Module 1 Unit 5: Matter and MaterialsSCE3105 Fizik dalam Konteks
Hidupan HarianTOPIK 1
FIZIK DAN PENGUKURAN DALAM KEHIDUPAN HARIAN
Sinopsis
Sains fizik adalah berasaskan beberapa prinsip dan melibatkan
perkembangan konsep. Aplikasi prinsip-prinsip dan konsep-konsep
biasanya melibatkan melibatkan satu atau lebih kuantiti-kuantiti
fizik. Hampir seluruh dunia menggunakan sistem metrik dalam
kehidupan harian. Satu adaptasi sistem metrik 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 lain2. Menulis kuantiti fizik yang sangat besar atau
sangat kecil ke dalam bentuk piawai3. Menulis kuantiti fizik kepada
angka bererti yang sesuai4. Menyatakan teknik-teknik pengukuran
yang sesuai
Gambaran KeseluruhanRajah 1.1 Gambaran Keseluruhan Isi
kandungan
Isi Kandungan 1.1 Pertukaran Unit Seperti sistem nombor, sistem
metrik adalah satu sistem perpuluhan. Imbuhan digunakan untuk
menukar unit SI dalam kuasa sepuluh. Contohnya, satu persepuluh
meter adalah satu desimeter, satu per seratus meter adalah
sentimeter.
Unit metrik untuk semua kuantiti menggunakan imbuhan yang sama.
Contohnya, satu per seribu gram adalah satu miligram, dan satu ribu
gram adalah satu kilogram. Oleh itu, untuk menggunakan unit-unit SI
dengan berkesan, adalah penting untuk mengetahui maksud
imbuhan-imbuhan seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1.1.
Jadual 1.1 ImbuhanNilaiBentuk PiawaiSimbol
Tera1 000 000 000 0001012T
Giga1 000 000 000109G
Mega1 000 000106M
Kilo1 000103k
Desi0.110-1d
Senti 0.0110-2c
Mili0.00110-3m
Mikro0.000 00110-6
Nano0.000 000 00110-9n
Piko0.000 000 000 00110-12p
Melayari Internet (1 jam)
Layari laman web berikut untuk mengumpul maklumat mengenai Unit
SI dan sejarah perkembangan Unit SI. Sediakan satu rumusan terhadap
kefahaman anda mengenai Unit SI dalam buku nota refleksi.
http://www.bipm.org/en/si/http://en.wikipedia.org/wiki/SI
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) = 500 x 10-3 m = 5 x 10-1 m.
Latihan
1. Tukarkan setiap pengukuran panjang yang diberi kepada nilai
yang setara dalam meter. . a. 1.1 cmb. 56.2 pmc. 2.1 kmd. 0.123
Mm
2. Tukarkan setiap pengukuran jisim berikut kepada nilai setara
dalam kilogram
a. 147 gb. 11 gc. 7.23 Mgd.478 mg
1.2 Bentuk Piawai
Kajian dalam sains biasanya melibatkan kuantiti-kuantiti yang
sangat besar atau sangat kecil. Sebagai contoh, jisim bumi adalah
lebih kurang6 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 sangat besar dan sukar digunakan untuk pengiraan. Oleh itu,
untuk memudahkan pengiraan dilakukan dengan nombor-nombor sebegini,
kita tulis dalam bentuk yang lebih ringkas dengan menggantikan
nombor perpuluhan dengan nombor kuasa asas sepuluh.
Bentuk piawai adalah M x 10n
dengan 1 M < 10 dan n adalah integer Dengan itu, jisim bumi
boleh di tulis sebagai 6.0 x 1024 kg dan jisim elektron sebagai
9.11 x 10-31 kg. Magnitud sesuatu kuantiti fizik biasanya
dibundarkan kapada tiga atau empat angka bererti.
1.3Angka Bererti
Oleh kerana kepekaan alat-alat pengukur adalah terhad, bilangan
angka yang sah bagi mana-mana pengukuran adalah terhad. Angka yang
sah ini di panggil angka bererti.
Bilangan angka bererti dalam satu pengukuran boleh ditentukan
dengan merujuk kepada 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 titik perpuluhan adalah
tidak bererti.
Berfikir (1 jam)
Bagaimanakah kamu melakukan hasil tambah, hasil tolak dan hasil
darab terhadap nombor-nombor angka bererti? Rujuk kaedah matematik
untuk melakukan operasi ini.
1.4 Kejituan dan kepersisan
Kepersisan adalah darjah kebolehan pengukuran untuk menghasilkan
bacaan yang konsisten dengan sisihan relatif yang kecil. Sebagai
contoh, jika seorang pelajar menjalankan eksperimen untuk mengukur
halaju cahaya, dia akan mengulanginya 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 puratanya adalah 3.001 x
108 m/s dan sisihan min adalah 0.001 x 108 m/s. Sisihan relatif
dikira menggunakan rumus berikut:-Sisihan relatif = sisihan min x
100% Nilai purataDia mendapati nilai sisihan relatif adalah 0.033%.
Dia membuat kesimpulan bahawa 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. Oleh yang demikian,
kepersisan pengukuran adalah tinggi kerana nilai sisihan relatif
adalah kecil. Kepersisan alat pengukur adalah terhad kepada bacaan
terkecil pada alat pengukur.
Kejituan adalah sejauh manakah nilai yang diukur hampir kepada
nilai sebenar. Dalam eksperimen mengukur halaju cahaya, kejituan
adalah perbezaan antara nilai-nilai yang diukur oleh pelajar yang
mempunyai kepersisan yang sama. Sebagai contoh, ukuran pelajar
adalah 2.998 x 108 m/s dibandingkan dengan nilai sebenar iaitu
3.002 x 108 m/s. Oleh itu, kejituan pengukuran adalah 0.004 x 108
m/s.
Oleh itu, kejituan satu alat pengukur bergantung kepada betapa
hampir nilai yang diukurnya dengan nilai sebenar.
Rajah 1.2 Alat-alat untuk mengukur panjang
1.5Teknik-teknik pengukuran yang baik
Dalam kajian fizik secara eksperimen, pengukuran yang jitu dan
persis harus diberi 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 diameter dawai 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.
Perbincangan ( 1 jam)
Bincangkan alat-alat pengukur yang sesuai bagi mengukur
kuantiti-kuantiti fizik berikut; panjang tali, ketebalan satu
keping kertas, ketebalan cermin tingkap, ketebalan sebuah buku dan
lebar meja
Rujukan
http://www.bipm.org/en/si/http://en.wikipedia.org/wiki/SI(Sistem
International)
TOPIK 2
GERAKAN DALAM ARAH MANA?
Sinopsis
Dalam kehidupan harian, pergerakan objek diwakilkan dengan
perkataan seperti jarak dan laju. Dalam fizik, kita menggunakan
perkataan seperti sesaran, halaju dan pecutan untuk mewakili
pergerakan. Perbezaan antara jarak dan sesaran adalah dari segi
kuantitinya. Jarak adalah kuantiti skalar kerana ia mempunyai
magnitud sahaja manakala sesaran pula adalah kuantiti vektor kerana
ia mempunyai magnitud dan arah.
Hasil Pembelajaran
1. Menyatakan cara mewakilkan kuantiti vektor 2. Melakukan hasil
tambah dan hasil tolak vektor menggunakan kaedah grafik3.
Menyatakan halaju relatif4. Menyatakan komponen-komponen vektor5.
Melakukan hasil tambah vektor secara algebra
Gambaran Keseluruhan
GerakanKuantiti vektorHasil tambah dan hasil tolak
vektorGrafikAlgebraKomponen vektorKuantiti skalarHalaju relatif
Rajah 2.1 Gambaran keseluruhan isi kandungan
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-huruf A, B dan sebagainya.
2.2 Hasil tambah vektor Hasil tambah vektor dalam satu
dimensi
Jika seorang kanak-kanak bergerak 200 m ke timur, dan seterusnya
400 m ke timur, jumlah sesarannya dicari dengan menambahkan dua
vektor tersebut. A dan B dilukis mengikut skala seperti ditunjukkan
dalam Rajah 13.2(a). Oleh itu magnitud paduan daya, R = A + B atau,
R = 200m + 400m =600 m, dan arah paduan daya adalah ke timur. Oleh
itu paduan daya, A dan B adalah 600m ke timur.Perhatikan rajah (b)
dan (c). Fikirkan bagaimana kamu boleh memperoleh paduan daya
secara grafik bagi rajah-rajah tersebut. Rajah 2.2
Hasil tambah vektor dalam dua dimensi
Langkah 1: Lukis segiempat selariLangkah 2 : Lukis vektor
paduanAB
Skala: 1 cm mewakili 20NRajah 2.3
Apakah magnitud vektor paduan, R?
Rujukanhttp://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 tambah dua 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
kepada pemerhati. Satu kapal terbang yang bergerak pada satu arah
akan mengalami perubahan arah dan halaju.
Halaju kapal terbang + halaju angin = Halaju paduan Halaju
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 ?
Bacaan
Sila rujuk lama web berikut untuk melihat beberapa aplikasi
vektor untuk mencari halaju relatif
http://physics.bu.edu/~duffy/java/RelV2.html
2.5 Komponen-komponen vektor
Komponen vektor bermaksud bahagian-bahagian dalam vektor. Dalam
kebanyakan situasi, komponen vektor yang penting adalah komponen-x
dan komponen-y.
35F = 316N
Rajah 2.3
Warna merah pada Rajah 2.3 menunjukkan komponen-x vektor F, dan
warna hitam 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:
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
vektor paduan.
Langkah 3: Menggunakan trigometri untuk mencari sudut arah
vektor paduan,
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.htmlhttp://physics.bu.edu/~duffy/java/RelV2.html(halaju
relatif)
TOPIK3
GERAKAN DALAM SATU DIMENSI
Sinopsis
Gerakan objek akan menyebabkan perubahan kedudukan mereka.
Peruabahan kedudukan adalah disebabkan daya yang dikenakan ke atas
objek. Gerakan biasanya dinyatakan dalam sebutan halaju, pecutan,
sesaran dan masa. Halaju objek tidak berubah kecuali jika terdapat
daya bertindak keatasnya. Terdapat pelbagai jenis daya yang
bertindak ke atas satu jasad bergerak, samada memecut, menyahpecut
atau kekal pegun. Dalam bahagian ini, anda akan mempelajari
jenis-jenis daya yang bertindak dalam ke atas suatu objek dan
melukis daya-daya tersebut dalam satu rajah jasad bebas.
Hasil Pembelajaran1. Menerangkan daya-daya berikut; geseran,
normal, tegangan, julangan dan berat dan membincangkan tindakan
daya-daya dalam konteks yang berlainan2. Membina rajah jasad bebas
dalam pelbagai konteks; halaju seragam, memecut, jatuh bebas dan
sebagainya
Gambaran Keseluruhan
Rajah 3.1 Gambaran Keseluruhan Isi Kandungan
Isi kandungan
3.1 Jenis-jenis Daya
Daya adalah tolakan atau tarikan ke atas suatu objek yang
mengakibatkan interaksi 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
dengan 1kgms-2. Daya adalah satu kuantiti vektor. Ia mempunyai
kedua-dua magnitud dan arah.
Beberapa daya antara objek yang akan dibincangkan adalah:
Jenis-jenis daya
Daya geseran
Daya graviti (berat)
Daya normal
Daya tegangan
Daya Julangan
Daya geseran
Daya geseran adalah daya yang dikenakan oleh satu permukaan
apabila satu cuba bergerak melaluinya. Ia biasanya bertindak pada
arah yang bertentangan dengan arah gerakan. Terdapat dua jenis daya
geseran iaitu daya geseran statik dan daya geseran
menggelongsor.
Geseran dihasilkan oleh dua permukaan ditekankan bersama,
menyebabkan daya tarikan molekul antara molekul dari permukaan
berbeza. Geseran bergantung kepada jenis permukaan dan sekuat mana
bahan ditekan. Geseran maksimum boleh dikira menggunakan rumus
berikut:
Fgeseran x Fnormaldi mana = koefisien geseran
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 rintangan udara) dikatakan sebagai jatuh bebas. Objek yang
jatuh bebas akan mengalami pecutan 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
dangan satu 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 yang bersentuh. Misalnya, seorang yang bersandar
pada suatu dinding akan mengenakan satu daya ufuk ke atas dinding.
Maka dinding akan mengenakan satu daya normal ufuk ke atasnya
(Rajah 3.2b).
(a)(b)Rajah 3.2
Daya tegangan
Daya tegangan adalah daya yang dipindahkan melalui tali, benang,
kabel atau wayar yang ditarik dengan tegang pada daya yang
dikenakan pada kedua-dua hujungnya.
Daya Julangan
Daya julangan adalah daya yang menolak objek ke atas dan
menyebabkan ia kelihatan kehilangan berat dalam bendalir (cecair
atau gas). Ia juga boleh menyebabkan kapal terbang bergerak melalui
udara.
3.2Membina rajah jasad bebas yang melibatkan daya-daya diatas
dalam pelbagai konteks
Rajah jasad bebas adalah rajah-rajah yang digunakan untuk
menunjukkan magnitud relatif dan arah semua daya-daya yang
bertindak ke atas suatu objek dalam suatu situasi.
Rajah harus mengandungi komponen-komponen berikut:(1) Anak
panah: saiz anak panah mewakili magnitud daya arah anak panah
mewakili arah daya(2) Label daya yang bertindak: daya dilabel untuk
mewakili jenis daya Contoh Ffric = daya geseran Fgrav = daya
graviti Fnorm = daya normal Ftens = daya tegangan (3)Objek diwakili
dengan titik atau kotak, dan daya-daya dilukis daripada pusat titik
atau kotak itu
Contoh:
Fnorm : daya normalFap : daya aplikasiFfric atau Fgeseran : daya
geseran Fgrav : daya graviti
Contoh-contoh:Sebuah buku berada di atas permukaan meja
Seorang budak perempuan duduk di atas buaian
Sabuah buku ditolak ke kanan di atas meja supaya ia bergerak
dengan pecutan
Sebuah kereta yang bergerak kekanan atas permukaan jalan yang
kasar sedang dinyahpecut
Latihan
Lukis 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
3.4Rujukan
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.htmlhttp://www.zephyrus.co.uk/forcetypes.html
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 dalam suatu hala tertentu misalnya ufuk
akan menghasilkan suatu gerakan dalam arah ufuk juga. Ia dinamakan
sebagai gerakan dalam satu dimensi. Jika satu lagi daya yang sama
tetapi bertentangan arah dengan daya ufuk tadi dikenakan pada
objek, dua daya itu dikatakan dalam keadaan seimbang. Dengan itu
tiada gerakan akan dihasilkan. Daya dalam dua arah berlainan dan
tidak seimbang menghasilkan gerakan dalam dua dimensi. Suatu objek
yang terletak pada suatu satah condong akan mengalami beberapa daya
yang berlainan untuk menghasilkan gerakan dua dimensi. Dalam topik
ini, anda akan didedahkan kepada konsep keseimbangan antara daya
bagi daya dalam dua dimensi dan aplikasinya dalam satah condong
serta gerakan projektil.
Hasil Pembelajaran
1. Menyatakan syarat untuk keseimbangan untuk objek dikenakan
daya-daya 2. Mengenalpasti daya yang dapat mewujudkan keseimbangan
dalam situasi yang melibatkan tiga daya3. Menghurai gerakan objek
pada suatu satah condong.4. Menghurai gerakan projektil.
Gambaran Keseluruhan
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 yang
bertindak ke atasnya adalah sifar. Dalam keadaan seimbang, objek
akan menjadi pegun atau bergerak dengan halaju seragam. Keadaan
keseimbangan juga akan berlaku apabila daya paduan untuk tiga atau
lebih daya yang bertindak ke atas suatu objek adalah sifar.
Rajah 4.1(a) menunjukkan tiga daya yang bertindak ke atas suatu
objek berbentuk titik. Apakah paduan daya A, B dan C yang bertindak
pada objek tersebut?
Rajah 4.1(b) menunjukkan hasil tambah tiga daya A, B dan C.
Perhatikan bahawa ketiga-tiga daya itu membentuk satu segitiga
tertutup. Ini bermakna tiada daya bersih ke atas objek tersebut,
jadi hasil tambah ketiga-tiga daya itu adalah sifar. Objek itu
adalah dalam keadaan keseimbangan.
(a)(b)
Rajah 4.2 Objek adalah dalam keadaan seimbang jika kesemua daya
yang bertindak ke atasnya mempunyai paduan atau hasil tambah sama
dengan sifar.(Punca: Physics: Principles and Problem)
Katakan terdapat dua daya, L dan M(Rajah 4.3(a)) bertindak ke
atas sesuatu objek dan hasil tambah dua daya bukan sifar.
Bagaimanakah anda mencari satu daya 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
L dan 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 L dan M. Daya pengimbang adalah daya yang
mempunyai magnitud yang sama tetapi dengan arah bertentangan dengan
R.(Rajah 4.3 (c)
(a) (b)
(c)
Rajah 4.3 Daya pengimbang mempunyai magnitud yang sama dengan
daya paduan tetapi bertindak pada arah yang bertentangan.
Latihan
Layari internet untuk mencuba soalan berkaitan dengan daya
Keseimbangan. Berikut adalah suatu sumber web yang anda boleh
membuat latihan secara interaktif dalam topik daya keseimbangan
http://glencoe.mcgraw-
hill.com/sites/0078807220/student_view0/chapter5/interactive_tutor.html
4.2Gerakan 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? Rajah 4.4 menunjukkan daya yang bertindak
ke atas objek itu.
Rajah 4.4 Tindakan daya
Dalam Rajah 4.4, N adalah daya normal yang bertindak secara
serenjang kepada satah lereng bukit dan F adalah daya geseran yang
bertindak secara selari dengan satah lereng bukit. Arah tindakan
daya geseran F adalah berlawanan dengan arah gerakan objek. Apabila
objek itu adalah dalam keadaan pegun, daya-daya yang bertindak pada
objek itu adalah seperti ditunjukkan dalam Rajah 4.5.
Rajah 4.5
Untuk memudahkan kajian gerakan objek pada satah condong, satu
sistem koordinat yang bersesuaian untuk arah gerakan digunakan.
Komponen daya paksi-x selari dengan satah lereng bukit dan komponen
daya pada paksi-y adalah serenjang dengan satah lereng.
Dalam sistem koordinat ini, daya normal dan daya geseran tidak
perlu ditukar manakala daya tarikan graviti perlu dileraikan kepada
dua komponen daya, satu mengikut paksi-x dan satu lagi mengikut
paksi-y.
Rajah 4.6
4.3Gerakan Projektil
Dalam 2-D, objek bergerak dalam kedua-dua arah x dan y.
(Pertimbangkan gerakan x dan y sebagai dua kes yang berlainan i.e.
pertimbangkan hanya satu arah 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
dinamakan projektil. Lauan parabolik projektil dinamakan
trajektori.
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. Graviti bertindak untuk mempengaruhi gerakan menegak
projektil, maka menyebabkan pecutan menegak.
Gerakan mengufuk projektil adalah hasil kecenderungan objek yang
bergerak untuk mengekalkan gerakan pada halaju tetap. Disebabkan
ketiadaan daya pada arah mengufuk, projektil mengekalkan gerakan
dengan halaju mengufuk yang tetap. Daya mengufuk TIDAK DIPERLUKAN
untuk mengekalkan projektil bergerak mengufuk. Hanya satu daya
sahaja yang bertindak ke atas projektil iaitu GRAVITI.
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 - gt y = vyot - 1/2at 2 vy2
= vy02 - 2gy.
Contoh soalan
1.Sebuah kapalterbang menjatuhkan bungkusan makanan kepada
sekumpulan peneroka yang terkandas. Kapalterbang bergerak mengufuk
40.0 m/s pada 100m dari tanah.
Cari a) Dimanakah bungkusan makanan mula menyentuh tanah relatif
kepada tempat mula ia dijatuhkan.b) Halaju bungkusan makanan
sebelum ia menyentuh tanah.
Penyelesaian 1(a).
Langkah 1:
Pisah dan jadualkan gerakan dalam komponen x dan y.
Gerakan-xGerakan y
x =?y = - 100 m
v0x = 40 m/s v0y = 0
ax = 0 ay = - 9.8 m/s 2
Langkah 2:
Mula2 cari masa di udara daripada gerakan y .
y = voyt + ayt 2
- 100 = (- 9.8)t 2
t = 4.5 s.
Langkah 3:
Kemudian, cari x daripada: x = vx0t + axt 2
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.
Tanda negatif menunjukkan bungkusan makanan jatuh ke bawah. Oleh
kerana ax = 0 , maka vx = v0x = 40 m/s . Kita boleh gabung dua
komponen halaju untuk mencari,
v = = 59.5 m/s
Fikir
Layari laman web berikut yang menunjukkan satu animasi yang
berkaitan dengan daya yang bertindak ke atas seorang pemain ski
http://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%205/Motion%20Along%20an%20Inclined%20Plane.swfCuba
kaji dengan teliti tayangan berkenaan dan bina sebuah gambarajah
untuk menyatakan daya yang bertindak pada seorang yang sedang
bergerak turun suatu satah condong seperti dalam pemainan
gelongsor.
4.4Rujukan
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.
TOPIK 5
APLIKASI HUKUM-HUKUM NEWTON DALAM KEHIDUPAN HARIAN
Sinopsis
Daya merupakan sesuatu yang kerap digunakan dalam kehidupan anda
seharian. Daya-daya boleh diklasifikasi kepada daya sentuhan dan
daya yang bertindak dari jarak jauh tanpa sentuhan. Daya memainkan
peranan yang utama dalam perkembangan manusia sejak purba kala dan
alhi sains yang terkenal sekali, Isaac Newton telah membentukkan
tiga Hukum tentang daya. Dalam topik ini, anda akan didedahkan
kepada Hukum-hukum gerakan Newton dan aplikasinya untuk membantu
anda memahami banyak peritiwa melibatkan penggunaan daya dalam
kehidupan seharian.
