus dengan kadar perubahan momentum

F = ma

Pecutan yang dihasilkan oleh objek adalah

1. berkadar langsung dengan magnitud daya yang dikenakan

2. berkadar songsang dengan jisim objek

Arah pecutan sama dengan arah daya.

Eksperimen untuk menentukan hubungan di antara daya, F, jisim, m, dan pecutan, a.

hubungan di antara	a & F	a & m
Situasi	Kedua-dua lelaki menolak jisim yang sama, tetapi lelaki A mengenakan lebih daya, maka dia bergerak lebih laju.	Kedua-dua lelaki menggunakan kekuatan yang sama. Tetapi lelaki B bergerak lebih laju daripada lelaki A.
Inferens	Pecutan bergantung kepada daya yang dikenakan.	Pecutan bergantung kepada jisim objek.
Hipotesis	Pecutan bertambah apabila daya yang dikenakan bertambah.	Pecutan berkurang apabila jisim objek bertambah.
Pemboleh ubah Manipulasi Bergerak balas Malar	Daya Pecutan Jisim	Jisim Pecutan Daya
Radas dan bahan	pita detik, tali kenyal, jangka masa detik, troli, bekalan kuasa, landasan terpampas geseran dan pembaris meter.

Kaedah Mengawal pemboleh ubah manipulasi	1. Satu tali kenyal di sangkutkan pada troli. 2. Tali kenyal itu di regang sehingga ke hujung troli. 3. Troli ditarik menuruni landasan oleh tali kenyal yang diregang dengan jumlah daya yang sama.		1. Satu tali kenyal di sangkutkan pada troli. 2.Tali kenyal itu di regang sehingga ke hujung troli. 3. Troli ditarik menuruni landasan oleh tali kenyal yang diregang dengan jumlah daya yang sama.
Kaedah Mengawal pemboleh ubah bergerak balas	4. Tentukan pecutan troli dengan menganalisa pita detik yang diperolehi. Pecutan , a = v – u t
Mengulang eksperimen	5. Ulang langkah 1 hingga 4 dengan menggunakan dua, tiga, empat dan lima tali kenyal.		5. Ulang langkah 1 hingga 4 dengan menggunakan dua, tiga, empat dan lima troli.
Merekod data
Menganalisa data

Contoh:
Sebuah kotak berjisim 100 kg diletakkan di atas lantai yang licin dan ditarik dengan daya F N.
     (a) Jika F = 200N, Kirakan pecutan kotak itu.
     (b) Halaju objek itu berubah dari pegun kepada 15.0 ms ^-1 dalam 10 s apabila dikenakan
          satu daya, Fx. Berapakah daya Fx itu?

Penyelesaian:

(a) m = 100 kg, F = 200N, daya, F = ma

      a = F    = 200   = 2.0 ms ^-2
             m       100

(b) u = 0 ms ^-1 , v = 15.0 ms ^-1 , t = 10s, pecutan, a = v - u , daya, F = ma
                                                                                                    t
      pecutan, a = v - u    = 15.0 - 0   = 1.5 ms ^-2
                                t           10.0
         daya, F = ma = 100 x 1.5 = 150 N

LATIHAN

1. Berapakah daya yang diperlukan untuk menggerakkan satu objek 2 kg dengan pecutan 3 ms ^-2 , jika

(a) objek bergerak di permukaan licin? ( 6N)

(b) objek bergerak di permukaan yang mempunyai purata tindakan daya
geseran 2 N? (8N)

2. Ali mengenakan daya sebanyak 50 N untuk menggerakan meja berjisim 10 kg pada halaju tetap (malar). Berapakah daya geseran yang bertindak ke atas meja itu? (50N)

3. Sebuah kereta berjisim 1200 kg bergerak pada 20 m/s akhirnya berhenti rehat setelah melepasi jarak 30 m. Cari

(a) purata nyah-pecutannya, (-6.67 ms ^-2 )

(b) purata daya membrek (8004 N)

4. Manakah antara sistem yang berikut menghasilakan pecutan maksimum?

2.9 MENGANALISIS DAYA DALAM KESEIMBANGAN

Permukaan mengufuk

Objek berada dalam keadaan keseimbangan. Jadi

R = mg

Landasan landai

Objek di atas landasan landai berada dalam keadaan keseimbangan. Jadi

R = mg

F = F₁ (F1 = daya geseran)

Daya bersih yang bersudut tepat dengan landasan = 0

R – mg Cos θ = 0

R = mg Cos θ

Daya bersih yang selari dengan landasan = 0

F₁ – mg sin θ = 0

F₁ = mg sin θ

PADUAN DAYA

Apabila dua daya bertindak ke atas satu titik pada satu sudut tertentu, paduan daya boleh ditentukan menggunakan kaedah segi empat selari.

