BBR 16203Mekanik, Sifat Jirim dan HabaDr Sia Chee KiongDepartment of Material and Design EngineeringFaculty of Mechanical and Manufacturing EngineeringUniversiti Tun Hussien Onn Malaysia

ContentsFizik sebagai Sains asas. Pengukuran.Hukum Newton pertama dan gerakan linearHukum Newton kedua dan ketigaMomentum dan TenagaGraviti dan gerakan projektilPepejal, Cecair dan GasSuhu dan HabaPemindahan Haba dan perubahan fasa Jirim

Assessment Continuous assessments : Quizzes : 10% Assignment : 10% Project (Report & presentation) : 40% Final exam : 40%

1.0 Fizik sebagai sains Asas. Pengukuran

Kuantiti asasKuantiti fizik ialah kuantiti yang boleh diukur.Untuk mengukur suatu kuantiti fizik, satu saiz piawai yang terkenal sebagai Unit digunakan.Dalam sistem Antarabangsa (S.I), lima kuantiti dianggap sebagai kuantiti asas. Setiap kuantiti asas tidak dapat diperoleh daripada gabungan dua kuantiti fizik yang lain.Lima kuantiti asas ini ialah panjang, Jisim, masa, suhu dan arus elektrik.

Lima kuantiti asas (base units)

Kuantiti asasUnit asasSimbol Panjang MetermJisim Kilogram kgMasaSaat sSuhu Kelvin KArus elektrikAmpere A

Bagaimanakah wujudnya unit-unit tersebut?1 meter : jarak yang dilalui oleh cahaya dalam vakum dalam selang masa 1/299792458 saat1 kilogram: jisim sebongkah selinder aloi platinum- iridium yang disimpan di biro antarabangsa bagi berat dan sukatan di Sevres, Paris

1 saat: Masa yang sama dengan 9 192 631 770 kali tempoh sinaran yang dikeluarkan oleh atom Saesium-1331 kelvin: 1/273.16 daripada suhu termodinamik takat tigaan air (takat ais, air dan stim berada dalam keadaan keseimbangan pada tekanan tertentu)1 ampere: arus mantap yang mengalair dalam dua konduktor selari yang panjangnya tak terhingga, luas keratan rentas boleh diabaikan dan dipisahkan sejauh 1 m dalam vakum yang menghasilkan daya sebanyak 2 x107 newton per meter diantara konduktor konduktor itu.Bagaimanakah wujudnya unit-unit tersebut?

High-purity caesium-133 preserved under argonThe IPK is made of a platinumiridium alloy and is stored in a vault at the International Bureau of Weights and Measures in Svres, France. IPK = international prototype kilogram A typical phase diagram. The dotted green line gives the anomalous behaviour of waterIllustration of the definition of the ampere unitSunlight take 8 minute and 19 second to reach the earth. Speed of light = 299,792,458 m/s

Others unit In dry air at , the speed of sound is 343.2 metres per second In fluid dynamics, the speed of sound in a fluid medium (gas or liquid) is used as a relative measure of speed itself. The speed of an object (in distance per time) divided by the speed of sound in the fluid is called the Mach number. Objects moving at speeds greater than are traveling at supersonic speeds.What is the speed of f22 raptor fighter ?Answer : At least mach 1.7

Prefix dalam unit S.I.

Prefix Simbol Faktor GigaG109Mega M106Kilok103Senti (centi)c10-2Milim10-3Mikro (micro)10-6

Contoh Nilai-nilai berangka besar atau kecil ditulis dalam bentuk piawai supaya lebih ringkas, kemas dan mudah dibaca.Jisim bumi = 6 020 000 000 000 000 000 000 000 kg (susah dibaca) = 6.02 x 1024 kg (mudah dibaca)Diameter satu molekul minyak = 0.000 000 000 74m (susah dibaca) = 7.4 x 10-10m (mudah dibaca)

Unit terbitan (derived units)kuantiti terbitan ialah kuantiti fizik yang diterbitkan dalam sebutan kuantiti asas.Unit untuk kuantiti terbitan dikenal sebagai unit terbitan.Contoh

Kuantiti terbitanUnit terbitanHubunganIsipadum x m x m = m3Panjang x panjang x panjangketumpatanJisim / isipaduLaju m/s = ms-1Jarak / masa

Pertukaran unit (Unit conversion) Contoh Untuk menukar luas 2 cm2 kepada m2. 1 cm = 10-2m maka 2 cm2= 2 x (10-2 m)2 = 2 x 10-4 m2b. Untuk menukar laju 360km/j kepada m/s 1 km = 103 m maka 1 jam = 3600 saat 360km/j= = 1 x 102 m/s

Accuracy and precision In the fields of science, engineering, industry and statistics, the accuracy of a measurement system is the degree of closeness of measurements of a quantity to that quantity's actual (true) value. The precision of a measurement system, also called reproducibility or repeatability, is the degree to which repeated measurements under unchanged conditions show the same results.

Accuracy(kejituan)sejauh mana nilai kiraan/ukuran menghampiri nilai sebenar.Precision (kepersisan)sejauh mana nilai kiraan menghampiri nilai kiraan yang lain.

Contoh sisihan (kepersisan) Ukuran suatu kuantiti fizik terdiri daripada beberapa bacaan yang nilainya berhampiran. Contohnya ukuran untuk panjang kayu terdiri daripada 5 bacaan yang berikut. 21.4cm, 21.3cm, 21.6cm, 21.5cm, 21.7cm maka purata panjang = 21.4+21.3+21.6+21.5+21.7 5= 21.5

Contoh sisihan (kepersisan) Sisihan suatu bacaan ialah perbezaan di antara bacaan itu dan nilai purata. Diketahui nilai purata = 21.5 cmMaka sisihan purata = = 0.1cm 0.1 + 0.2 + +0.1 + 0 + 0.25Suatu ukuran untuk suatu kuantiti fizik adalah lebih persis jika sisihan relatif lebih kecil

Bacaan Sisihan 21.4 cm(21.5 21.4) cm = 0.1 cm21.3 cm(21.5 21.3) cm = 0.2 cm21.6 cm(21.6 21.5) cm = 0.1 cm21.5 cm(21.5 21.5) cm = 021.7 cm(21.7 21.5) cm = 0.2 cm

Contoh Peratus ralat (kejituan)ketepatan suatu ukuran ialah betapa hampir ukuran itu kepada nilai sebenar. Contohnya, arus sebenar Io yang mengalir melalui satu mentol ialah 2.0 A, tetapi apabila diukur dengan satu ammeter, bacaan ammeter I = 1.8 A maka Ralat bacaan ammeter = (2.0-1.8)A = 0.2 A peratus ralat = x 100%

Oleh itu peratus ralat = x 100% = 10%Ralat Nilai sebenar0.22.0Suatu bacaan adalah lebih jitu jika peratusan ralat lebih kecil

Alat pengukurBacaan yang diperolehi dengan menggunakan suatu alat pengukur untuk mengukur mempunyai ketakpastian atau ralat. Anggaran ralat bagi bacaan daripada suatu alat pengukuran ialah satu bahagian yang paling kecil pada skala alat pengukur itu.

Ralat bagi beberapa alat pengukur dan cara menulis ralat itu untuk suatu bacaan.

Alat pengukurralatBacaan contohPembaris 0.1 cm(20.0 0.1) cmAngkup vernier 0.01 cm(4.00 0.01) cmTolok skru micrometer0.01 mm(1.26 0.01) mmJam randik 0.1 s(10.0 0.1) sTermometer 1oC(30 1)oCAmmeter 0.1 A(2.0 0.1) AMiliameter mA(42 1) mA

Perbezaan diantara kepersisan dan kejituan dapat dijelaskan dibawahKurang jitu tetapi lebih persisKurang persis tetapi lebih jitulebih jitu tetapi lebih persis

Kejituan suatu pengukuran boleh ditambah denganMengambil beberapa bacaan ulanganMengelakan ralat hujung/ralat sifarMengelakan ralat paralaksRalat hujung0

Kepekaan Suatu alat pengukuran dikatakan peka jika alat itu dapat mengesan perubahan kecil dalam kuantiti fizik yang diukur.

Kepekaan (sensitivity)10gula1 bungkus gula ditimbang, bacaan penimbang naik1 butir gula ditimbang, bacaan penimbang tidak bergerak Berat satu butir gula tidak dapat dibaca oleh penimbang julat tinggiAlat yang berkepekaan tinggi diperlukan

Tugasan Jelaskan cara penggunaan alat alat pengukuran seperti dibawah. 1. angkup vernier 2. mikrometer - Bincangkan cara bagi mengekalkan kepersisan, serta cara mengurangkan ralat bagi menambah kejituan pengukuran.