bab 2 daya dan gerakan - · pdf filenewton pertama hukum gerakan newton kedua f=ma prinsip...
TRANSCRIPT
Bab 2
Daya dan Gerakan
TINGKATAN 4
FIZIK
Cikgu Desikan
Disunting oleh
SMK Changkat Beruas, Perak
Cikgu Khairul AnuarDengan kolaborasi bersama
SMK Seri Mahkota, Kuantan
1. Menganalisis gerakan linear
2. Menganalisis graf gerakan
3. Memahami inersia
4. Menganalisis momentum
5. Memahami kesan daya
6. Menganalisis impuls dan daya impuls
7. Menyedari kepentingan ciri-ciri
keselamatan kenderaan
Pelajar-pelajar yang dikasihi,
Dua proses yang asas dalam pendidikan adalah mengetahui dan menghargai.
8. Memahami daya graviti
9. Menganalisis keseimbangan daya
10. Memahami kerja, tenaga,kuasa dan
kecekapan
11. Menghargai kepentingan memaksima
kan kecekapan alat
12. Memahami kekenyalan.
Bab 2
Daya dan Gerakan
2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
P1 8 7 8 9 9 8 7 9
P2
A 1 1 1 1 1 1 2 1
B 1 1 - - -
C 1 1 - 1
P3A 1 1 - - 1
B 1 1 1 - -
Analisis Soalan-soalan Tahun Lepas
Objektif Pembelajaran :
FIZ
IK T
ING
KA
TA
N 4
2016
Peta Konsep
Pelajar-pelajar yang dikasihi,
Daya & Gerakan
Kinematik Dinamik
Jarak Sesaran
Laju Halaju
Graf Persamaan
Gerakan
Linear
Gerakan Linear
Pecutan/Nyahpecutan
Inersia Kesan Daya Momentum Linear
Jisim
Hukum
Gerakan
Newton
Pertama
Hukum
Gerakan
Newton
Kedua
F=ma
Prinsip
Paduan
Daya
Prinsip
Leraian
Daya
Pelanggaran
Kenyal/
Tak Kenyal
Letupan
Prinsip Keabadian
momentum
Yang penting bukan kad yang anda miliki tetapi bagaimana
anda bermain dengannya!!!
Kerja
TenagaKuasa
Bab 2
Daya dan Gerakan
Hukum Gerakan
Newton Ketiga
2.1 Gerakan Linear
Jarak
Jumlah panjang lintasan yang dilalui oleh
suatu jasad dari satu titik ke titik yang lain.
Sesaran
Jarak suatu jasad bergerak dari kedudukan
asal ke kedudukan akhir pada arah tertentu.
Halaju
kadar perubahan sesaran terhadap masa
Laju
kadar perubahan jarak terhadap masa.
Laju Purata Halaju Purata
Kuantiti Fizik
Laju seragam
laju yang mempunyai magnitud yang sama di
sepanjang lintasan
Halaju seragam
halaju yang mempunyai magnitud dan arah
gerakan yang sama.
4
Pecutan
kadar perubahan halaju terhadap masa
5
Laju
seragam
Halaju
seragam
10 ms-1
20 ms-1
30 ms-1
40 ms-1
10 ms-1
20 ms-1
30 ms-1
40 ms-1
Laju
seragam
Halaju
seragam
Malar =
Halaju sifar =
Halaju negatif =
Pecutan sifar =
Pecutan positif =
Pecutan negatif =
Suatu objek mempunyai halaju seragam jika :
6
Arah gerakan adalah sama atau
gerakan linear
Magnitud halajunya adalah
kekal sama+Suatu objek mempunyai laju seragam jika :
Magnitud lajunya kekal sama
tanpa mengambil kira arahnya
Laju
seragam
Halaju
seragam
Laju
seragam
Halaju
seragam
10 ms-1
10 ms-1
10 ms-1
10 ms-1
10 ms-1
10 ms-1
10 ms-1
10 ms-1
Contoh 1
Sebuah kapal terbang terbang ke arah utara
dengan halaju 300 km/jam selama satu jam.
Kemudian, kapal terbang itu terbang ke arah timur
dengan halaju 400 km/jam selama satu jam.
a) Apakah kelajuan purata kapal terbang itu?
b) Apakah halaju purata kapal terbang itu?
Contoh 2
Meter kelajuan bagi sebuah kereta yang
dalam perjalanan ke utara menunjukkan
bacaan 70 km/jam. Satu lagi kereta bergerak
pada kelajuan 70 km/jam ke arah selatan.
Adalah kelajuan kedua-dua kereta sama?
Adakah halaju kedua-dua kereta sama?
7
Masa, t =
=
Sesaran, s =
Halaju = =
PecutanElapse time, t
Halaju awal, u =
Halaju akhir, v =
Pecutan = 8
x cm
11 titik
Jangka masa detik Halaju
t
s
x1 cm
11 titik
x2 cm
Arah gerakan
• Menggunakan bekalan kuasa a.u. 12 V
• 1 detik =
• Masa yang diambil untuk menghasilkan 50
detik pada pita detik adalah 1 saat. Maka,
selang masa antara 2 titik yang berturutan
adalah 1/50 = 0.02 s.
• 1 detik = 0.02 s
Bil. detik = Bil. titik - 1
Persamaan Gerakan Linear
u = halaju awal
v = halaju akhir
t = masa yang diambil
s = sesaran
a = pecutan malar
9
Rajah menunjukkan carta pita detik bagi
sebuah troli yang bergerak. Frekuensi
jangka masa detik yang digunakan ialah
50 Hz. Setiap bahagian mempunyai 11 titik.
a) Apakah masa antara dua titik?
b) Apakah masa yang diambil untuk satu
jalur pita detik?
c) Apakah halaju awal?
d) Apakah halaju akhir?
e) Apakah selang masa untuk berubah dari
halaju awal kepada halaju akhir?
f) Apakah pecutan troli tersebut?
10
Latihan 2.1
2010 30 40 50 60 70 80 90 1100
2
4
6
8
10
12
Panjang (cm)
Detik
100
1.
2. Sebuah roket mengalami pecutan 20 ms-2.
Kira halaju selepas 2.5 minit jika halaju
awalnya adalah 3000 ms-1.
11
3. Sebuah van naik suatu cerun dan berhenti
selepas 12 saat. Jika halaju awal adalah
18 ms-1, kirakan pecutan van tersebut.
12
4. Sekumpulan pelajar membuat roket dan
melancarkannya menegak ke atas dengan
halaju 27 ms-1. Berapakah jumlah jarak
yang dilalui oleh roket?
[Andaikan g = 10 ms-2]
13
6 cm
Latihan
Berdasarkan keratan pita detik di atas tentukan
a) Jumlah masa
b) Halaju purata.
Soalan 2
Berdasarkan keratan pita detik di bawah tentukan nilai pecutan.
Soalan 1
3 cm 5 cm
A B
Pita detik Carta Pita Detik Jenis Gerakan
Halaju seragam
(i)
(ii)
• Jarak di antara titik bertambah
secara seragam
• Halaju objek
________________________
• Objek bergerak dengan
________________________
• Jarak di antara titik berkurang
secara seragam
• Halaju objek
________________________
• Objek bergerak dengan
________________________
14
Len
gth
/cm
Len
gth
/cm
Len
gth
/cm
(i)
(ii)
Ja
rak
/ cm
Ja
rak
/ cm
Ja
rak
/ cm
2.2 Graf Gerakan
Graf Sesaran - Masa
Graf Halaju - Masa
15
s /m
t/sA
B C
D
v /m
t/sA
B C
D
Bhgn Kecerunan Pecutan Sesaran
A – B
B – C
C – D
Bhgn Kecerunan Halaju Pecutan
A – B
B – C
C – D
Halaju sifar
Halaju negatif dan
seragam
Halaju seragam
s lawan t v lawan t a lawan t
16Graf Gerakan
s
t
v
t
a
t
s
t
v
t
a
t
s
t
v
t
a
t
Pecutan malar
Nyahpecutan
malar
17
*** Kecerunan graf s-t mewakili halaju. Kecerunan ↑, Halaju ↑.
s lawan t v lawan t a lawan t
s
t
v
t
a
t
s
t
v
t
a
t
2.3 Inersia
Setiap objek akan terus
berada dalam keadaan pegun
atau terus bergerak dengan
halaju tetap pada satu garisan
lurus kecuali dikenakan oleh
suatu daya luar.
Hubungan inersia dan
jisim
Semakin besar jisim suatu
objek, semakin besar
inersianya.
Situasi-situasi yang melibatkan inersia
Apabila kadbod disentap, duit syiling
tidak bergerak bersama-sama kadbod.
Inersia duit syiling itu mengekalkan
kedudukan asalnya.
Duit syiling jatuh ke dalam gelas
disebabkan oleh daya tarikan graviti.
Apabila bas bergerak secara mengejut
dari kedudukan rehat, kaki kita
terbawa ke hadapan tetapi badan kita
cenderung untuk kekal dalam keadaan
rehat disebabkan inersia. Ini
menyebabkan badan kita terhumban
ke belakang.
Apabila bas berhenti mengejut, kaki
kita dalam keadaan rehat tetapi badan
kita cenderung untuk meneruskan
gerakan ke hadapan disebabkan
inersia. Ini menyebabkan badan kita
untuk terhumban ke hadapan.
** Cuba eksperimen
inersia menggunakan
baldi
18
Cara Penerangan
Tangki yang mengandungi cecair dalam
sebuah lori perlu dibahagikan kepada
beberapa bahagian yang kecil
Bahagian di antara tempat duduk pemandu
dan beban harus mempunyai struktur keluli
yang kukuh
Tali pinggang keledar
Beg udara
Cara menggurangkan kesan negatif inersia
Budak lelaki melarikan diri daripada seekor lembu
dengan gerakan zig zag. Inersia lembu yang
besar menyebabkannya sukar mengubah
gerakan semasa mengejar budak tersebut.
Inersia lembu besar kerana jisimnya yang besar.
19
Sos cili di dalam satu botol dikeluarkan secara mudah dengan
menggerakkan botol ke bawah dengan cepat dan diberhentikan secara
mengejut. Sos cili di dalam botol bergerak bersama-sama botol ke
bawah. Apabila botol diberhentikan secara mengejut, sos cili terus
berada dalam keadaan gerakan ke bawah disebabkan inersianya.
2.4 Momentum
Kedua-dua objek bergerak dengan halaju
yang berbeza selepas perlanggaran.
Momentum diabadikan
Tenaga kinetik diabadikan
Jumlah tenaga diabadikan
1. Momentum ialah
2. Momentum = Jisim x Halaju
p = mv
3. Momentum merupakan kuantiti vektor 4. Unit SI momentum : kg m s-1
Prinsip Keabadian Momentum
Dalam suatu perlanggaran, jumlah momentum sebelum perlanggaran adalah sentiasa sama
dengan jumlah momentum selepas perlanggaran jika tiada daya luar bertindak ke atas sistem itu.
Kedua-dua objek bergerak bersama-sama
dengan halaju sepunya.
Momentum diabadikan
Tenaga kinetik tidak diabadikan
Jumlah tenaga diabadikan
20
u1
m1 m2
u2 v1
m1 m2
v2
Selepas PerlanggaranSebelum Perlanggaran
u1
m1 m2
u2v1 = v2
m1 m2
Selepas PerlanggaranSebelum Perlanggaran
Jumlah momentum sebelum perlanggaran = Jumlah momentum selepas perlanggaran
Perlanggaran
Kenyal
21
Perlanggaran
Tak Kenyal
Perlanggaran Kenyal
dan Perlanggaran Tak Kenyal
Kedua-dua objek bercantum dan pegun
sebelum letupan dan bergerak
bertentangan arah selepas letupan.
Momentum diabadikan.
Jumlah
momentum
sebelum letupan
ialah sifar.
Jumlah momentum
selepas letupan :
m1v1 + m2v2
Berdasarkan Prinsip Keabadian Momentum :
0 = m1v1 + m2v2
m1v1 = - m2v2
tanda – menunjukkan objek bergerak pada
arah yang berlawanan selepas letupan.
22
v1
m1 m2
v2
m1 m2
Sebelum Letupan Selepas Letupan
Pegun
Jumlah momentum =
sebelum letupan
Jumlah momentum
selepas letupan
1. Troli A yang berjisim 3 kg bergerak dengan halaju 2 ms-1 dan berlanggar dengan troli B yang
pegun. Selepas perlanggaran, troli A bergerak dengan halaju 0.4 ms-1. Jika perlanggaran ini
adalah kenyal, tentukan momentum troli B selepas perlanggaran.
A
2 ms-1
B
pegun
A
0.4 ms-1
B
mA=3kg mB=? mA=3kg mB=?
vB=?
23
Latihan 2.4
2. Sebuah kereta bergerak dengan halaju 32 ms-1 berlanggar dengan sebuah lori yang bergerak
pada halaju 17ms-1 dari arah yang bertentangan. Jika jisim kereta dan lori adalah masing-
masing 1 200 kg dan 5 500 kg, kirakan
a) momentum kereta sebelum perlanggaran
b) jumlah momentum
c) halaju akhir kedua-dua kenderaan selepas perlanggaran jika perlanggaran tersebut adalah
tak kenyal.
A
32 ms-1
B
mC=1200kg mL=5500 kg
17 ms-1
AB
v=?
mC=1200kg mL=5500 kg
24
3. Sebutir peluru berjisim 5 g dengan kelajuan 150 ms-1 melanggar dengan ketulan ais berjisim
1.5 kg yang terletak pada permukaan yang licin. Peluru itu melalui kiub ais dan kemudiannya
bergerak dengan halaju 70 ms-1. Apakah halaju kiub ais?
25
4. Sebutir peluru yang berjisim 10 g yang ditembak dari sebuah senapang bergerak pada
kelajuan 300 ms-1. Jika jisim senapang adalah 7.5 kg, kirakan kelajuan sentakan senapang
tersebut.
26
2.5 Daya
Daya Seimbang
Apabila daya-daya yang bertindak ke atas suatu objek seimbang, ia akan saling memJawuh.
Daya paduan yang bertindak ke atas objek tersebut = 0 N.
Daya tak seimbang / Daya paduan
Kesan daya : Mengubah
● bentuk dan saiz objek ● gerakan objek dan ● kedudukan objek 27
Kesan :
Objek pegun [ halaju = 0] objek akan terus bergerak dengan halaju
seragam [ a = 0]
atau
Daya tak seimbang wujud apabila daya-daya yang bertindak pada suatu objek menghasilkan suatu
daya paduan 0 N.
Daya paduan juga disebut sebagai daya bersih.
Daya, Jisim & Pecutan
Apabila daya bersih, F, bertindak ke atas
objek yang bejisim, m , objek tersebut
akan mengalami pecutan.
Pecutan suatu objek berkadar terus dengan
magnitud daya paduan yang bertindak ke
atasnya dan berkadar songsang dengan
jisimnya.
Arah pecutan objek tersebut sama dengan
arah daya paduan.
Daya Paduan = Jisim x Pecutan
Hubungan antara a & F Hubungan antara a & m
a
F0
a
m0
28
a
F
2. Tentukan nilai F.
1. Tentukan pecutan objek bagi kes di
bawah.
a)
b)
29
F = 10 N5 kg
Permukaan licin
FR = 15 N 3 kgF = 45 N
FR = 5 N 10 kg F
a = 4 ms-2
3. Tentukan nilai m.
FR = 10 N m kg
F = 60 N
a = 2 ms-2
Latihan 2.5
5. Ali mengenakan daya 50 N untuk
menggerakkan meja berjisim 10 kg dengan
halaju malar. Apakah daya geseran yang
bertindak di atas meja?
30
4. Berapakah daya diperlukan untuk
menggerakkan objek berjisim 2 kg dengan
pecutan 3 ms-2, jika
a) objek berada di atas permukaan yang
licin?
b) objek berada di atas permukaan di
mana daya geseran purata yang
bertindak ke atas objek itu adalah 2 N?
7. Yang mana satu sistem berikut akan
menghasilkan pecutan maksimum?
6. Sebuah kereta berjisim 1200 kg dengan
halaju 20 m/s dibawa kepada keadaan
rehat selepas bergerak 30 m. Cari
a) nyahpecutan purata,
b) daya brek purata.
31
80 Nm
100 NA.
14 Nm
6 NB.
15 Nm
5 NC.
28 Nm
52 ND.
2.6 Impuls dan Daya Impuls
Perubahan momentum
Unit : kgms-1 atau Ns
Impuls
Kadar perubahan momentum
dalam suatu perlanggaran
atau letupan
Unit = N
Daya Impuls, FI
Kesan Masa
t↓ FI ↑
t↑ FI ↓
Daya impuls, F berkadar
songsang dengan masa
sentuhan, t dalam suatu
perlanggaran.
• Masa sentuhan panjang
Daya impuls berkurang
• Masa sentuhan singkat
Daya impuls bertambah
***
32
FI
t
FI
t
1
Situasi dalam sukan di mana daya impuls perlu dikurangkan
33
Tilam tebal digunakan dalam acara lompat tinggi. Apabila atlit jatuh ke atas
tilam tebal, masa hentaman dapat dipanjangkan. Maka daya impuls yang
terhasil dapat dikurangkan. Dengan itu, ia dapat mengelak atlit mengalami
kecederaan akibat daripada daya impuls.
Apabila seorang gimnas mempersembahkan aksi
Squat Vault, dia akan bengkok kakinya ketika
mendarat. Ini adalah untuk memanjangkan masa
mendarat untuk mengurangkan daya impuls yang
bertindak ke atas kakinya. Ini akan
mengurangkan peluang mengalami kecederaan
serius.
Seorang pemain besbol mesti menangkap bola mengikut arah
gerakan bola. Menggerakkan tangannya ke belakang apabila
menangkap bola memanjangkan masa perubahan momentum,
seterusnya mengurangkan daya impuls.
Penjaga gol memakai sarung tangan tebal bagi meningkatkan
masa hentaman sewaktu menangkap bola yang bergerak laju.
Ini dapat menggurangkan daya impuls.
Situasi di mana daya impuls perlu ditingkatkan
34
Kepala tukul besar yang bergerak laju dibawa kepada
kedudukan rehat setelah memukul kuku. Perubahan besar pada
momentum dalam selang masa yang singkat menghasilkan daya
impuls besar yang memaksa paku tembus ke dalam kayu.
Bola sepak mesti mempunyai tekanan udara yang cukup di dalamnya
supaya masa sentuhan adalah pendek. Akibatnya, daya impuls yang
bertindak ke atas bola akan menjadi lebih tinggi dan bola akan bergerak
lebih pantas dan lebih jauh.
Antan dan lesung diperbuat daripada batu, kedua-duanya
mempunyai permukaan yang keras. Antan diangkat ke atas dan
cili di dalam lesung ditumbuk dengan cepat. Daya impuls yang
tinggi dihasilkan dalam proses ini dan menghancurkan cili dengan
mudah.
Lesung
Antan
Tangan ahli karate dihayun dengan pantas sebelum menghentam
kepingan kayu. Sebaik sahaja menyentuh permukaan kayu, tangan
diangkat dengan cepat. Teknik ini menyebabkan perubahan
momentum tangan berlaku dalam masa yang singkat. Maka daya
impuls yang besar dikenakan ke atas kepingan kayu dan
menyebabkan kayu pecah.
Soalan 1
Seorang penduduk berjisim 60 kg melompat
dari tingkat satu rumah yang terbakar.
Halajunya sebelum mendarat di atas tanah
adalah 6 ms-1.
a) Kira impuls apabila kakinya mencecah
tanah.
b) Apakah daya impuls yang bertindak pada
kaki penduduk itu jika dia
membengkokkan kakinya ketika mendarat
dan mengambil 0.5 s untuk berhenti?
c) Apakah daya impuls pada kaki penduduk
itu jika dia tidak membengkokkan kakinya
dan mengambil 0.05 s untuk berhenti?
d) Apakah kelebihan membengkokkan
kakinya ketika mendarat?
35
Soalan 2
Rooney menendang bola dengan daya 1500N.
Masa sentuhan but dengan bola adalah 0.01 s.
Apakah impuls yang dipindahkan pada bola?
Jika jisim bola ialah 0.5 kg, apakah halaju
bola?
Latihan 2.6
36
Soalan 3
A troli yang berjisim 500 g berada dalam
keadaan rehat di atas permukaan yang licin.
Troli itu diberi impuls mendatar 5 Ns.
Berapakah halaju troli selepas kesan impak?
Soalan 5
Sebuah roket 50 kg berjisim dilancarkan secara
menegak. Bahan api sedang dibakar pada
kadar 2 kg s-1 dan gas ekzos dihembus keluar
dengan kelajuan 1000ms-1. Apakah pecutan
awal roket?
Soalan 4
Impuls mendatar 500 Ns dikenakan pada
sebulah troli pegun dengan jisim 2 kg.
Berapakah halaju troli tersebut selepas
impak?
2.7 Ciri-ciri Keselamatan Kenderaan
37
Komponen Fungsi
Penghadang KepalaMengurangkan kesan inersia ke atas kepala semasa hentaman daripada
belakang
Bag UdaraMemanjangkan masa hentaman kepala pemandu dengan stereng.
Daya impuls yang dikenakan pada pemandu dapat dikurangkan.
Cermin hadapanMelindung pemandu dan penumpang.
Direka bentuk supaya retak dan berbentuk bulat daripada berkecai
Bamper Memanjangkan masa hentaman semasa perlanggaran supaya daya
impuls dapat dikurangkan
Sistem Brek ABS Membantu pemandu memberhentikan kenderaan dengan cepat tanpa
menyebabkan brek terkunci.
Zon mudah remukMeningkatkan jumlah masa kereta berhenti sepenuhnya dan seterusnya
mengurangkan daya impuls.
Tali Pinggang
Keledar
Mengurangkan kesan inersia dengan menghalang penumpang
terhumban ke hadapan.
Palang Impak Sisi Meningkatkan ketegaran pintu dan mengagihkan tenaga sekiranya
berlaku perlanggaran dari bahagian tepi
Tayar berbunga Menambahkan daya geseran pada permukaan jalan raya semasa cuaca
hujan
3810 Teknologi Keselamatan Kereta yang Canggih
Pengeluar automotif sangat bersaing menggabungkan prestasi dan keselesaan dengan teknologi
keselamatan canggih yang cuba untuk kekal satu langkah di hadapan untuk anda - dan semua orang
lain di jalan raya. Klik pautan di bawah untuk melihat beberapa teknologi keselamatan yang canggih.
2.8 Graviti
39
Daya graviti
• Suatu objek jatuh ke bumi kerana ia ditarik ke
arah Bumi oleh daya graviti.
• Daya ini dikenali sebagai Daya tarikan graviti
atau Daya graviti bumi.
• Daya graviti bumi cenderung untuk menarik
semua objek ke arah pusat bumi.
• Suatu objek jatuh bebas apabila ia jatuh hanya di
bawah pengaruh daya graviti. Halaju objek bertambah
(pecutan seragam).
• Jatuh bebas hanya berlaku apabila suatu objek berada
di dalam ruang vakum. Ruang vakum ialah suatu ruang
kosong tanpa molekul udara.
• Ketiadaan udara bermaksud tiada rintangan udara yang
akan menentang gerakan jatuhan suatu objek.
• Di dalam ruang vakum, kedua-dua objek ringan dan
berat mengalami jatuh bebas. Mereka jatuh dengan
pecutan yang sama iaitu pecutan graviti, g.
Jatuh bebas
40
• Medan graviti merupakan kawasan di sekeliling Bumi di mana suatu objek mengalami daya
tarikan ke pusat Bumi.
• Daya tersebut ialah daya tarikan graviti.
• Kekuatan medan graviti ditakrifkan sebagai daya graviti yang bertindak ke atas suatu objek
berjisim 1 kg.
Unitnya ialah N kg-1.
F= Daya graviti
m= Jisim
• Kekuatan medan graviti, g = 10 Nkg-1
• Pecutan graviti, g = 10 ms-2
Medan graviti
• Objek yang jatuh bebas mengalami pecutan seragam. Pecutan ini dikenali sebagai pecutan
graviti, g.
• Nilai pecutan graviti, g ialah 9.8 ms-2.
• Magnitud pecutan graviti bergantung kepada kekuatan medan graviti.
• Bagi memudahkan penyelesaian berangka, nilai g biasanya dianggap sebagai 10 ms-2.
Pecutan graviti,g
Langkah pertama dalam memperoleh kebijaksanaan adalah senyap,
kedua mendengar, ketiga memori , keempat amalan, kelima mengajar
orang lain.41
Jisim Berat
Berat ialah daya graviti yang bertindak
pada suatu objek.
Tetap di semua tempat
Kuantiti vektor
Kuantiti asas
Unit SI: Unit SI: Newton (N)
• Berat suatu objek ialah daya graviti yang bertindak ke atas
objek tersebut.
• Berat = jisim x pecutan graviti.
• Kuantiti vektor.
• Unit SI : Newton, N.
Berat
Perbandingan antara jisim dan berat
Perbezaan antara
jatuhan di udara dan
jatuh bebas di dalam
ruang vakum bagi
satu syiling dan bulu
ayam.
Kedua-dua objek
dijatuhkan serentak
pada suatu ketinggian
yang sama.
Dalam ruang vakum Dalam ruang udara
• Tiada rintangan udara
• Syiling dan bulu ayam
mengalami jatuh bebas.
• Hanya daya graviti
bertindak ke atas
kedua-dua objek.
• Kedua-dua objek jatuh
mencecah lantai dalam
masa yang sama
• Kedua-dua objek jatuh kerana daya
graviti.
• Wujud rintangan udara ke atas
permukaan objek yang sedang jatuh
(Bertindak ke atas).
• Bulu ayam mempunyai permukaan
yang lebih luas maka mengalami
rintangan udara yang lebih tinggi.
• Syiling akan jatuh terlebih dahulu.
Kedudukan
asal
42
Kedudukan
akhir
Dalam ruang vakum Dalam ruang udara
Objek jatuh bebasObjek yang dilontar ke atas
dan jatuh bebas
Objek yang dilontar ke
bawah dan jatuh bebas
Dua sfera keluli
jatuh di bawah
pengaruh graviti.
Kedua-duanya
digugurkan pada
masa yang sama
dari ketinggian
yang sama.
Dalam ruang vakum Dalam ruang udara
Kedua-dua sfera jatuh
dengan pecutan. Jarak
antara kedua-dua imej
sfera yang berturutan
bertambah
menunjukkan bahawa
kedua-dua sfera jatuh
dengan halaju semakin
meningkat; jatuh
dengan pecutan.
Kedua-dua sfera yang jatuh ke
bawah dengan pecutan yang
sama Kedua-dua bidang adalah
pada ketinggian yang sama pada
setiap masa. Oleh itu, objek yang
berat dan ringan jatuh dengan
pecutan graviti yang sama.