[Parallelogram method]

Contoh:

Langkah 1 :

Lukiskan daya F1 dan F2 dari satu titik dengan sudut 60ᴼ diantara keduanya menggunakan pembaris dan protractor. (Gunakan skala yang sesuai untuk menggambarkan magnitud daya)

Langkah 2

Lengkapkan segiempat selari itu. (Parallelogram)

Langkah 3

Lukiskan garisan pepenjuru bagi parallelogram. Garisan pepenjuru itu mewakili paduan daya, F dengan magnitud dan arahnya.

LATIHAN:

Tentukan paduan daya berikut menggunakan kaedah parallelogram.

LIF

Pegun (Tidak bergerak)

Daya paduan, F = R – mg

R – mg = 0

R = mg

Bergerak ke atas dengan pecutan, a

Daya paduan, F = R₁ – mg

R₁ – mg = ma

R₁ = mg + ma

= m(g + a)

Bacaan penimbang > berat sebenar.

Arah paduan daya = arah pecutan (ke atas)

Bergerak ke bawah dengan pecutan, a

Daya paduan, F = mg – R₁

mg – R₁= ma

R₁ = mg – ma

= m(g – a)

Bacaan penimbang < berat sebenar

Arah paduan daya = arah pecutan (ke bawah)

LATIHAN

Gambarajah menunjukkan seorang gadis berjisim 60 kg dalam sebuah lif.

Kirakan berat yang dialaminya jika lif itu

a) Dalam keadaan pegun

b) Memecut 0.4 ms ^-2 ke atas

c) Memecut 0.4 ms ^-2 ke bawah. (pecutan oleh graviti, g = 10 ms ^-2 )

(600 N, 624 N, 576 N)

TAKAL (Pulley)

Jika m₁= m₂

Sistem berada dalam keadaan rehat (tidak bergerak)

W₁ = W₂

m₁g = m₂g

Jika m₁ > m₂

A: bergerak ke bawah dengan pecutan, a ms^-2

B: bergerak ke atas dengan pecutan, a ms^-2

Daya paduan di A,

F = m₁g – T

m₁g – T = m₁a

Daya paduan du B,

F = T – m₂g

T – m₂g = m₂a

LATIHAN

Tentukan

a. Daya paduan, F (10 N)

b. Jisim yang bergerak, m (7 Kg)

c. Pecutan, a (1.43 ms^-2 )

d. Tegangan tali, T (34.3 N)

2.10 KERJA, TENAGA, KUASA DAN KECEKAPAN

Kerja ialah hasil darap magnitud sesaran dan komponen daya yang selari dengan arah sesaran.

W = Fs

W = kerja (work)

F = daya (force)

s = sesaran (displacement)

Unit SI untuk kerja ialah joule ( J )

Jika Sesaran objek, s adalah dalam arah daya, F

Contoh 1 :

Pemuda dalam gambarajah di bawah menolak basikalnya dengan daya 25 N melalui jarak sejauh 3 m. Berapakah kerjka yang dilakukannya?

W = Fs = (25)(3) = 75 J

Contoh 2 :

Wanita dalam gambarajah di bawah sedang mengangkat pasu bunga berjisim 3 kg setinggi 0.4 m. Berapakah kerja yang dilakukannya?

W = Fs = (3)(0.4) = 1.2 J

Jika sesaran objek, s bukan dalam arah daya, F

Contoh:

Pemuda dalam gambarajah di bawah menarik sebuah kotak berisi ikan sepanjang lantai sejauh 6m dengan daya 40N. Berapakah kerja yang dilakukannya?