Hasil Pembelajaran
1. Menakrifkan daya serta membeza antara daya sentuhan dan daya
tanpa sentuhan 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
Gambaran Keseluruhan
Rajah 5.1 Gambaran Keseluruhan Isi Kandungan
Isi Kandungan
5.1 Jenis Daya
Daya boleh diklasifikasikan kepada 2 jenis iaitu daya
bersentuhan dan daya bertindak secara jauh. Daya bersentuhan
bertindak dalam situasi dimana satu sentuhan berlaku antara objek
dengan daya itu seperti daya geseran yang bertindak apabila dua
permukaan bersentuhan.Daya secara jauh bertindak tanpa sentuhan
antara daya dengan objek berkenaan seperti daya magnet dan
graviti.
Hukum gerakan Newton pertama
Suatu objek yang berada dalam keadaan pegun atau bergerak dengan
laju seragam akan terus kekal dalam keadaan yang sama sekiranya
tiada daya luar bertindak ke atas objek itu. Hukum ini juga
dikenali sebagai Hukum inersia.
Inersia adalah kecenderungan suatu objek untuk menentang
sebarang perubahan dalam keadaannya.
Pemandu tercampak keluar kereta apabila kereta di brek.Duit
syiling jatuh ke dalam gelas apabila kadbod disentap(i)(ii)Rajah
5.2
Rajah 5.2(i) menunjukkan seorang pemandu yang tidak memakai tali
pinggang keledar. Apabila kereta dibrek, pemandu itu tercampak
keluar daripada kereta. Hal ini demikian kerana inersia badan
beliau cuba mengekalkan keadaan asalnya yang bergerak Walaupun
kereta telah berhenti, badannya masih bergerak kehadapan dan
menyebabkannya tercampak keluar kereta.
Rajah 5.2(ii) menunjukkan suatu duit syiling diletakkan di atas
sekeping kadbod yang 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, lalu ia jatuh ke
bawah kerana tarikan graviti.
Kedua-dua contoh di atas menunjukkan aplikasi-aplikasi hukum
Newton pertama di mana objek yang bergerak atau pegun akan
mengekalkan keadaan asalnya yang bergerak atau pegun selagi tiada
daya luar bertindak ke atasnya
Hukum gerakan Newton kedua
Hukum gerakan Newton kedua menyatakan bahawa kadar perubahan
momentum adalah berkadar terus dengan daya paduan yang bertindak ke
atas objek itu. Perubahan momentum adalah dalam arah yang sama
dengan arah tindakan daya paduan itu.
Persamaan yang dihasilkan dari hukum gerakan Newton kedua adalah
Daya paduan (F) = Jisim x Pecutan (m x a) atau F = ma
Contoh:
Lebih mudah menarik batu yang kecil daripada batu yang besar
dengan menggunakan 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.(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 daya tindakbalas yang bermagnitud sama tetapi bertindak pada
arah yang bertentangan.
Contoh:
Tindakan belon adalah naik ke atas apabila udara di dalamnya
dilepaskan. Udara akan mengenakan daya tindakan ke arah bawah.
Tindak balas adalah gerakan belon ke atas.Apabila dua pelajar
berada di atas kasut roda dan megenakan daya tolakan antara satu
sama lain (tindakan), kaki mereka akan bergerak pada arah
bertentangan (tindakbalas). Hal ini demikian kerana daya tindakan
yang sama magnitudnya terhasil pada arah yang bertentangan akibat
daya tolakan itu. Bila anda berjalan di atas rumput, anda
mengenakan daya kepada kasut ke arah ke belakang kepada rumput.
Rumput mengenakan daya tindakan kepada anda ke hadapan. Daya-daya
tindakan dan tindak balas adalah akibat daya geseran antara tapak
kasut dengan rumput . Menurut hukum Newton ketiga, rumput menolak
ke hadapan kepada tapak kasut untuk membenarkan anda bergerak ke
hadapan.
5.2Aplikasi Hukum-hukum Newton
Contoh
1.Seekor gajah Afrika boleh mencapai ketinggian sehingga 4 meter
dan jisim sehingga 6000kg. Kirakan berat gajah Afrika pada
ketinggian dan jisim tersebut.
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
kereta berjisim 540 kg dari 0 ke 27 m/s dalam masa 10.0
saat.(b)Tentukan daya bersih yang diperlukan untuk memecutkan satu
kereta berjisim 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
5.3Soalan Latihan
Ana dan Sara mengeksperimen kesan jisim dan daya bersih ke atas
pecutan satu troli. Mereka menentukan daya bersih yang diperlukan
untuk memecutkan troli berjsim M adalah 48 cm/s2. Tentukan pecutan
troli dengan jisim dan daya berikut. a.jisimMdikenakan daya bersih
2F?b.jisim2Mdikenakan daya bersih F?c.jisim 2Mdikenakan daya bersih
2F?d.jisim4Mdikenakan daya bersih 2F?e.jisim 2Mdikenakan daya
bersih 4F?
Jawapan: a.96 cm/s2 b.24 cm/s2 c.48 cm/s2 d.24 cm/s2 e.96
cm/s2
Fikir
Layari laman web berikut yang menunjukkan satu animasi berkaitan
dengan berat ketara seorang menaiki lif
http://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%204/Apparent%20Weight.swfCuba
kaji dengan teliti tayangan berkenaan dan buat nota untuk
mengaitkan Hukum Gerakan Newton dengan konsep berat ketara..
5.4Rujukan:
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 Newton nota dan tutorial)
TOPIK 6
Kerja Dan Mesin Ringkas
Sinopsis
Topik ini bertumpu kepada kerja dan mesin ringkas di mana anda
akan didedahkan kepada contoh-contoh kerja, pengiraan kerja,
contoh-contoh mesin ringkas dan mesin majmuk serta pengiraan faedah
mekanikal dan kecekapan setiap mesin ringkas. Selain itu anda akan
didedahkan kepada aplikasi mesin dalam 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.
Gambaran Keseluruhan
Rajah 6.1 Gambaran Keseluruhan Isi Kandungan
Isi Kandungan
6.1Kerja
Kerja didefinisikan sebagai daya yang bertindak ke atas objek
untuk mengakibatkan sesaran. Kerja yang dilakukan ke atas objek
oleh satu daya tetap adalah hasil komponen daya yang selari dengan
arah sesaran objek, darab dengan 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 masa yang diambil untuk mengerakkan objek. Sudut yang diukur
didefinisikan sebagai sudut antara daya dan sesaran.
Senario A
Satu daya bertindak ke arah kanan ke atas objek yang tersesar ke
kanan. Vektor daya dan vektor sesaran adalah pada arah yang sama.
Maka, sudut antara F dan d adalah 0 darjah.
darjah Senario B
Satu daya bertindak arah kiri ke atas objek yang tersesar ke
kanan. Vektor daya dan vektor sesaran adalah dalam arah
bertentangan. Jadi sudut antara F dan d adalah 180 darjah.
darjah Senario C
Satu daya bertindak ke atas ke atas objek yang tersesar ke
kanan. Vektor daya dan vektor sesaran adalah pada sudut 90
darjah.
darjah
Contoh soalan
Seorang pelayar menarik sebuah bot sepanjang dok menggunakan
tali pada sudut 600 dengan ufuk. Berapakah kerja yang dilakukan
oleh pelayar itu jika dia mengenakan daya 255N ke atas tali dan
menarik tali sepanjang 30.0 m?
6.2Mesin ringkas dan mesin majmuk
Mesin ringkas ialah alat yang memudahkan kita melakukan kerja.
Ia membantu kita dengan mengubah jumlah daya yang dikenakan ke atas
objek dan mengubah arah daya.
Jenis-jenis mesin ringkas
A.Tuas dibuat daripada papan atau bar yang diletakkan di atas
fulkrum. Digunakan untuk mengangkat berat.
Contoh tuas:Jongkang jongkit, pengumpil, kayu besbol, pencakar
tanah.
Ada tiga jenis tuas iaitu tuas kelas pertama, tuas kelas kedua
dan tuas kelas ketiga.
BebanBebanBebanDaya usahaDaya usahaDaya usaha
Kelas pertama Kelas kedua Kelas ketiga
B.Satah condong merupakan permukaan sendeng untuk memudahkan
kerja.Contoh: Cerun dan tangga
C.Baji adalah dua satah condong digunakan untuk mengangkat dan
memisahkan objek.Contoh: Pisau, baji pintu dan kapak.
D.Skru ialah satah condong disekeliling paku atau shaf untuk
memegang bahan-bahan bersama-sama atau menebuk lubang.Contoh:
Gerudi kecil dan skru
E.Roda dan gandar merupakan roda yang berputar yang membantu
mengerakkan barang dengan mudah dan cepat.Contoh:Roda stering,
tombol pintu dan pemutar skru.
F.Takal ialah roda yang mempunyai alur(groove) dihujungnya untuk
memegang tali dan kabel. Contoh: Tiang bendera, penyidai baju,
pancing ikan dan kren.
Takal bekerja dengan dua cara iaitu dengan mengubah arah daya
atau mengubah jumlah daya. Takal ada dua jenis iaitu takal tetap
dan takal bergerak. Sistem takal terdiri daripada kombinasi
takal-takal tetap dan bergerak. Faedah mekanikal takal adalah sama
dengan bilangan tali sokongan (supporting ropes).
Mesin majmuk merupakan gabungan beberapa jenis mesin ringkas.
Contohnya, basikal dan kereta.
6.3Faedah mekanikal (MA) dan kecekapan
Mesin ringkas unggul tidak mengalami kehilangan yang disebabkan
geseran atau kekenyalan. Jadi kecekapannya adalah 100%. Jika wujud
geseran atau kekenyalan 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
(Ideal Mechanical Advantage) dan Faedah Mekanikal Sebenar (Actual
Mechanical Advantage)
Faedah Mekanikal Unggul (Ideal Mechanical Advantage - IMA)
Dalam Fizik, faedah mekanikal unggul adalah untuk mesin unggul.
IMA mesin boleh dicari dengan formula berikut:-IMA = de dr dimana
de sama dengan jarak usaha (effort distance) and dr sama dengan
jarak rintangan (resistance distance).
Faedah Mekanikal Sebenar (Actual Mechanical Advantage - AMA)
Dalam fizik, faedah mekanikal sebenar adalah untuk mesin
sebenar. AMA untuk mesin boleh dicari dengan menggunakan formula
berikut:AMA* = FR Fe dimana- FR sama dengan daya rintangan
(resistance force) and Fe sama dengan daya usaha (effort force)
sebenar.
* AMA boleh juga ditulis sebagai MA
Faedah mekanikal adalah faktor dimana mesin menggandakan daya
yang dikenakan. Kebanyakan mesin mempunyai MA>1. Bermakna mesin
meningkatkan daya yang dikenakan.
Untuk mesin unggul, kecekapan mesin 100%. kerja output = kerja
input Wo = Wi Frdr = Fede
Untuk mesin sebenar (real)
Kecekapan mesin =
= =
MA Takal
Takal adalah roda beralur yang digelung dengan tali. Dengan ini
arah daya boleh diubah, dengan sedikit kehilangan daya geseran.
Walaubagaimanapun, takal-takal boleh digabung untuk membentuk
faedah mekanik tambahan dengan mempunyai 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
dengan titik luar roda dan yang lagi satu merupakan jejari gandar.
Mempunyai faedah 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 jejari roda 35.6 sm. Bila daya 155 N dikenakan ke atas
rantai, roda akan bergerak 14.0 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?
d.Bagaimana pelajar itu menarik rantai?
Penyelesaian
6.4Mesin manusia berjalan
Sistem tuas di dalam badan kita mempunyai 4 bahagian asas:
tulang, sumber daya (pengecutan otot), fulkrum (sendi-sendi boleh
gerak diantara tulang temulang) dan rintangan (berat badan atau
objek yang diangkat). Bila kita berjalan punggung kita bertindak
sebagai fulkrum. Pusat jisim badan bergerak sebagai rintangan
disekeliling fulkrum. Panjang jejari bulatan adalah panjang tuas
yang dibentuk oleh tualng-tulang kaki. Untuk meningkatkan halaju
berjalan, punggung dihayun ke atas untuk meningkatkan jejari.
6.5Contoh soalan dan latihan
1.Seorang kerani membawa bungkusan 34 N daripada tingkat bawah
ke tingkat lima bangunan pejabat yang ketinggianya 15 m. Berapakah
kerja yang dilakukan oleh kerani itu? Jawapan:510 J2.Seorang
pekerja menggunakan sistem takal untuk menaikkan barang 225 N
setinggi 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%
6.6Rujukan
1.http://www.mrfizix.com/home/worksimplemachines.htm2.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 bertumpu kepada bentuk cecair di mana anda akan didedah
kepada beberapa prinsip seperti Pascal, Archimedes dan Bernoulli.
Selain daripada itu, anda juga didedahkan kepada penggunaan
prinsip-prinsip tersebut dalam penyelesaian masalah dalam kehidupan
seharian.
Hasil Pembelajaran1. Menghubungkaitkan ketumpatan dengan
keapungan suatu bahan2. Menyatakan prinsip-prinsip Pascal dan
aplikasinya3. Menyatakan prinsip-prinsip Archimedes dan
aplikasinya4. Menyatakan prinsip-prinsip Bernoulli dan
aplikasinya
Gambaran Keseluruhan
Rajah 7.1 Gambaran Keseluruhan Isi Kandungan
Isi Kandungan 7.1 Terapung dan Tenggelam Keapungan
Apakah daya-daya yang bertindak ke atas suatu objek yang
terletak dalam suatu cecair? Satu daya bertindak ke atas yang
dinamakan daya tujah dan seperti biasa daya tarikan graviti akan
menarik objek ke bawah. Daya tujah wujud dalam cecair 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 direndam
sebahagiannya atau sepenuhnya di dalam suatu bendalir, objek itu
mengalami daya tujah ke atas yang sama dengan berat bendalir yang
disesarkan.
http://scienceprep.orghttp://scienceuniverse101.blogspot.comRajah
7.2
Objek di atas mempunyai berat 0.67 N. Bila direndam dalam air,
beratnya menjadi 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 mempunyai tangki balast yang besar, yang digunakan
untuk mengawal kedudukan dan kedalamannya dari permukaan laut.
Sebuah kapal selam tenggelam dengan memasukkan air ke dalam tangki
balast supaya beratnya menjadi lebih besar daripada daya julangan
(dan sebaliknya). Ia terapung dengan mengurangkan air di dalam
tangki balast, sehingga beratnya kurang daripada daya apungan.
Belon panas
Atmosfera mengandungi udara yang mengenakan daya julangan ke
atas mana-mana objek.
Belon panas daripada naik dan terapung kerana daya julangan
(udara disekeliling lebih berat daripada beratnya). Ia akan turun
apabila berat belon lebih besar daripada daya keapungan. Ia akan
pegun apabila berat = daya julangan
Hidrometer Hidrometer adalah instrument untuk mengukur
ketumpatan relatif cecair.
Ia mengandungi satu tiub dengan bebuli di satu hujungnya.
Butiran plumbum diletakkan di dalam bebuli untuk menjadikannya
berat ke bawah dan membolehkan hydrometer terapung tegak di dalam
cecair.
Kapal
Kapal terapung di permukaan air because isipadu air yang
disesarkan oleh kapal memadai untuknya mempunyai berat yang sama
dengan berat kapal. Kapal dibina supaya ketumpatan keseluruhannya
kurang daripada air laut (berongga di dalam). Dengan itu, daya
julangan yang bertindak ke atas kapal adalah cukup besar untuk
menyokong beratnya. Ketumpatan air laut berubah dengan lokasi.
Garis Plimsoll yang ditanda pada badan kapal adalah garis panduan
untuk memastikan kapal di masukkan muatan sesuai dengan had
keselamatannya. Kapal akan tenggelam lebih dalam di air tawar
kerana air tawar kurang tumpat daripada air laut. Ia akan terapung
lebih tinggi dalam air sejuk kerana air sejuk mempunyai ketumpatan
yang lebih tinggi secara relatifnya.
7.3 Prinsip Bernoulli dan Aplikasinya
Prinsip Bernoulli
Prinsip Bernoulli menyatakan bahawa apabila halaju aliran
bendalir bertambah, tekanan dalam bendalir itu berkurang.
ZYX
Aliran airHalaju rendahTekanan tinggiHalaju rendahTekanan
tinggiHalaju tinggiTekanan rendahRajah 7.3
Rajah 7.3 menunjukkan satu tiub Bernoulli yang dialirkan dengan
air. Air pada kawasan X dan Z adalah berhalaju rendah dibandingkan
dengan air di kawasan Y. Ini menyebabkan kedua-dua kawasan ini
mempunyai tekanan yang lebih tinggi lalu air naik pada paras yang
lebih tinggi pada tiub-tiub tersebut. Pada kawasan Y, tiub adalah
lebih sempit. Ini menyebabkan halaju air lebih tinggi dan
tekanannya rendah. Ini menyebabkan air naik ke tiub dengan paras
yang lebih rendah.
Rajah 7.4
Rajah 7.4 menunjukkan seorang budak meniup di atas permukaan
kertas. Kertas itu terangkat ke atas. Hal ini berlaku kerana halaju
udara di bahagian atas menjadi laju dan menyebabkan tekanan menjadi
rendah. Udara di sebelah bawah secara relatifnya lebih rendah
daripada udara di atas, menyebabkan kertas tertolak ke atas.
Dengan menggunakan prinsip Bernoulli, terangkan situasi-situasi
berikut:
Dua biji bola ping pong yang digantung tertolak rapat kearah
satu sama lain apabila ditiup di antaranya Kapal terbang berangkat
ke udara
Fikir
Layari internet untuk mencuba soalan berbentuk permainan silang
kata berkaitan dengan daya dalam cecair. Berikut adalah suatu
sumber web yang anda boleh membuat latihan secara 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 direndam sepenuhnya 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 disesar
iaitu FB = Wair atau Wair = 2.6N
Daripada Wair = mg,
Langkah 3 Mencari isipadu air disesar menggunakan rumus
ketumpatan
Dari
Maka isipadu pemberat= isipadu air di sesar
, 7.4 Soalan latihan
Neraca spring
1.Rajah di atas menunjukkan satu blok yang digantung pada satu
neraca spring. Berat objek di udara adalah W1= 50 N sementara
beratnya di air W2 adalah 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 ketumpatan 1.2 kgm3. 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 di dalam air. Ramalkan gerakan bola itu. [ Ketumpatan
air = 1000 kg m-3] (Petunjuk: kira pecutan bola itu naik ke
atas)
7.5Rujukan
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/McGraw
Hill.(Chapter 13 States of Matter)
TOPIK 8
Gerakan Planet Dan Satelit
Sinopsis
Planet bergerak di sekelilingi matahari dan satelit (semulajadi
atau buatan manusia) bergerak disekelilingi planet. Gerakan
jasad-jasad semawi dalam orbit masing-masing adalah tertakluk
kepada daya-daya yang bertindak di antara jasad-jasad tersebut.
Dalam bahagian ini, anda akan mengkaji gerakan jasad-jasad semawi
melalui hukum-hukum Kepler untuk menerangkan kejadian-kejadian yang
berlaku disekeling anda akibat pergerakan-pergerakan tersebut.
Hasil Pembelajaran1. Menerangkan hukum-hukum Kepler 2.
Membincangkan medan graviti dan hukum kegravitian semesta Newton3.
Menunjukkan pergerakan planet dan satelit 4. Membincangkan berat
dan tanpa berat
Gambaran Keseluruhan
Rajah 8.1 Gambarajah Keseluruhan Isi Kandungan
8.1Hukum-hukum Kepler
Planet-planet mengelilingi matahari adalah dalam gerakan
berbentuk elips dengan matahari sebagai satu fokusnya. Paksi
putaran hampir kesemua planet dan satelit adalah berserenjang
dengan satah ecliptic. Hampir semua planet bergerak dalam arah yang
sama. Pada tahun Johannes Kepler mencadangkan tiga hukum untuk
gerakan planet .
Rajah 8.2 Orbit planet mengelilingi matahari
Hukum-hukum Kepler
Hukum Kepler Pertama (1609) Orbit planet mengelilingi satu
bintang adalah elips dengan bintang pada satu fokus.
bintang
Hukum Kepler ke 2 (1609):
PlanetPaling perlahanJarak AphelionJarak
PerihelionPusatMatahariPaling pantasRajah 8.3 Hukum Kepler
keduaMenyatakan bahawa satu garisan yang menyambung satu planet dan
bintangnya mencangkupi kawasan yang sama dalam sela masa yang sama.
Apabila planet beredar di dalam orbit elipsnya, jaraknya daripada
matahari akan berubah-ubah. Luas yang sama dilalui pada sebarang
tempoh masa kerana jarak daripada planet ke bintang yang di
orbitnya berubah.
Supaya ia dapat mencakupi luas yang sama, halaju planet sentiasa
berubah-ubah, dan lajunya bertambah atau berkurang mengikut
kedudukannya daripada matahari. Oleh itu, planet bergerak paling
pantas semasa di kawasan perihelion dan paling perlahan di kawasan
aphelion (Hukum keabadian momentum sudut).
Berhampiran peihelion, dalam 30 hari sebuah planet mengcakumi
satu luas yang pendek tapi lebarBerhampiran aphelion, dalam 30 hari
sebuah planet mengcakumi satu luas yang panjang tapi sempitRajah
8.4 Luas yang dicakupi dalam tempoh 30 hari adalah sama
Hukum Kepler Ketiga (1618)
Hukum ini menyatakan nisbah kuasa dua tempoh sebarang 2 planet
yang beredar mengelilingi matahari adalah sama dengan nisbah kuasa
tiga jarak purata mereka daripada matahari.
Kuasa dua tempoh 2 planet mengeliingi matahari berkadar dengan
kuasa tiga jarak purata dari matahariTp2 ~ a3
................(i)
Maka
Jika 2 planet mempunyai tempoh Ta and Tb dan jarak purata ra and
rb
..............................(ii)
di manaT = tempoh perbintangan objek dalam tahun a = paksi semi
major objek (dalam AU) Persamaan (i) menunjukkan kuasadua tempoh
perbintangan (sidereal period) planet yang mengorbit, Tp adalah
berkadaran dengan kuasatiga paksi semi-major orbit, a Oleh itu,
bukan sahaja panjang orbit meningkat dengan jarak, laju orbit juga
berkurang, supaya peningkatan tempoh perbintangan adalah lebih
daripada berkadaran.
8.2Kegravitian semesta
Newton meramalkan bahawa daya yang menarik dua jasad semawi
(contohnya planet dan matahari) adalah sama dengan daya yang
menarik objek ke bumi.
RMmSekiranya dua jasad dipisahkan dengan jarak R, daya graviti F
yang bertindak antara dua jasad berjisim M dan m, dan yang
dipisahkan oleh jarak R adalah
di mana: G adalah pemalar graviti (G = 6.67 x 10-11 m3/kg
s2)
Hubungan d antara F, G, M, m dan R2 dinamakan Hukum Kegravitian
Semesta8.3Menggunakan hukum kegravitian semesta Newton
(1) Daripada Hukum Kegravitian Semesta Newton dan Hukum Kepler
kita boleh mencari perkaitan antara halaju jasad v, jisim M dan
jejari R jasad tersebut
Hukum kegravitian semesta
Hukum Newton
Jika F1 = F2, maka ..(i)
Ini menunjukkan bahawa bagi gerakan jasad dalam suatu orbit,
halaju jasad v akan bertambah apabila jejari orbit R adalah
kecil.
(2)Daripada Hukum Kepler ketiga
Hukum Kepler Ketiga
Tetapi k = malar =
Maka
8.4Gerakan planet dan satelit
Satelit adalah mana-mana objek yang mengorbit bumi, matahari dan
mana-mana jasad semawi. Ia boleh dikategorikan sebagai satelit
semulajadi atau satelit buatan manusia. Contoh satelit semulajadi
adalah bulan, planet dan komet, sementara satelit buatan manusia
adalah seperti yang dilancarkan ke angkasa lepas bagi tujuan
komunikasi, kajian saintifik, kaji cuaca dan sebagainya.
Satelit kadangkala mengorbit dalam laluan yang dipanggil elips .
Dalam kes sebegini jasad utama terletak di pusat elips.
Kejadian siang dan malam
Daripada pergerakan planet-planet mengelilingi matahari,
fikirkan bagaimana siang dan malam.
Bumimatahari jatuhmatahari terbitufukmatahariBARAT(matahari
jatuh)matahariTIMUR (matahari terbit) Gerakan ketara satu daripada
bintang petang-pagiRajah 8.5
Gerakan ketara planet-planet yang orbitnya lebih besar daripada
bumi gerakan songsangan (retrograde motion)
BaratTimurLatarbelakang bintangBumiMarikhMatahari
Rajah 8.6 Gerakan ketara planet yang orbitnya lebih besar
daripada orbit bumi
Kadangkala satu objek di langit kelihatan bergerak ke belakang
dibandingkan dengan pergerakan system. Ia di katakan dalam keadaan
gerakan sonsangan (retrograde motion). Satu contoh yang paling
lazim adalah dalam system suria di mana planet Marikh bergerak
secara ketara ke barat (biasanya ke timur) pada kedudukan 3-5 pada
rajah di atas. Hal ini berlaku kerana Marikh mempunyai orbit yang
lebih besar daripada bumi, maka bergerak lebih perlahan pada
orbitnya.
Kedua-dua planet sedang bergerak ke timur, tetapi oleh kerana
bumi bergerak lebih laju pada orbitnya, pada satu kedudukan ia
kelihatan seperti memotong Marikh. Jika berlatarbelakangkan
bintang, Marikh akan kelihatan semakin perlahan, kemudian pegun dan
kemudian bergerak pada arah bertentangan.
Hal ini akan berlaku selama beberapa bulan sehingga ia kembali
kepada pergerakan asalnya ke timur (kedudukan 6-7).
8.5Berat dan tanpa berat
Tanpa berat adalah satu sensasi yang dialami oleh sesorang
individu bila tiada objek menyentuh, menolak atau menariknya. Tiada
daya-daya sentuhan yang bertindak kekatasnya. Contohnya adalah bila
anda jatuh bebas, satu-satu daya yang bertindak ke atas anda adalah
graviti (daya bukan sentuhan) Daya graviti tidak boleh dirasai,
maka anda akan merasa seakan-akan kehilangan berat. Contoh lain
adalah apabila anda berada di taman-taman tema. Sekiranya anda
menaiki roller coaster dan tiba-tiba rasa terangkat daripada tempat
duduk anda, ini menunjukkan tiada sentuhan berlaku antara anda dan
kerusi, kerana tidak ada daya normal bertindak ke atas anda.
Satu-satu daya yang bertindak ke atas anda adalah daya graviti.
Dalam hal ini, anda akan berasa kehilangan berat. Oleh itu, jika
berat merujuk kepada daya tarikan graviti ke bumi, maka kehilangan
berat pula bermaksud sesorang itu masih menerima daya tarikan
graviti bumi, bukan hilang beratnya. Angkasawan biasanya mengalami
sensasi tanpa berat di angkasa lepas. Graviti sifar selalu
digunakan sebagai sinonim tanpa berat, tanpa berat dalam orbit
bukan graviti yang disingkir atau berkurang dengan nyata.
8.6Medan graviti
Medan graviti adalah model yang digunakan dalam bidang fizik
untuk menerangkan bagaimana graviti wujud di alam semesta. Mengikut
konsep asal, graviti adalah daya antara titik jisim jisim.
Dari F = ma, daya gravitidaya graviti, Fg = mg
Maka medan graviti, g
Dari rumus, =
Maka medan graviti, g
Persamaan menunjukkan bahawa medan graviti, g semakin berkurang
apabila jarak titik daripada jisim, R semakin jauh.
8.7Contoh soalan dan latihan
1.Galileo menjumpai 4 bulan Jupiter. Io, yang diukurnya adalah
4.2 unit daripada pusat, mempunyai tempoh 1.8 hari. Dia mengukur
jejari orbit Ganymede sebagai 10.7 unit. Gunakan Hukum Kepler yang
ke 3 untuk mencari tempoh Ganymede.
2. Matahari mempunyai jisim 2x1030 kg, dan berjarak 1.5x108 km,
manakala jisim Bulan adalah 7.35x1022 kg, dan 3.8x105 km jauhnya.
Yang manakah menghasilkan pengaruh graviti yang lebih kuat ke atas
bumi? A. MatahariB. BulanC. Mereka adalah lebih kurang sama.D.
Tidak berkenaan
3.Bulan Jupiter yang keempat, Callisto, mempunyai tempoh 16.7
hari. Cari jarak daripada Jupiter menggunakan unit yang sama
digunakan Galileo
4.Satu satelit berjarak 225 km daripada permukaan bumi. Apakah
halaju orbitnya? (radius of Earth, RE = 6.37 x 106 m, mass of
Earth, ME = 5.98 x 1024 kg, G = 6.67 x 10-11 N-m2/kg2
5.Jika Bumi dua kali lebih besar tetapi sama saiz, apa akan jadi
kepada g?
8.8Rujukan
http://www.physicsclassroom.com/Class/circles/u6l4d.cfm
TOPIK 9
Fizik Dalam Muzik
Sinopsis
Bunyi ada disekeliling kita. Dalam bahagian ini, anda akan dapat
membezakan bunyi melalui keamatan dan frekuensinya yang membezakan
bunyi dari segi kekuatan dan kenyaringannya. Selain itu, anda juga
dapat mengkaji fenomena resonans dan kejadian-kejadian yang berlaku
akibatnya. Perbezaan kualiti bunyi oleh alat-alat muzik yang
berbeza juga akan dibincangkan.
Hasil Pembelajaran1. Menerangkan bagaimana bunyi dihasilkan2.
Mengaitkan keamatan bunyi dengan kekuatannya 3. Mengaitkan
frekuensi dengan kenyaringan 4. Membincangkan bagaimana konsep
gelombang bunyi dan resonans digunakan untuk menerangkan kualiti
bunyi yang dihasilkan oleh alat-alat muzik yang berbeza. Rajah 9.1
Gambarajah keseluruhan isi kandungan
Isi kandungan
9.1Bunyi dan gelombang membujur
Gelombang bunyi ialah sejenis gelombang membujur yang boleh
merambat melalui pepejal, cecair dan gas. Maka gelombang bunyi
dirujuk sebagai gelombang membujur kerana molekul-molekul udara
(zarah-zarah medium) bergerak dalam arah yang selari dengan arah
gerakan gelombang. Hasil getaran membujur seperti itu adalah
disebabkan oleh mampatan dan regangan udara.
Tenaga dipindahkan oleh getaran molekul-molekul udara dalam siri
mampatan dan rengangan udara. Gelombang bunyi memerlukan medium
tertentu untuk ianya bergerak. Oleh itu gelombang bunyi tidak dapat
merambat dalam keadaan vakum.
Gerakan perambatan molekul-molekul udara ini menghasilkan
gelombang dengan halaju v, panjang gelombang l dan frekuensi
gelombang di mana
v = f9.2Keamatan dan kenyaringan
Bunyi adalah gelombang yang mempunyai amplitud, atau tinggi.
Amplitud pengukuran tenaga gelombang, lebih besar tenaga gelombang
lebih tinggi amplitudnya. Bila amplitud meningkat, keamatan bunyi
juga meningkat. Keamatan adalah amaun tenaga yang dipunyai bunyi
dalam satu ruang. Bunyi mempunyai keamatan yang tinggi dalam
kawasan yang lebih kecil.Oleh itu, bunyi yang mempunyai keamatan
yang tinggi adalah lebih kuat. Membesarkan amplitud bunyi, membuat
ia nyaring. Mengecilkan amplitud, bunyi akan menjadi perlahan
Kawasan mampatandan reganganTekananRajah 9.2 Kawasan mampatan
dan regangan gelombang bunyi
Amplitud gelombang berkait dengan jumlah tenaga yang dibawanya.
Gelombang dgn amplitud yang tinggi membawa jumlah tenaga yang
besar. Gelombang dengan amplitud yang kecil membawa jumlah tenaga
yang kecil.
Bunyi dengan keamatan yang tinggi adalah lebih nyaring. Keamatan
bunyi relatif diberi dalam unit bel (B). Skala keamatan yang lebih
kecil didapati dengan menggunakan unit yang lebih kecil, decibels
(dB).
Bunyi dan nilai desibelPunca bunyiDesibel
Boeing 747140
Siren Pertahanan Awam130
Tukulan penukul120
Konsert rock110
Pengetam rumput100
Motorsikal90
Penyedut hampagas70
Perbualan60
Lampu isyarat50
Bunyi hingar40
Bisikan30
9.3Frekuensi dan kelangsinganLangsing membezakan antara bunyi
yang rendah dan tinggi. Bila seorang penyanyi menyanyi dengan not
yang berlainan, kita boleh mendengar perbezaan antara dua bunyi itu
kerana kelangsingannya adalah berbeza.
Rajah 9.3 Kawasan mampatan dan regangan tala bunyiFrekuensi
adalah bilangan gelombang dalam satu unit masa di mana satu jarak
gelombang adalah satu mampatan dan satu regangan. Apabila seorang
penyanyi menyanyi dengan not yang sama, kita dengar lagu itu
berbeza kerana frekuensinya berlainan.Unit frekuensi adalah hertz.
Satu hertz adalah bilangan kitaran satu mampatan dan satu regangan
dalam satu saat. Bunyi tinggi mempunyai frekuensi tinggi sementara
bunyi rendah mempunyai frekuensi rendah. Contohnya, petir mempunyai
frekuensi 50 hertz, sementara wisel mempunyai frekuensi 1,000
hertz.Hanya gelombang bunyi antara 20 Hz to 20 kHz memulakan impuls
saraf yang diterjemahkan oleh otak manusia sebagai bunyi. Jika f
lebih rendah daripada 20 Hz adalah dalam kawasan infrasonik (e.g
gelombang yang hasilkan oleh gempa bumi, angin dan pola angin) di
mana beberapa sesetengah binatang seperti gajah dan lembu boleh
mendengar dan memberi amaran awal tentang gangguan cuaca contohnya
Bunyi yang lebih daripada 20 kHz adalah kawasan gelombang
ultrasonic. Gelombang ultrasonik boleh dikesan oleh
binatang-binatang seperti anjing (melebihi 45 kHz, kucing 70 kHz,
kelawar 100kHz)
9.4Resonan
Apabila satu alat muzik dipetik atau dipalu; ia akan bergetar.
Tenaga akan dipindahkan kepada alat itu dan ia akan bergetar dengan
satu frekuensi yang dipanggil frekuensi aslinya.
Satu objek yang bergetar dengan frekuensi aslinya boleh memaksa
objek kedua yang mempunyai frekuensi asli yang sama untuk bergetar
sama. Keadaan ini dinamakan resonans.
Tacoma Narrows Bridge di Washington(i)Gelas yang pecah(ii)
Jambatan runtuhRajah 9.4 Fenomena resonans
Sebuah gelas mempunyai frekuensi asli yang mana ianya bergetar.
Seorang penyanyi boleh memecahkan gelas tersebut dengan menyanyi
dengan not yang sama frekuensi. Frekuensi yang sama ini menyebabkan
tenaga dipindahkan daripada bunyi ke gelas sehingga getaran sangat
kuat lalu ia pecah. Ini dinamakan resonans.
Jambatan ini direka bentuk dengan satu frekuensi asli yang sama
dengan frekuensi yang dihasilkan oleh bunyi yang melaluinya.
Hasilnya, setiap kali angin bertiup, jambatan itu akan mula
berguling dan berayun, menghasilkan resonan yang tidak dapat
dikawal disebabkan frekuensi asli ini. Dua bulan selepas pembinaan
pada akhir tahun 1940's, gerakan ini menyebabkan jambatan runtuh
dengan dramatik sekali.9.5Mengesan gelombang tekanan
Bunyi sebagai gelombang tekananTekananC: mampatan R:
reganganMasaRajah 9.5
Oleh kerana gelombang bunyi terdiri daripada pengulangan pola
tekanan tinggi dan tekana rendah yang bergerak melalui medium, ia
kadang kala dikenali juga sebagai gelombang tekanan.
Jika pengesan, (telinga manusia atau alat ciptaan manusia)
digunakan untuk mengesan gelombang bunyi, ia boleh mengesan
peruabahan dalam gelombang tekanan apabila bunyi memberi kesan
terhadap alat pengesan. Bila gelombang tekanan sampai ke telinga,
satu siri kawasan tekanan tinggi dan rendah memberi kesan kepada
gegendang telinga Ketibaan berterusan kawasan tekanan tinggi dan
rendah menyebabkan gegendang telinga kepada gerakan getaran
Tekanan bunyi boleh diukur menggunakan mikrofon di udara dan
hydrofon di air. Unit SI untuk tekanan bunyi adalah pascal (simbol:
Pa).
Rajah 9.6 Hydrofon dan Mikrofon
9.6 Kualiti bunyi
Bunyi mempunyai kualiti yang membenarkan telinga untuk mengenal
pasti bunyi bunyi-bunyi yang mempunyai nada, kekuatan dan frekuensi
yang berlainan. Alat-alat muzik yang berlainan mempunyai kualiti
bunyi yang berlainan.
Rajah 9.8Kualiti bunyi pelbagai alat muzik
9.7Menghasilkan muzik
Alat-alat muzik menghasilkan bunyi dalam berbagai cara, namum
setiap alat musik menggunakan beberapa ciri-ciri asas bunyi.
Fizik kepada muzik mengkaji bagaimana bunyi yang menarik dan
sedap boleh dihasilkan oleh aktiviti bertali, instrumen turus udara
and alat genderang (percussion). Muzik boleh dihasilkan hanya
dengan kita meniup tabung uji yang mempunyai turus-tururs udara
yang berlainan panjang
Rajah 9.9Menghasilkan alat muzik
injapjubir
Rajah 9.10Alat-alat muzik bertali dan berjubir
Alat muzik bertali, contohnya biola mempunyai empat tali. Setiap
tali ditala kepada not-not berlainan. Ia dimain samada menggunakan
busur atau dipetik menggunakan jari. Alat muzik yang ditiup melalui
jubir (mouthpiece) membolehkan pemuzik menekan injap-injap untuk
mengubah panjang turus udara, lalu menghasilkan not-not
berlainan.
Perbezaan muzik dan bunyi bising
Bunyi mempunyai nada (pitch) yang boleh dikenalpasti, tone yang
sedap, pola yang berulang-ulang (lihat rajah 9.11A). Bunyi bising
tidak mempunyai nada, tone yang tidak enak dan tidak ada ritma
(rajah 9.11B)
MuzikBunyi bising
Rajah 9.11Perbandingan kualiti bunyi muzik dan bunyi bising
9.8Contoh soalan dan latihan
1. Perhatikan kejadian dan terangkan fungsi contoh bagaimana
pembesar suara berfungsi? 2. Mengapa panjang tali-tali pada piano
berbeza? 3. Mengapa gelas kaca pecah apabila beberapa not muzik
dihasilkan?4. Bagaimanakah musik dan bunyi bising berbeza?
9.9Rujukan
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/sound/tralon.htmlhttp://galileo.phys.virginia.edu/outreach/8thGradeSOL/WavePitchFrm.htm
TOPIK 10
TERMOMETRI DAN TERMOMETER
Sinopsis
Haba merupakan suatu bentuk tenaga yang amat diperlukan dalam
kehidupan manusia. Ia membekalkan tenaga untuk membuat badan kita
panas, memasak makanan serta membolehkan pengeluaran benda-benda
yang berguna kepada manusia. Dalam topik ini, anda akan didedahkan
kepada konsep keseimbangan dan termometri, skala suhu, jenis-jenis
termometer serta keseimbangan terma.
Hasil Pembelajaran
1. Menerangkan konsep keseimbangan dan termometri.2. Membanding
beza skala suhu Celcius dan Kelvin. 3. Menukar suhu dari satu skala
ke skala yang lain. 4. Memberi contoh jenis-jenis termometer dan
membincangkan bagaimana ia digunakan untuk mengukur suhu.
Gambaran Keseluruhan
Rajah 10.1 Gambarajah keseluruhan isi kandungan
Isi Kandungan10.1Keseimbangan dan termometriSuhu suatu objek
menunjukkan darjah kepanasan objek itu. Haba ialah tenaga yang
mengalir dari objek yang lebih panas ke objek yang lebih
sejuk.Termometri ialah sains mengukur suhu sistem atau keupayaan
sistem untuk memindahkan haba ke satu sistem lain. Kadar pindahan
tenaga terma dari satu jasad yang lebih panas ke jasad yang lebih
sejuk akan berterusan sehingga kadar pindahan haba menjadi sama
rata. Maka kedua-dua jasad akan mempunyai suhu yang sama. Kedua-dua
jasad tersebut dikatakan telah mencapai keseimbangan terma.Buat
Nota
Untuk lebih memahami keseimbangan terma, sila baca nota-nota
dalam laman web berikut:
http://physics.about.com/od/thermodynamics/p/thermodynamics.htm
Sila baca juga Physics: Principles and Problems Terbitan Glencoe
Bab 12 Thermal Energy Buat nota ringkas mengenai keseimbangan
terma.
10.2Skala suhu: Celcius dan Kelvin
Rajah 10.2 Perbandingan skala suhu
Rajah 10.3 Takat didih dan takat lebur pelbagai skala
suhu10.3Jenis TermometerSifat fizikal bahan yang berubah dengan
suhu dikenali sebagai sifat termometri bahan itu. Termometer adalah
suatu alat pengukur suhu yang dibina dengan berdasarkan sifat
termometri yang tertentu misalnya isipadu cecair, tekanan gas, daya
gerak elektrik dan rintangan dawai logam.Termometer merkuri
merupakan suatu termometer yang dibina dengan berdasarkan sifat
isipadu merkuri yang boleh berkembang dengan banyak apabila suhu
berubah. Sesuatu termometer yang dibina akan ditentukur dengan
berdasarkan takat suhu yang tertentu. Termometer merkuri adalah
ditentukur berdasarkan takat suhu didih air(100C) dan takat beku
air (0C). Antara dua takat suhu itu, julat antara dua takat itu
telah dibahagi kepada 100 bahagian dengan sebahagian bersamaan
dengan 1C. Tahukah anda apakah skala suhu SI dan hubungan antara
suhu SI itu dengan skala suhu Celsius? Buat Nota
Untuk lebih memahami tentang jenis termometer, skala dan ukuran
suhu, sila baca maklumat terkandung dalam laman web berikut:
http://www.saburchill.com/physics/chapters/0097.htmlhttp://physics.about.com/od/glossary/g/temperature.htm
Sila baca juga Physics: Principles and Problems Terbitan Glencoe
Bab 12 Thermal EnergyBuat nota ringkas mengenai jenis termometer,
skala dan ukuran suhu.
Fikir
Layari internet untuk mencuba soalan berkaitan dengan tenaga
haba. Berikut adalah suatu sumber web yang anda boleh membuat
latihan secara interaktif dalam topik tenaga
habahttp://glencoe.mcgraw-hill.com/sites/0078807220/student_view0/chapter12/interactive_tutor.html
Rujukan:http://www.saburchill.com/physics/chapters/0097.html(Skala
Suhu
Celsius)http://www.saburchill.com/physics/chapters/0098.html(Teori
Kinetik
Jirim)http://physics.about.com/od/thermodynamics/p/thermodynamics.htm(Takrifan
keseimbangan terma, pindahan
haba)http://physics.about.com/od/glossary/g/temperature.htm(Takrifan
suhu, skala suhu dan
termometri)http://physics.about.com/od/thermodynamics/f/heattransfer.htm(Kaedah
pindahan haba)
Zitzewitz,P.W.(2002) Physics: Principles and Problems. Ohio:
Glencoe/McGraw Hill. (Chapter 12 Thermal Energy)
TOPIK 11
CAHAYA
Sinopsis:
Kita dapat melihat objek kerana cahaya dipantulkan atau
dikeluarkan olehnya. Cahaya dikeluarkan oleh objek bersinar, lampu
kalimantang, televisyen atau LED. Namun sumber utama cahaya adalah
matahari. Cahaya dari matahari bukan sahaja dipantulkan oleh cermin
atau kertas putih, tetapi oleh bulan, pokok dan mungkin juga oleh
kain yang gelap. Kita melihat objek kerana cahaya bergerak dari
objek ke mata kita. Lintasan lurus cahaya yang dipanggil sinar
cahaya mewakili lintasan sempit cahaya. Kajian sinar-sinar cahaya
ini membolehkan kita mengkaji pantulan dan pembiasan cahaya.