Pecutan graviti tidak bergantung
kepada jisim.
Graf gerakan untuk objek jatuh bebas
v
t
a
t
v
t
a
t
v
t
a
t
-10 -10 -10
43
Soalan 1 Soalan3
Suatu objek jatuh dalam vakum. Antara kuantiti
berikut, yang mana tidak berubah?
A. Momentum
B. Pecutan
C. Halaju
D. Impuls
Sebiji kelapa mengambil masa 2 saat untuk
jatuh ke tanah. Tentukan
a) kelajuannya apabila menyentuh tanah
b) ketinggian pokok kelapa.
Soalan 2
Pecutan graviti di bulan adalah hampir 6 kali
kurang daripada yang di bumi. Jika berat
seorang angkasawan di Bumi ialah 720N,
apakah jisimnya di Bulan? (gbumi = 10ms-2)
44
Latihan 2.8
45
Soalan6
Sebiji batu dilemparkan ke atas dengan halaju
awal 10 ms-1. Jika rintangan udara diabaikan
dan kekuatan medan graviti Bumi adalah
10 Nkg-1, kira masa yang diambil untuk batu
tersebut untuk sampai semula ke kedudukan
asal.
Soalan5
Seorang angkasawan melompat dari ketinggian
10 m dari permukaan Bulan. Apakah masa
yang diambil untuk dia mencapai permukaan
Bulan?
Prinsip
keseimbangan
daya
Apabila suatu jasad dikenakan beberapa daya, jasad akan berada dalam
keadaan keseimbangan jika daya paduan, F adalah sifar.
Objek dikatakan berada dalam keadaan keseimbangan daya apabila objek itu
1. sedang pegun atau
2. sedang bergerak dengan halaju seragam.
Hukum Gerakan
Newton Ketiga
2.9 Keseimbangan Daya
46
Contoh ( Label daya yang bertindak pada setiap objek)
Paduan Daya
Daya paduan, F =
Daya paduan, F =
47
F1F2
F1F2
Contoh ( Label daya yang bertindak pada setiap objek)
Daya Paduan
Paduan daya
48
Langkah 2 :
Lengkapkan segiempat selari.
Langkah 1 : Menggunakan pembaris dan jangka sudut,
lukiskan dua daya F1 dan F2 dari suatu titik yang
sama.
Dua bot tunda menarik
sebuah kapal besar dengan
daya F1 dan daya
F2 . Berapakah daya paduan
dan arah tindakannya?
Kaedah segiempat selari
F1
F2
49
Langkah 3 :
Lukiskan pepenjuru segiempat selari itu. Pepenjuru mewakili daya paduan, F dalam magnitud dan
arah.
Skala: 1 cm = k
Leraian daya-daya
50
FY
FX
F
θ
θ
θmg
N
θ
Fx = F cos θ
Fy = F sin θ
Komponen berat yang selari
dengan satah
= mg sin θ
Komponen berat yang normal
dengan satah
= mg cos θ
Suatu daya F boleh dileraikan kepada dua komponen daya yang berserenjang antara satu
sama lain, iaitu :
(a) komponen mengufuk, FX
(b) komponen mencancang, FY
Satah condong
Tentukan daya paduan.
1. 4.
2.
51
12 N
20 N
12 N
3 N 8 N
5 N
3.
3 N12 N
6 N
Latihan 2.9.1
F1
F2
F1
F2
Fy
Fx
F
F
222
1 F)(FF
FcosθFX
θ
θ)-(90
θ)-Fcos(90FY
2Y2
X F)(FF
Paduan daya
Leraian daya
• Satu daya tunggal berleraikan kepada 2 komponen (2 daya).
• Kedua-dua daya baru mesti serenjang antara satu sama lain.
• Dua daya yang serenjang antara satu sama lain digabungkan menjadi satu
kuasa tunggal (Paduan daya).
θ FsinFY
120°
8 N
8 N
120°
5 N
2 N
5. 7.
6.
53
1200 N
800 N
Boat 40°
Box
30 º
8.Rajah menunjukkan sebuah kotak dengan jisim 3kg
diletakkan pada satah condong. Kotak itu ditolak dengan
daya 50N di sepanjang satah yang condong pada sudut
30º dari tanah. Daya geseran antara kotak dan satah
condong ialah 11 N.
Kira:
a) daya yang dikenakan oleh kotak pada arah satah
condong
b) daya paduan pada arah satah condong
c) pecutan kotak
54
Lif
Lif pegun Lif memecut ke atas Lif memecut ke bawah
Daya Paduan = Daya Paduan = Daya Paduan =
Bacaan skala penimbang = Bacaan skala penimbang = Bacaan skala penimbang =
+
***
Pecutan → +a Nyahpecutan → - a 55
+
***
aa
Jatuh bebas Lif nyahpecut ke atas Lif nyahpecut ke bawah
Daya Paduan = Daya Paduan = Daya Paduan =
Bacaan skala penimbang = Bacaan skala penimbang = Bacaan skala penimbang =
a=g
56
+
***
+
***
aa+
***
Pecutan → +a Nyahpecutan → - a
Lif
Penimbang
1. Seorang budak lelaki 45 kg berdiri pada penimbang dalam Lif. Apakah bacaan penimbang jika
a) lif tidak bergerak
b) lif memecut 2 ms-2 ke atas
c) lif memecut 2 ms-2 ke bawah
d) lif menyahpecut 2 ms-2 ke bawah
e) kabel lif terputus
57
Latihan 2.9.2
Takal
Kaedah Alternatif
1. Cari daya paduan,
F
2. Cari jisim yang
bergerak, m
3. Cari pecutan, a
4. Cari tegangan
tali, T
ATAU
58
4 kg
3 kg
Kaedah Alternatif
1. Cari daya
paduan, F
2. Cari jisim yang
bergerak, m
3. Cari pecutan, a
4. Cari tegangan
tali, T
59
ATAU
4 kg
3 kg
2 N
2.10 Kerja, tenaga, kuasa dan kecekapan
Unit SI : Joule, J
Kerja
Kerja ialah hasil darab daya yang bertindak dan
sesaran objek tersebut dalam arah daya yang
dikenakan.