W = F x s

W = (F cos θ) s

= (40 Kos 50)(6)

= 154.27 J

Tiada kerja dilakukan jika objek berada dalam keadaan pegun (tidak bergerak)

Contoh:

Seorang murid memikul begnya sambil menunggu di perhentian bas

Tiada kerja dilakukan jika arah pergerakan objek bersudut tepat dengan arah tindakan daya

Contoh:

Pelayan restoran membawa dulang makanan sambil berjalan. Arah daya

bersudut tepat dengan arah gerakan dulang itu.

LATIHAN:

Jika sebuah kotak itolak dengan daya 40 N dan ia bergerak melalui jarak 3 m mengikut arah daya, kirakan kerja yang dilakukan. (120 J)

Seorang wanita menarik beg pakaiannya dengan daya 25 N pada sudut 60ᴼ dengan permukaan mengufuk. Berapakah kerja yang dilakukan oleh wanita itu jika beg pakaian tersebut bergerak sejauh 8 m sepanjang lantai. (100 J)

TENAGA

Kerja = jumlah tenaga yang ditukarkan

Tenaga boleh wujud dalam pelbagai bentuk, seperti

tenaga kinetik
tenaga keupayaan graviti
tenaga keupayaan elastik
tenaga bunyi
tenaga haba
tenaga cahaya
tenaga elektrik
tenaga kimia

Unit SI untuk tenaga ialah joule (J)

TENAGA KINETIK

Tenaga kinetik ialah tenaga suatu objek yang sedang bergerak.

Suatu objek bergerak dengan pecutan, a. kerja yang dilakukan ialah tenaga yang dipindahkan kepada objek sebagai tenaga kinetik, E_k

Kerja yang dilakukan, W = Fs

TENAGA KEUPAYAAN GRAVITI (GRAVITATIONAL POTENTIAL ENERGY)

Tenaga keupayaan graviti ialah tenaga yang dimiliki oleh suatu objek disebabkan ketinggiannya dalam medan graviti.

Objek berjisim m, dinaikkan pada ketinggian menegak, maka kerja yang dilakukan,

W = Fs = (mg) x h = mgh

Kerja yang dilakukan akan ditukarkan kepada tenaga keupayaan graviti, E_p

E_p = mgh

PRINSIP KEABADIAN TENAGA( PRINCIPLE OF CONSERVATION OF ENERGY)

Tenaga boleh ditukarkan dari satu bentuk ke bentuk yang lain, tetapi ia tidak boleh dicipta atau dimusnahkan.

Jadi jumlah tenaga dalam suatu sistem selalunya sentiasa tetap

KUASA (POWER)

Kuasa ialah kadar melakukan kerja atau jumlah kerja yang dilakukan dalam masa satu saat.

Power = Work done

Time taken

SI unit of power is watt (W)

KECEKAPAN (EFFICIENCY)

Kecekapan suatu alat ialah peratus tenaga input yang ditukarkan kepada tenaga output yang berguna.

Kecekapan = Tenaga output (berguna) x 100%

Tenaga input

Contoh:

2.11 kekenyalan (elasticity)

is a property of matter that enables an object to return to its original size and shape when the force that was acting on it is removed.

Elasticity due to the strong intermolecular forces between the molecules of the solid.

RELATIONSHIP BETWEEN FORCE AND EXTENSION OF A SPRING

Force constant of the spring, k

The unit is Nm ˉ¹
The force that required one unit extension of the spring.
Is a measure of the stiffness of the spring.
The larger the force constant the stiffer the spring.

Elastic limit of the spring

is the maximum force that can be applied to a spring such that the spring will be able to be restored to its original length when the force is removed

ELASTIC POTENTIAL ENERGY

is the energy transferred and stored in the spring when work done on the spring.
From the graph force, F - extension, x
If the spring is not stretched beyond its elastic limit, the graph is a straight line passing through the origin.
The force is directly proportional to the extension

Factors that affect elasticity

Arrangement of the spring

Exercise:

The original length of each spring is 10 cm. With a load of 10 g, the extension of each spring is 2 cm. What is the length of the spring system for (a), (b) and (c)?

(4cm, 5 cm, 12 cm)

PANITIA FIZIK SMK KLEBANG BESAR, MELAKA

Pages

TOPIK 2 (T4)

7 comments: