-
2.10 MEMAHAMI KERJA, TENAGA, KUASA DAN KECEKAPANUNDERSTANDING
WORK, ENERGY, POWER AND EFFICIENCY
Kerja dilakukan apabila daya membuatkan suatu objek bergerak.
Semakin besar daya dan jarak sesuatu objek itu digerakkan, maka
semakin besar kerja dilakukan.Work is done whenever a force makes
something move. The greater the force and the greater the distance
moved, the more work is done.
Definisi kerja/Definition of work
Kerja yang dilakukan ialah hasil darab daya yang dikenakan
dengan sesaran objek pada arah daya dikenakan.
Work done is the product of an applied force and the
displacement of the object in the direction of the applied
force.
Kerja, W = Fs , di mana F = daya, s = sesaranWork, W = Fs ,
where F = force, s = displacement
Unit SI bagi kerja ialah joule, J The SI unit of work is the
joule, J
Kerja 1 joule dilakukan apabila daya 1 N menggerakkan objek
sejauh 1 m dalam arah daya dikenakan.1 joule of work is done when a
force of 1 N moves an object 1 m in the direction of the force.
sF
05 FIZ Form 4 Ch2 D 2F.indd 89 9/10/13 4:14 PM
Pengiraan kerjaCalculation of work
Sesaran, s, bagi objek dalam arah sama dengan daya, FThe
displacement, s, of the object is in the direction of the force,
F
Sesaran, s, bagi objek pada arah yang tidak sama dengan arah
daya, FThe displacement, s, of the object is not in the direction
of the force, F
F
s
W = Fs
Fs
W = Fs
F
F1
s
F1F
= kos
F1 = F kos W = F1 s = (F kos ) s
1
-
Seorang budak menolak basikalnya dengan daya 25 N melalui jarak
3 m. Kira kerja yang dilakukan oleh budak itu.A boy is pushing his
bicycle with a force of 25 N through a distance of 3 m. Calculate
the work done by the boy.Penyelesaian/SolutionW = Fs = 25 N 3 m =
75 J(Perhatian/Note: 1 N m = 1 J)
Contoh/Example 1
Seorang budak perempuan mengangkat sebuah pasu berjisim 3 kg
pada ketinggian 0.4 m. Berapakah kerja yang dilakukan oleh budak
perempuan itu?A girl lifts up a 3 kg flower pot steadily to a
height of 0.4 m. What is the work done by the girl?
Penyelesaian/SolutionW = 3 kg 10 m s2 0.4 m = 12 JAtau/OrW = 3 kg
10 N kg1 0.4 m = 12 J
Contoh/Example 2
25 N
30 N
Seorang pekebun menolak mesin rumput dengan daya 50 N pada sudut
60 C dengan ufuk. Berapakah kerja yang dilakukan untuk menolak
mesin rumput pada jarak 100 m?A gardener pushes a lawn mower with a
force of 50 N at an angle of 60 C from horizontal. What is the work
done in pushing the lawn mower through a distance of 100
m?Penyelesaian/Solution
F50 N
= kos 60
F = 50 N kos 60 W = F 100 m = (50 N kos 60) (100 m) = 2 500
N
60
60
50 N
F
Contoh/Example 3
600
50 N
05 FIZ Form 4 Ch2 D 2F.indd 90 9/10/13 4:14 PM
Tiada kerja dilakukan apabila:/No work is done when:
Objek berada dalam keadaan pegun .The object is stationary .
Arah gerakan objek adalah berserenjang dengan daya yang
dikenakan.The direction of motion of the object is perpendicular to
that of the applied force.
Seorang pelayan membawa dulang makanan dan berjalan.A waiter is
carrying a tray of food and walking.
2
-
Latihan/Exercises
Sesaran/Displacement = 50 cm
F = 80 N 1 Berapalah kerja dilakukan oleh daya 80 N itu?
How much work is done by the 80 N force?Penyelesaian/SolutionW =
80 N 0.5 m = 40 J
2 Ali menolak sebiji batu dengan mengenakan daya 200 N.
Berapakah kerja yang dilakukannya?Ali pushes a big rock by applying
a force of 200 N. How much work has he done?Penyelesaian/SolutionW
= sifar (pegun)/zero (stationary)
Pegun/Stationary
F = 200 N
3 Seorang lelaki menarik satu beban dengan menggunakan satah
condong. Tinggi landasan condong itu ialah 80 cm. Berapakah kerja
yang dilakukan oleh lelaki itu untuk menarik beban itu?A man pulls
up a load using an inclined plane. The height of the inclined plane
is 80 cm. How much work is being done by the man to lift the
load?Penyelesaian/Solution
s80 cm
30
80 cms
= sin 30
s = 80 cmsin 30
= 0.8 m
sin 30
F = 320 N
3080 cm
W = Fs = 320 N ( 0.8 m
sin 30 ) = 512.0 J
05 FIZ Form 4 Ch2 D 2F.indd 91 9/10/13 4:14 PM
4 Berapakah kerja yang dilakukan oleh Raju untuk mengangkat
beban melalui jarak 4 m?How much work is done by Raju to lift the
load through the displacement of 4 m?Penyelesaian/SolutionW = 150 N
4 m = 600 J
SesaranDisplacement= 4 m
F = 150 NF
3
-
Menyatakan bahawa apabila kerja dilakukan, tenaga dipindahkan
dari satu objek ke satu objek yang lainState that when work is
done, energy is transferred from one object to another Tenaga boleh
ditakrifkan sebagai kebolehan untuk melakukan kerja. Energy can be
defined as the ability to do work.
Satuobjekyangbolehmelakukankerjadikatakanmempunyaitenaga./An object
that can do work has energy.
Tenagabolehwujuddalampelbagaibentuk,misalnya/Energy exists in many
forms, for example:
(a) Tenaga keupayaan graviti/Gravitational potential energy(b)
Tenaga kinetik/Kinetic energy(c) Tenaga keupayaan kenyal/Elastic
potential energy(d) Tenaga keupayaan elektrik/Electric potential
energy(e) Tenaga bunyi/Sound energy(f) Tenaga mekanik/Mechanical
energy(g) Tenaga nuklear/Nuclear energy
Kerja dilakukan apabila daya dikenakan ke atas objek dan objek
itu bergerak. Ini diikuti dengan pemindahan tenaga dari satu objek
ke objek lain.Work is done when a force is applied on an object and
the object moves. This is followed by the transference of energy
from one object to another.
Oleh itu, apabila kerja dilakukan, tenaga dipindahkan dari satu
objek ke satu objek yang lain.Therefore, when work is done, energy
is transferred from one object to another.
05 FIZ Form 4 Ch2 D 2F.indd 92 9/10/13 4:14 PM
4
5 Satu daya 25 N digunakan untuk mengangkat sebuah beg. Encik
Rahim berjalan sejauh 20 m dengan memegang beg itu. Berapakah kerja
yang dilakukan oleh Encik Rahim terhadap beg itu? Terangkan jawapan
anda.A force of 25 N is used to lift a bag. Encik Rahim walks a
distance of20 m holding the bag. How much work is being done by
Encik Rahim with respect to the bag? Explain your
answer.Penyelesaian/SolutionKerja dilakukan adalah sifar kerana
daya adalah berserenjang dengan sesaran.Work done is zero because
the force is perpendicular to the displacement.
F = 25 N
Sesaran/Displacement = 20 m
-
Kirakan tenaga keupayaan graviti bagi setiap keadaan
berikut.Calculate the gravitational potential energy for each of
the following.