W = Fs W = Kerja
F = Daya, s = sesaran
1 Joule kerja dilakukan apabila satu daya 1 N menggerakkan satu
objek sejauh 1 m dalam arah daya dikenakan.
60
F = 1 N
1 m
F = 1 N
F
s
Tiada kerja dilakukan, jika :
Objek pegun
Seorang pelajar mengalas beg
dan sedang berdiri di suatu
tempat.
Arah gerakan objek
serenjang dengan daya
yang dikenakan
Seorang pelayan sedang
membawa sedulang makanan
dan berjalan.
Tiada daya dikenakan ke
atas objek dalam arah
sesarannya (objek bergerak
kerana inersianya)
Cth: Satelit mengorbit
dalam angkasa. Tiada
geseran di angkasa. Tiada
daya bertindak pada arah
gerakan orbit.
Konsep Definisi Formula & Unit
Kuasa
P = Kuasa,
W = Kerja/Tenaga,
t = masa
Kuasa
61
1. Sebuah troli pegun yang dilepaskan dari
titik X bergerak di sepanjang trek
terpampas geseran. Berapakah halaju troli
tersebut pada titik Y?
2. Sebiji bola dilepaskan dari titik A dengan
ketinggian 0.8 m. Bola tersebut bergelonsor
sepanjang trek melengkung terpampas
geseran. Apakah halaju bola apabila ia
sampai di titik B?
62
Y
X
2.5 m
1.0 m
Z
A
0.8 m
B
Latihan 2.10
3. Sebiji bola bergerak ke atas melalui trek
terpampas geseran setinggi 1.5 m dengan
halaju 6 ms-1. Apakah halaju bola tersebut
pada titik B?
4. Seketul batu yang dilemparkan ke atas
dengan halaju awal 20 ms-1. Apakah
ketinggian maksimum yang boleh dicapai
oleh batu tersebut?
63
B
1.5 m
A
6 ms-1
5. Seorang budak lelaki berjisim 20 kg berada di
bahagian atas gelonsor konkrit setinggi 2.5 m.
Apabila dia menggelonsor ke bawah, dia
melakukan kerja sebanyak 140 J untuk
mengatasi geseran. Apakah halajunya di akhir
gelonsor?
64
2.5 m
• Tenaga ditakrifkan sebagai keupayaan melakukan kerja.
• Unit tenaga ialah Joule (J)
• Tenaga yang dipunyai oleh suatu objek diukur daripada kerja yang dilakukan olehnya.
• Apabila kerja dilakukan, suatu daya dikenakan ke atas suatu objek akan mengubah
kedudukan objek tersebut.
• Apabila kerja dilakukan, tenaga dipindahkan dari suatu objek ke objek yang lain.
• Apabila kerja dilakukan juga, tenaga dipindahkan daripada satu bentuk ke bentuk yang lain.
• Jumlah tenaga yang dipindahkan = Kerja yang dilakukan (work done)
Tenaga keupayaan graviti, EGP Tenaga kinetik, EK
Tenaga keupayaan graviti ialah tenaga yang
dipunyai oleh suatu objek kerana
kedudukannya.
Kinetic energy is the energy of an object due to
its motion.
m = jisim
h = ketinggian
g = pecutan gravitim = jisim
v = halaju
Prinsip Keabadian Tenaga
Menyatakan bahawa tenaga tidak dicipta atau dimusnahkan, tetapi boleh berubah daripada
satu bentuk ke bentuk yang lain.
Tenaga
65
Dawai diregangkan dengan daya luaran
2.11 Kekenyalan
• Atom-atom dawai dijauhkan sedikit antara
satu sama yang lain dan daya tarikan
bertambah sehingga melebihi daya tolakan
antara atom-atom.
• Daya tarikan yang bertambah ini akan
menarik atom-atom untuk mengembalikan
bentuk asal dawai selepas daya yang
dikenakan dialihkan. 66
• Dua jenis daya yang wujud antara atom-atom pepejal ialah daya tarikan dan daya tolakan.
• Dalam keadaan biasa, kedua-dua daya ini diseimbangkan kerana jarak pemisah antara atom-
atom adalah tetap.
• Maka pepejal mempunyai bentuk tetap dan permukaan yang keras.
Dawai dimampatkan dengan daya luaran
• Atom-atom dirapatkan dan daya tolakan
bertambah sehingga melebihi daya tarikan
antara atom-atom.
• Daya tolakan yang bertambah ini akan
menolak atom-atom untuk mengembalikan
bentuk asal dawai selepas daya yang
dikenakan dialihkan.