Hasil Pembelajaran:1. Membincangkan pantulan dan cermin2.
Membincangkan pembiasan dan kanta3. Membincangkan struktur dan
prinsip kerja mikroskop dan teleskop
Gambaran Keseluruhan
Rajah 11.1 Gambarajah keseluruhan isi kandungan
11.1 Pantulan dan Cermin
Hukum Pantulan
Pantulan cahaya pada permukaan yang licin adalah seragam,
sementara permukaan kasar dan tidak seragam akan mencapah dan
berselerak.
Dua asas hukum pantulan:- Sudut tuju, i sama dengan sudut
biasan, r.- Sinar tuju, sinar pantulan dan garis normal berada pada
satah yang sama.
Cermin satah
Cermin dapat membentuk imej kerana cahaya dari objek yang
ditujukan kepadanya dipantulkan balik ke mata kita.
Rajah 11.2
Latihan
Uji kafahaman anda dengan mencuba tutorial interactive pada
laman web
berikut:http://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch17/ch17_1/index.html
Cermin Melengkung:
Terdapat dua jenis cermin melengkung iaitu cermin cekung dan
cermin cembung. Apabila sinar cahaya yang selari terkena permukaan
cermin cekung, sinar-sinar cahaya akan difokuskan pada satu titik
fokus (Rajah 11.3a).
(a) (b)Rajah 11.3 Rajah sinar cermin melengkung
Apabila sinar cahaya yang selari terkena cermin cembung,
sinar-sinar cahaya akan dicapahkan (Rajah11.3b)
Pusat kelengkungan, C suatu cermin ialah pusat sfera dari mana
cermin itu dihasilkan. Jejari kelengkungan, r adalah jarak antara
pusat sfera dengan permukaan cermin.
Cari maklumat bagaimana melukis rajah sinar untuk pelbagai
kedudukan objek dari cermin cekung dan cermin cembung. Nyatakan
ciri-ciri imej objek yang dipantulkan. Gunakan link di bawah untuk
membantu anda.http://en.wikipedia.org/wiki/Convex_mirrorUsing
Light.docMengumpul Maklumat
11.2 Pembiasan dan Kanta
Pembiasan difinisikan sebagai pembengkokan cahaya bila ia
melalui satu medium ke medium lain yang mempunyai ketumpatan
berbeza.
Rajah 11.4 Fenomena pembiasan cahaya
Indeks biasan, n bagi suatu bahan adalah:
n = laju cahaya dalam vakum atau udara, c laju cahaya dalam
medium,v
n = sin i sin r
Nilai indeks biasan adalah berbeza-beza untuk bagi bahan berbeza
seperti ditunjukkan dalam Jadual 11.1.
BahanIndeks Biasan, n
Udara1.00
Air1.33
Perspeks1.49
Kaca1.48-1.96
Intan2.42
Jadual 11.1
Kanta cembung dan kanta cekung
Sinar-sinar selari akan terbias dan bertumpu ke satu titik yang
dipanggil titik fokus.
Rajah 11.5 Rajah sinar kanta cebung
Cahaya selari yang memasuki kanta cekung akan akan terbias dan
mencapah keluar selepas melalui kanta cekung.
Rajah 11.6 Rajah sinar kanta cekung
Cari maklumat tentang rajah sinar kanta cembung dan kanta cekung
pada pelbagai kedudukan objek dan nyatakan ciri-ciri imej pada
kedudukan-kedudukan tersebut. Laman web berikut boleh membantu:
http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/class/refrn/u14l5da.htmlMengumpul
Maklumat
11.3 Mikroskop dan Teleskop
Kanta-kanta boleh digunakan untuk menghasilkan alat-alat optik.
Antaranya, mikroskop majmuk dan teleskop astronomi boleh dibina
melalui susunan dua kanta cembung yang berlainan kuasa.
Rajah sinar mikroskop majmuk
Rajah 11.7 Rajah sinar mikroskop majmuk
Rajah sinar teleskop astronomi
Rajah 11.8 Rajah sinar teleskop astronomi
Fikirkan bagaimana susunan kanta-kanta cembung boleh
menghasilkan satu kanta cembung dan kanta cekung. Laman web di
bawah mungkin boleh membantu
anda:http://www.saburchill.com/physics/chapters3/0018.htmlhttp://physics.bu.edu/~duffy/PY106/Instruments.htmlFikir
Rujukan:
http://en.wikipedia.org/wiki/Convex_mirror (Rajah
sinar)http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/class/refrn/u14l5da.html(kanta)http://www.saburchill.com/physics/chapters3/0018.htmlhttp://physics.bu.edu/~duffy/PY106/Instruments.html
(Mikroskop dan
teleskop)http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/index.php?topic=16.0(Pantulan
dan Biasan melalui animasi Gelombang cahaya) Zitzewitz,P.W.(2002)
Physics: Principles and Problems. Ohio:
Glencoe/McGraw-Hill.(Chapter 18 Mirrors and Lenses)
TOPIK 12
LITAR ELEKTRIK DI RUMAH
Sinopsis:
Elektrik memainkan peranan yang penting dalam kehidupan seharian
kita. Walau bagaimanapun, ia boleh mendatangkan bahaya yang besar
jika tidak mengamalkan langkah-langkah keselamatan semasa
menggunakannya.
Terdapat dua jenis litar di dalam pendawaian elektrik di rumah
iaitu litar sesiri dan selari. Beberapa alat-alat keselamatan
didapati di dalam pendawaian elektrik untuk melindungi pengguna
daripada terkena renjatan elektrik.
Hasil Pembelajaran:1. Membincangkan Hukum Ohm. 2. Membina
litar-litar sesiri dan selari dan gabungan litar sesiri dan
selari.3. Memerihalkan alat keselamatan yang digunakan dalam litar
elektrik. 4. Membincangkan kelebihan dan kekurangan menggunakan
litar sesiri dan selari.5. Menerangkan bagaimana kecerahan
berhubungkait dengan sambungan lampu-lampu mentol di dalam
litar.
Gambaran Keseluruhan
Rajah 12.1 Gambarajah keseluruhan isi kandungan
Isi Kandungan
12.1Gabungan litar sesiri dan selari
Terdapat dua cara asas untuk menyambung lebih dari dua komponen
litar iaitu litar sesiri dan litar selari.
Litar sesiri
Rajah 12.2 Susunan sesiriLitar selari
Rajah 12.3 Susunan selari
Gabungan litar sesiri dan litar selari
Rajah 12.4 Gabungan litar sesiri dan selari12.2Hukum OhmHukum
Ohm menyatakan bahawa pada suhu tetap, arus yang melalui konduktor
diantara 2 titik adalah berkadar langsung dengan beza keupayaan
(i.e. kejatuhan voltan atau voltan) merentas dua titik.
Persamaan matematik yang menerangkan hubungan ini adalah:
Jika 2 kuantiti diketahui, kuantiti yang ke 3 mudah untuk
ditentukan. Jika bateri membekalkan voltan 1.5 volt dan lampu
mempunyai rintangan 5 ohms, maka arus dalam litar boleh
ditentukan.
Dengan menggunakan persamaan
Masukkan nilai2:
Ampere
Penentuan voltan, arus atau rintangan menggunakan Hukum Ohm
Hukum Ohm
Hukum Ohm dan litar sesiri
Litar Sesiri
Litar sesiri:Voltan = Jumlah semua voltan.Semua komponen
berkongsi arus yang sama.Rintangan = Jumlah rintangan
Hukum Ohm dan litar selari
Litar Selari
Litar selari: Semua komponen berkongsi voltan yang sama Jumlah
arus = Kesemua cabang arus Jumlah rintangan = 1/R1 + 1/R2 +
1/R3+.
Aplikasi Hukum Ohm di dalam litar
Semasa menganalisis sebarang litar kompleks, mula-mula kira
rintangan berkesan. Rintangan berkesan beban sesiri adalah hanya
menjumlahkan semua rintangan.
Berapakah jumlah rintangan berkesan di dalam litar di bawah?
Petunjuk:Mula-mula kira jumlah rintangan selari iaitu 1/RJ =
1/R2 + 1/R3Kemudian jumlahkan, Rberkesan = R1 + RJ
Contoh
Dengan menggunakan rajah litar di bawah, kira rintangan
berkesan, voltan yang merentasi setiap rintangan dan arus.
Kombinasi litar sesiri dan selari
12.3Aplikasi litar
Rajah 12.5 Gabungan litar sesiri dan selari di dalam komponen
elektronik
12.4Keselamatan dalam litar
Untuk mengelakkan kerosakan harta dan bahaya dalam kehidupan,
litar-litar di dalam rumah dibina dengan ciri-ciri keselamatan.
Antara peralatan keselamatan yang terdapat di rumah ialah palam 3
pin, fius, pemutus litar, rod kilat dan palam 3 pin. Kebanyakan
peralatan dijual dengan palam yang telah dipasang. Kabel daripada
peralatan biasanya mengandungi 3 wayar. Wayar dibuat daripada
kuprum yang disalut dengan pelindung plastik.
Pencengkam kabelHidupBumiFiusNeutralRajah 12.6 Palam 3 pin
Pelindung dibuat daripada plastik dan diwarnakan: Wayar hidup
perang. Wayar neutral - biru Wayar bumi hijau dan kuning
(Pelindung) Wayar hidup dan neutral membawa arus ke litar.
Ketiga-tiga wayar dilindung oleh pelindung luar yang dibuat
daripada plastik kenapa?
Palam 3 pin mempunyai ciri ciri berikut: Pencengkam kabel, untuk
mencengkam pelindung luar kabel dan mengelakkan daripada tertarik
keluar daripada palam. Ketiga-tiga pin dibuat daripada loyang, Fius
Bekas dibuat daripada plastik
12.5Contoh soalan dan latihan
1.Bagaimana rod kilat melindungi bangunan? 2.Apakah alat2
keselamatan yang digunakan di dalam litar elektrik?
12.6Rujukan
1.http://www.autoshop101.com/trainmodules/elec_circuits/circ109.html2.http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_5/1.html3.http://physics.bu.edu/py106/notes/Circuits.html
TOPIK 13
KEELEKTRIKAN DAN KEELEKTROMAGNETAN
Sinopsis:
Pelbagai peralatan elektrik di rumah menggunakan kuasa elektrik
dan motor. Topik ini memberi pendedahan dan kefahaman tentang daya
dan arus dalam medan magnet serta bagaimana prinsip ini digunakan
di dalam operasi motor elektrik serta monitor TV.
Hasil Pembelajaran:
1. Menerangkan daya ke atas arus di dalam medan magnet. 2.
Menerangkan daya ke atas satu zarah bercas. 3. Menerangkan
bagaimana operasi motor elektrik dan pertukaran tenaga yang berlaku
di dalamnya. 4.Menyenaraikan peralatan elektrik di rumah yang
menggunakan elektrik. 5. Menyenaraikan peralatan elektrik di rumah
yang menggunakan motor. 6. Menerangkan bagaimana monitor TV
berfungsi.