BeratWeight
PendulumBob
KotakBox
m = 2 kgm = 0.3 kg
m = 0.3 kg
h = 0.8 mh = 20 cm
h = 1.2 m
Penyelesaian/SolutionE = mgh E = mgh E = mgh = (2 kg) (10 m s2)
(0.8 m) = (0.3 kg) (10 m s2) (0.2 m) = 0.3 kg 10 m s2 1.2 m = 16 J
= 0.6 J = 3.6 J
Contoh/Example
Definisi tenaga keupayaan graviti/Define gravitational potential
energy
Seorang budak perempuan membuat kerja apabila dia memanjat
tangga sebuah papan gelongsor. Dia mempunyai tenaga keupayaan
gravity apabila dia berada pada kedudukan tertinggi papan gelongsor
itu.A girl does work when she climbs up the stairs of a sliding
board. She has gravitational potential energy when she is at the
top of the sliding board.Tenaga keupayaan gravity ialah tenaga yang
tersimpan dalam objek disebabkan ketinggian (kedudukan) nya
daripada permukaan bumi.The gravitational potential energy is the
energy stored in the object because of its height (position) above
the earths surface.Tenaga keupayaan graviti adalah sama dengan
kerja dilakukan untuk menaikkan satu objek kepada satu ketinggian
tertentu. Daya diperlukan untuk menaikkan objek adalah sama dengan
berat objek, F = mg.The gravitational potential energy is equal to
the work done to raise an object to a particular height. The force
required to raise the object is the same as the weight of the
object, F = mg.Jika jarak menegak yang dilalui oleh objek ialah
h,/If the distance moved by the object is h,Kerja dilakukan, W = F
s = mg h = mgh
BolaBall
KedudukanakhirFinalposition
KedudukanawalInitialposition
Jisim/Mass= m kg
h
Tenaga keupayaan graviti,Gravitational potential Energy, EP =
W
Work done, W = F s = mg h = mgh
(a) (b) (c)
05 FIZ Form 4 Ch2 D 2F.indd 93 9/10/13 4:14 PM
5
-
Nota/Notes: 1 Tenaga keupayaan graviti bagi objek
bergantung padaThe gravitational potential energy of an object
depends on the
(a) jisim objek, m mass of the object, m (b) kekuatan medan
graviti, g
gravitational field strength, g (c) perubahan ketinggian, h
change in height, h
2 "Kehilangan" tenaga keupayaan graviti tidak bergantung pada
kecerunan tetapi bergantung pada jarak tegak
.
ia bergerak.The "loss" of gravitational potential energy does
not depend on the gradient of the slope but depends on the vertical
distance
traversed.
Tenaga keupayaan graviti 100 JGravitational potential energy 100
J
Kerja dilakukanWork done in this path= mgh= 100 J
Kerja dilakukansepanjang landasanWork done alongthis path= 100
J
h m
A A A
B B B
Definisi tenaga kinetikDefinition of kinetic energy
Seorang budak lelaki yang sedang mengayuh basikal mempunyai
tenaga kinetik. Apabila dia mengayuh lebih pantas, maka dia
mempunyai tenaga kinetik yang lebih besar. Pada keadaan pegun, dia
tidak mempunyai tenaga kinetik.A boy riding a bicycle possesses
kinetic energy. When he rides faster, he will have more kinetic
energy. When he is stationary, he does not have any kinetic
energy.
Tenaga kinetik ialah tenaga yang diperoleh sesuatu objek
disebabkan oleh gerakannya. Kinetic energy is the energy of an
object due to its motion.
Tenaga kinetik = 12
mv2
di mana m = jisim v = halaju
Kinetic energy = 12
mv2
where m = mass v = velocity
05 FIZ Form 4 Ch2 D 2F.indd 94 9/10/13 4:14 PM
6
-
1 Sebiji bola berjisim 0.5 kg bergerak dengan halaju 4 m s-1.
Hitungkan kerja dilakukan.A ball of mass 0.5 kg moves with velocity
of 4 m s-1. Calculate the work done. Penyelesaian/SolutionKerja =
Tenaga kinetik =
12
mv2
= 12
(0.5 kg) (4 m s1)2
= 4.0 J
Work done = Kinetic energy =
12
mv2
= 12
(0.5 kg) (4 m s1)2
= 4.0 J
2 Sebuah kereta berjisim 950 kg bergerak dengan halaju malar 20
m s-1 selama satu minit. Hitungkan kerja yang dilakukan oleh kereta
itu dalam tempoh yang tersebut.A car of mass 950 kg moves at a
constant velocity of 20 m s-1 for one minute. Calculate the work
done by the car during this period.