Daya tolakan Daya tolakanDaya
tarikan
Daya
tarikanDaya tolakan Daya tolakanDaya tarikanDaya
tolakanDaya
tolakan
F= daya yang dikenakan
x = pemanjangan/ mampatan
k = pemalar spring
67
F
x0
Spring
Penunjuk
Jisim
berslot
Kaki retort
Pembaris Hukum Hooke
Contoh situasi / aplikasi yang melibatkan kekenyalan
Penyerap
hentakan
Lastik
Trampoline Memanah
Tilam
Had kekenyalan spring
68
F
x0
Had
kekenyalan
F
x
0
Had
kekenyalan
Pemalar daya spring, k
F
x0
spring keras
spring lembut
• Pemalar daya spring, k ditakrifkan
sebagai daya yang diperlukan untuk
menghasilkan seunit pemanjangan/
mampatan spring itu.
• Unit : N m-1 @ N cm-1 @ N mm-1
• Spring yang mempunyai nilai
pemalar daya spring, k yang besar
sukar diregangkan dan ia dikatakan
lebih keras.
• Spring yang mempunyai nilai
pemalar daya spring, k yang kecil
lebih mudah diregangkan dan ia
dikatakan kurang keras atau lebih
lembut.
• Had kekenyalan spring ialah daya maksimum yang
boleh dikenakan ke atasnya selagi ia boleh kembali
kepada panjang asal apabila daya yang dikenakan
dialihkan.
• Jika spring tersebut dikenakan suatu daya melebihi
had kekenyalan, ia tidak boleh kembali kepada
panjang asal apabila daya yang dikenakan
dialihkan.
• Suatu spring yang dikenakan daya melebihi had
kekenyalannya tidak akan kenyal lagi dan
mengalami pemanjangan kekal.
• Apabila suatu daya yang dikenakan melebihi had
kekenyalan, maka Hukum Hooke tidak lagi dipatuhi.
• Had kekenyalan boleh ditentukan sebagai titik di
mana graf garis lurus berakhir dan mula
melengkung.
Graf daya, F melawan pemanjangan, x
69
F
x0
Pemalar daya spring, k
F
x0
F
x
=
Kerja dilakukan untuk
memanjangkan/
mampatkan spring
=
=
=
=
Faktor yang
mempengaruhi
Kekenyalan
70
Kekenyalan bergantung kepada
jenis bahan
D D
Kekenyalan Kekenyalan
k k
d d
Kekenyalan Kekenyalan
k k
LL
KekenyalanKekenyalan
kk
k = pemalar daya
spring
k ↑
Kekerasan ↑
Kekenyalan↓F
x0
kSteel > kCopper > kAl
* Nilai k dirujuk
sebagai ukuran
kekerasan suatu
spring
Susunan spring
71
Beban dikenakan bagi setiap spring
adalah sama
Beban dikongsi sama rata bagi setiap
spring
Ketegangan bagi setiap spring= Ketegangan bagi setiap spring =
Pemanjangan bagi setiap spring = Pemanjangan bagi setiap spring =
Jumlah pemanjangan spring = Jumlah pemanjangan spring =
Jika n spring digunakan :
Ketegangan bagi setiap spring= Ketegangan bagi setiap spring =
Jumlah pemanjangan spring = Jumlah pemanjangan spring =
W
W
x
xx
Pemalar spring = k
Pemalar spring =k
2
Pemalar
spring = k W W
x
2
Pemalar spring = 2k
x
72
Spring yang panjang
Diameter spring yang besar
Diperbuat daripada kuprum
Dawai spring yang nipis
Disusun secara sesiri
Sistem
spring yang
lemah
Faktor-faktor yang mempengaruhi Kekenyalan spring (i)
73
Spring yang pendek
Diameter spring yang kecil
Diperbuat daripada keluli
Dawai spring yang tebal
Disusun secara selari
Sistem spring
yang kuat
Faktor-faktor yang mempengaruhi Kekenyalan spring (ii)
74
2. Suatu spring ditarik daripada panjang 15 cm kepada 21 cm menggunakan daya 50 N. Apakah
tenaga keupayaan elastik yang tergandung dalam spring tersebut?
1. Sebuah spring mempunyai panjang asal 10 cm. Apabila digantung beban 10 g, panjangnya
menjadi 12 cm. Tentukan panjang spring tersebut apabila digantung beban 30 g.
Latihan 2.11
3. Panjang asal setiap spring dalam rajah
sebelah ialah 10 cm. Pada dikenakan
beban 10 g, setiap spring tersebut akan
memanjang sebanyak 2 cm.
Apakah panjang sistem spring (a), (b)
dan (c) ?
75
20 g
50 g
40 g
(a) (b) (c)
Sebagai seorang penyelidik, anda ditugaskan untuk mengkaji ciri-ciri lima spring iaitu A,
B, C, D dan E yang boleh digunakan untuk menghasilkan tilam kanak-kanak.
Berdasarkan maklumat dalam jadual di bawah,
4.
SpringPemalar daya
spring
Ketumpatan/
kg m-3
Kadar
pengaratanKos
A 200 7 800 Sederhana Rendah
B 600 2 200 Tinggi Sederhana
C 1 000 5 100 Rendah Tinggi
D 1 500 3 000 Rendah Rendah
E 5 000 10 500 Rendah Tinggi
(i) terangkan ciri-ciri spring yang sesuai supaya dapat digunakan dalam tilam kanak.
[8 marks]
(ii) tentukan spring manakah paling sesuai untuk digunakan dalam penyelidikan anda
dan berikan sebab-sebab untuk pilihan anda.
[2 marks]
76
Pelajar-pelajar yang dikasihi,
Anda dinasihatkan menjawab soalan ini (dalam Bahagian B dan C) dalam bentuk
jadual.
Ciri-ciri Penerangan
Jawapan :
77