Gambaran Keseluruhan
Rajah 13.1 Gambarajah keseluruhan isi kandungan
Isi Kandungan
13.1Penghasilan daya (F) akibat saling tindakan antara konduktor
yang membawa arus (I) dengan medan magnet (B)
Dawai membawa arus, I
Arah Daya, FRajah 13.2
Satu dawai yang membawa arus (konduktor) yang diletakkan di
antara dua magnet kekal akan bertindak dengan medan magnet untuk
menghasilkan daya yang menyebabkan konduktor itu bergerak. Fenomena
ini adalah disebabkan :(i)Magnet ada medan magnet (ii)Konduktor
pembawa arus mempunyai medan magnet. (iii) Interaksi antara medan
magnet dengan medan magnet konduktorberarus menyebabkan dawai
mengalami daya mekanikal lalu bergerak. Arah gerakan daya
ditentukan menggunakan Hukum Tangan Kiri Fleming.
MedanJari TelunjukPenentuan arah daya
ArusJari HantuDayaIbu JariRajah 13.3 Hukum Tangan Kiri
Fleming
Magnitud daya adalah, F = B I l Sin di mana B = ketumpatan fluks
magnet, I = arus yang mengalir melalui konduktor l = panjang
konduktor di dalam medan = sudut antara medan magnet dan
konduktor
Bila satu konduktor lurus diletakkan berserenjang
(perpendicular) dengan medan yang seragam (uniform field)=90, F =
BIl
Contoh Pengiraan
Suatu arus 8.5 A yang mengalir melalui medan magnet didapati
mengenakan daya275 N. Panjang daya dalam medan magnet adalah 5 cm.
Apakah nilai medan magnet itu?F = Bil B
Jawapan: 0.647 T
Hubungan ini adalah benar selagi arus adalah pada sudut 90
kepada medan magnet.
Jika dawai adalah pada sudut lain kepada medan magnet, rumus
perlu mengambil kira F = BIl sin
13.2Motor elektrik
Kegunaan penghasilan daya akibat saling tindakan antara
konduktor yang membawa arus dengan medan magnet.
Rajah 13.4 Motor elektrik
Kegunaan motor elektrik ialah menukarkan tenaga elektrik kepada
tenaga mekanikal. Alat-alat elektrik yang menggunakan motor
elektrik ialah mesin basuh, mesin pengisar, kipas dan lain-lain
lagi. Prinsip kerja motor elektrik (arus terus)
Rajah 13.5 Prinsip kerja motor elektrik
Motor elektrik terdiri daripada satu angker yang terdiri
daripada satu angker yang boleh berputar diantara dua kutub magnet
yang berlainan. Kedua-dua hujung dawai gegelung disambung kepada
komutator yang disentuh dengan berus karbon.
Apabila arus dialirkan melalui gegelung, saling tindakan antara
medan magnet dari angker membawa arus dengan medan magnet kekal
akan berlaku. Medan lastik dihasilkan di dua belah sisi dawai
gegelung. Medan lastik ini menghasilkan satu daya putaran untuk
memutarkan gegelung itu. Arah daya yang bertindak ke atas angker
boleh ditentukan dengan menggunakan peraturan tangan kiri Fleming.
Corak medan lastik dapat dilukiskan.
Fungsi komutator berbelah dua yang dipasang pada angker adalah
untuk melicinkan pertukaran arah arus dalam gegelung setiap separuh
putaran supaya gegelung motor itu dapat berputar secara terus.
Lazimnya arus yang lebih besar diperlukan untuk memulakan
pergerakan motor elektrik. Apabila motor sudah berputar dengan laju
seragam, arus yang lebih kecil diperlukan. Ini kerana di dalam
keadaan pegun, inersia gegelung motor adalah besar dan daya yang
lebih besar diperlukan untuk memulakan putarannya.
Semasa gegelung motor berputar dengan laju seragam dalam medan
magnet, arus teraruh dihasilkan dan mengalir dalam arah
bertentangan dengan arah arus yang berpunca dari bekalan kuasa.
Oleh itu, arus yang lebih kecil diperlukan untuk motor berputar
dengan laju seragam.
13.3Daya atas satu zarah bercas
Jika zarah bercas dianggap sebagai cas titik, medan elektrik
ditakrif sebagai daya yang di alami seunit cas: E = F/qdi mana F :
daya elektrik yang dialami zarah q : cas E : medan elektrik di mana
zarah itu berada
Ruang sekeliling cas elektrik mempunyai sifat yang dipanggil
medan elektrik dan medan elektrik ini mengenakan satu daya ke atas
objek lain yang bercas elektrik. Daya ini menyebabkan objek menolak
atau menarik bergantung kepada cas yang ada pada objek.
Rajah 13.6 Medan elektrik disekitar cas titik
Daya antara zarah-zarah bercas diterangkan menggunakan Hukum
Coulomb.
Satu cas pegun dalam medan magnet tidak akan mengalami mana-mana
daya. Cas akan mengalami daya jika ia bergerak dalam medan magnet.
Daya ini dikenali sebagai daya magnet satu cas yang bergerak.
Magnitud daya magnet bergantung kepada: (a)magnitud cas, q (unit
Coulomb, C)(b)halaju cas, v (unit m/s2)(c)arah pergerakan cas dalam
medan magnet (d)kekuatan medan magnet, B (unit Tesla, T)Daya pada
cas yang bergerak, F = qv B
F adalah maksimum bila halaju cas adalah berserenjang
(perpendicular) kepada arah medan magnet. Jika cas, q bergerak
dalam arah yang yang berserenjang dengan medan kepada B v sin .
Maka F = qv B sin
Cas titik yang bergerak berserenjang dengan medan magnet selari,
B.
Medan Magnet, BRajah 13.6
Daya ke atas cas adalah berserenjang kepada kedua-dua arah
gerakan cas dan arah medan magnet.
Daya yang dialami oleh cas positif mempunyai magnitud F =
Bqv
Contoh pengiraan
Satu elektron di pecutkan ke 6.0 x 106 m/s2 dipesongkan oleh
medan magnet yang kekuatannya 0.82 T. Apakah daya yang bertindak ke
atas elektron? Adakah daya ini berbeza bagi proton?
Jawapan:7.9 10-13 N
13.4Skrin TV
Bagaimanakah monitor TV berfungsi?
Gambar terhasil dengan menembak satu bim elektron (zarah bercas)
daripada senapang elektron (electron guns) di belakang ke skrin di
hadapan. Elektron dengan tenaga yang banyak, memindahkan tenaga itu
ke skrin. Tenaga dipindahkan ke titik-titik fosfor di belakang
skrin.
Rajah 13.8 Topeng bayang
Fosfor adalah bahan yang mengeluarkan tenaga dalam bentuk
cahaya, jadi ia bercahaya. Satu topeng logam (metal mask) di
belakang skrin mengandungi lubang-lubang dalam kumpulan 3 tiik
fosfor. Senapang elektron untuk warna berlainan adalah pada
tempat-tempat berlainan, ia menghentam lubang daripada arah-arah
yang agak berlainan.
Rajah 13.8 Titik-titik fosfor
Walaupun ketiga-tiganya difokuskan pada lubang yang sama dalam
topeng logam, ia akhirnya menghentam tempat-tempat berlainan pada
skrin, maka menghasilkan cahaya pada titik-titik fosfor yang
berlainan warna.
Untuk menuju ke bim, gegelung stering kuprum digunakan untuk
menghasilkan medan magnet dalam tiub. Medan menggerakkan bim
elektron secara mencancang dan mengufuk. Dengan mengenakan voltan
berlainan pada gegelung stering, bim boleh di laraskan pada
mana-mana titik di atas skrin. Magnet kekal memesongkan elektron
yang lebih ringan supaya ia menghentam skrin.
13.5Contoh soalan dan latihan
1.Senaraikan alatan-alatan di dalam rumah yang menggunakan
tenaga elektrik.2.Terangkan perubahan tenaga dalam satu motor
elektrik?3.Terangkan bagaimana komutator dan berus beroperasi dalam
motor elektrik.
13.6Rujukan
1.http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/forwir2.html2.http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/motdc.html3.http://www.s-cool.co.uk/a-level/physics/forces-in-magnetic-fields/revise-it/forces-on-charged-particles4.http://www.howstuffworks.com/tv.htm
TOPIK 14
PENJANAAN DAN PENGHANTARAN ELEKTRIK
SinopsisSetiap hari, kita menggunakan tenaga elektrik sama ada
di rumah atau di tempat kerja. Penggunaan tenaga elektrik telah
menjadi suatu kewajipan dalam kehidupan moden. Tahukah anda
bagaimana arus elektrik dihasilkan? Bekalan arus elektrik adalah
hasil daripada suatu penjana arus elektrik yang besar. Di dalam
topik ini anda akan didedahkan kepada Hukum Faraday dan Hukum Lenz
yang digunakan dalam penghasilan arus aruhan menggunakan konsep
aruhan elektromagnet. Anda juga akan didedahkan dengan fungsi
transformer.
Hasil Pembelajaran
5. Menerangkan konsep aruhan elektromagnet6. Menakrifkan Hukum
Faraday 7. Mentakrifkan Hukum Lenz8. Menerang bagaimana arus
elekrik boleh dijanakan.9. Membezakan antara suatu penjana at dan
penjana au10. Menerangkan proses swainduktans11. Menerangkan
tentang fungsi transformer
Gambaran Keseluruhan
Rajah 14.1 Gambaran Keseluruhan Isi Kandungan
Isi Kandungan
14.1 Daya Gerak Elektrik (d.g.e)Apabila kita mengkaji litar
elektrik, kita belajar bahawa pam cas diperlukan untuk menghasilkan
aliran arus berterusan. Keupayaan meningkat, atau voltan yang
diberi kepada cas melalui pam dipanggil daya elektromotif
(electromotive force emf atau daya gerak elektrik d.g.e) yang
dijana. Daya gerak elektrik (d.g.e) bukan daya, ia adalah
peningkatan voltan dan diukur dengan unit volt. Bila dawai
digerakkan melalui medan magnet, daya bertindak ke atas cas-cas dan
cas-cas bergerak dalam arah daya. Daya elektromotif (d.g.e) ini
juga dinamakan sebagai tenaga elektrik yang dijana.
Daya gerak elektrik (d.g.e) bergantung kepada kekuatan medan
magnet, B, panjang dawai di dalam medan magnet, l, dan halaju dawai
dalam medan, v .
Jika B, v, dan arah panjang dawai berserenjang antara satu sama
lain, maka:- Daya gerak elektrik (d.g.e) = Blv
14.2 Aruhan Elektromagnet
Aruhan elektromagnet adalah penghasilan daya gerak elektrik
(d.g.e) dalam satu konduktor apabila terdapatperubahan fluks
magnetdangerakan relatifantarakonduktordanmedan magnet. Magnitud
d.g.e aruhan menurut Hukum Faraday dan arah d.g.e aruhan adalah
menurut Hukum Lenz.
14.3Hukum Faraday
Hukum Faradaymenyatakan bahawa satu dge akan teraruh dalam satu
litar elektrik apabila terdapat perubahan fluks magnet yang
berkaitan dengan litar elektrik itu.
Magnitud dgearuhan adalah bergantung padaperubahan fluks
magnet.Magnitud dge teraruh adalah berkadar langsung dengan kadar
perubahan fluks magnet.
Dimana, E ialah dge teraruh. (Induced emf)
Arus elektrik boleh menghasilkan medan magnet, dan medan