m = 950 kg
v = 20 m s1
Penyelesaian/SolutionKerja dilakukan = Tenaga kinetikWork done =
Kinetic energy = 1
2 mv2
= 12
(950 kg) (20 m s1)2
= 190 000 J
Menyatakan prinsip keabadian tenaga/State the principle of
conservation of energy
Prinsip keabadian tenaga menyatakan bahawa tenaga boleh berubah
dari satu bentuk ke satu bentuk yang lain, tetapi tidak boleh
dicipta atau dimusnahkan.The principle of conservation of energy
states that energy can be changed from one form to another form,
but it cannot be created or destroyed.
Jumlah tenaga di dalam sistem diabadikan /The total energy in a
system is conserved .
Jumlah tenaga sebelum berubah kepada bentuk tenaga yang lain =
Jumlah tenaga selepas berubah kepada bentuk tenaga yang lain.Total
energy before conversion to other forms of energy = Total energy
after conversion to other forms of energy.
05 FIZ Form 4 Ch2 D 2F.indd 95 9/10/13 4:14 PM
LATIHAN
7
-
Aktiviti: Keabadian Tenaga/Activity: Conservation of Energy
1 (a) Sebiji bola dipegang pada ketinggian tertentu di atas
lantai. Hold a ball at a certain height above the floor.
Apakah jenis tenaga yang terdapat pada bola?What is the energy
gained by the ball?Tenaga keupayaan graviti/Gravitational potential
energy
(b) Bola dilepaskan. Release the ball. (i) Apakah jenis tenaga
yang dipunyai oleh bola sejurus sebelum ia
menghentam lantai?What is the energy gained by the ball just
before it hits the floor?Tenaga kinetik/Kinetic energy
(ii) Dari manakah tenaga pada bola itu berasal?Where does the
energy of the ball originate?Tenaga keupayaan graviti/Gravitational
potential energy
(iii) Apakah hubungan antara tenaga di (a) dengan tenaga di
(b)?What is the relationship between the energy in (a) and the
energy in (b)?Sama/Equal
2 (a) Troli ditolak ke arah dinding untuk memampatkan spring.
Push a trolley against a wall to compress a spring.
Apakah tenaga yang tersimpan di dalam spring?What is the energy
stored in the spring?Tenaga keupayaan kenyal
Elastic potential energy
(b) Troli dilepaskan supaya ia bergerak menjauhi dinding.
Release the trolley so that it moves away from the wall.
Apakah yang berlaku kepada tenaga yang tersimpan di dalam
spring?What happens to the energy stored in the spring? Tenaga
keupayaan kenyal ditukarkan kepada tenaga kinetik. The elastic
potential energy is transferred to kinetic energy.
BolaBall
Lantai/Floor
KetinggianHeight
05 FIZ Form 4 Ch2 D 2F.indd 96 9/10/13 4:14 PM
8
-
-2)A durian falls from a height of 15 m. What is the velocity of
the durian just before it hits the ground? (Assume that g = 10 m
s-2)Penyelesaian/Solution mgh = mv2 v2 = 2gh = 2 10 m s2 15 m v =
17.32 m s1
Penyelesaian/SolutionJumlah tenaga di A = Jumlah tenaga di B
Total energy at A = Total energy at B mgh = mv2 v2 = 2gh = 2 10 m
s2 0.8 m = 16 m2 s2 v = 4 m s1
0.8 m
B
A
05 FIZ Form 4 Ch2 D 2F.indd 97 9/10/13 4:14 PM
9
1 Sebuah troli dilepaskan dari keadaan rehat pada titik X.
Berapakah halaju troli di titik Y?A trolley is released from rest
at point X. What is the velocity of the trolley at point
Y?Penyelesaian/SolutionDari X ke Y, jarak tegak = 1.5 mFrom X to Y,
the vertical distance = 1.5 m h = 1.5 m mgh = 1
2 mv2
v2 = 2gh = 2 (10 m s2)(1.5 m) v = 5.48 m s1
2 Sebiji bola bergerak di sepanjang permukaan mengufuk yang
licin dengan halaju 6 m s-1. Bola itu kemudiannya bergerak naik ke
atas satu satah condong licin. Ketinggian satah condong itu ialah
1.5 m. Berapakah halaju bola itu di titik B?A ball is moving along
a smooth horizontal surface at a velocity of 6 m s-1. The ball then
moves up a smooth inclined plane. The height of the inclined plane
is 1.5 m. What is its velocity at point B?Penyelesaian/Solution
Jumlah tenaga di A = Jumlah tenaga di B Total energy at A = Total
energy at B
12 mvA
2 = mgh + 12 mB
2
12 (6 m s
1)2 = (10 m s2)(1.5 m) + 12 vB2
12 vB
2 = (18 15) m2 s2
vB = 2.45 m s1
2.5 m
2 kg
1.0 m
X
Y
Z
vA = 6 m s1
vB = ?
1.5 m
A
B
3 Sebiji durian jatuh dari ketinggian 15 m. Berapakah halaju
buah durian itu sejurus sebelum ia menghentam tanah? (Andaikan
bahawa g = 10 m s
4 Sebiji bola dilepaskan pada titik A dari ketinggian 0.8 m
dengan menggunakan landasan licin. Berapakah halaju bola itu pada
titik B?A ball is released at point A from a height of 0.8 m using
a smooth inclined plane. What is the velocity of the ball at point
B?
UserTypewritten textLatihan Akhir
-
5.0 m. J, K, L, M, N, O, P dan Q menunjukkan beberapa peringkat
lompatan yang dibuat oleh atlit. Pada titik N, ketinggian atlit
dari paras palang ialah 0.2 mThe diagram shows a pole vault jumper
of mass 60 kg jumping over the bar of height 5.0 m. J, K, L, M, N,
O, P and Q show the different stages of the jump made by the
athlete. At point N, the athlete clears the bar with 0.2 m to
spare.
GalahPole
J K
L
M
NO
P
Q
Tilam getah yang tebalA thick rubber maltress
(a) Mengapakah atlit diperlukan untuk memecut kepada halaju
tertentu pada peringkat J ke K sebelum dia mula melompat?Why is the
athlete required to accelerate from J to K to a certain velocity
before he begins to jump?Untuk menambahkan tenaga kinetik. Apabila
halaju bertambah, maka tenaga kinetik bertambah.To increase the
kinetic energy. Kinetic energy increases with velocity.
(b) Terangkan mengapa galah itu perlu dibengkokkan di L.Explain
why the pole has to be bent at L.Untuk mendapatkan tenaga keupayaan
kenyal yang maksimum.To get maximum elastic potential energy.
(c) Kirakan tenaga keupayaan graviti bagi atlit pada titik
N.Calculate the gravitational potential energy of the athlete at
point N.E = mgh = (60 kg) (10 m s2) (5.2 m) = 3 120 J
(d) Berapakah pecutan menegak atlit di peringkat P?What is the
vertical acceleration of the athlete at stage P?10 m s-2
(e) Mengapa sebuah tilam getah yang tebal diletakkan di kawasan
di mana atlit mendarat?Why is a thick rubber mattress placed in the
area where the athlete lands?Menambahkan masa hentaman untuk
mengurangkan daya impuls.Increase the time of collision to reduce
impulsive force.
05 FIZ Form 4 Ch2 D 2F.indd 103 9/10/13 4:14 PM
10
5. Rajah menunjukkan atlit lompat bergalah berjisim 60 kg
melompat melepasi palang pada ketinggian
UserTypewritten textL