FIZIK. Daya dan Gerakan TINGKATAN 4. Cikgu Khairul Anuar. Cikgu Desikan SMK Changkat Beruas, Perak. Bab 2. SMK Seri Mahkota, Kuantan.

Bab 2

Daya dan Gerakan

TINGKATAN 4

FIZIK

Cikgu

Desikan

Disunting oleh

SMK Changkat Beruas, Perak

Cikgu

Khairul Anuar

Dengan kolaborasi bersama

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 - -

-Analisis Soalan-soalan Tahun Lepas

Objektif Pembelajaran :

TINGKA

T

AN

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 Tenaga Kuasa

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

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 :

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









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?

Masa, t = = Sesaran, s = Halaju = = Pecutan Elapse time, t Halaju awal, u = Halaju akhir, v = 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

Persamaan Gerakan Linear

u = halaju awal v = halaju akhir t = masa yang diambil s = sesaran a = pecutan malar

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?

Latihan 2.1

20 10 30 40 50 60 70 80 90 110 0 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.}

4. Sekumpulan pelajar membuat roket dan melancarkannya menegak ke atas dengan halaju 27 ms-1_{. Berapakah jumlah jarak} yang dilalui oleh roket?

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

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

L e n g th /c m L e n g th /c m g th /c m (i) (ii) J arak / c m J arak / c m / c m

2.2 Graf Gerakan

Graf Sesaran - Masa

Graf Halaju - Masa

15

s /m t/s A B C D v /m t/s A B C D

Bhgn Kecerunan Pecutan Sesaran

A – B B – C

C – D

Bhgn Kecerunan Halaju Pecutan

A – B B – C

Halaju sifar

Halaju negatif dan seragam

Halaju seragam

s lawan t v lawan t a lawan t

16

Graf Gerakan

s

t

v

t

a

t

s

v

t

a

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 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.

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

u₁ m₁ m₂ u₂ v₁ m₁ m₂ v₂ Selepas Perlanggaran Sebelum Perlanggaran u₁ m₁ m₂ u₂ v1 = v2 m₁ m₂ Selepas Perlanggaran Sebelum 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

=

m

₁

v

₁

+ m

₂

v

₂

m

₁

v

₁

=

- m

₂

v

₂

tanda – menunjukkan objek bergerak pada

arah yang berlawanan selepas letupan.

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 m_A=3kg m_B=? m_A=3kg m_B=? v_B=?

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 m_C=1200kg m_L=5500 kg 17 ms-1 A B v=? m_C=1200kg m_L=5500 kg

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?}

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.

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, 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

a

a

2. Tentukan nilai F. 1. Tentukan pecutan objek bagi kes di

bawah. a) b)

29

F = 10 N 5 kg Permukaan licin F_R = 15 N 3 kg F = 45 N F_R = 5 N 10 kg F a = 4 ms-2 3. Tentukan nilai m. F_R = 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?

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

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 N m 100 N A. 14 N m 6 N B. 15 N _m 5 N C. 28 N m 52 N D.

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, F_I

Kesan Masa

t

↓

F

_I

↑

t

↑

F

_I

↓

Daya impuls, F berkadar songsang dengan masa sentuhan, t dalam suatu perlanggaran.

• Masa sentuhan panjang

***

F

_I

t

F

_I

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

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 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?

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 ms-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

Komponen Fungsi

Penghadang Kepala Mengurangkan kesan inersia ke atas kepala semasa hentaman daripada

belakang

Bag Udara Memanjangkan masa hentaman kepala pemandu dengan stereng.

Daya impuls yang dikenakan pada pemandu dapat dikurangkan.

Cermin hadapan Melindung 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 remuk Meningkatkan 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

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.

• 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_.

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

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

• 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

Kedudukan asal

Kedudukan akhir

Objek jatuh bebas Objek 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? (g_bumi = 10ms-2₎

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

Paduan Daya Daya paduan, F = Daya paduan, F =

47

F

₁

F

₂

F

₁

F

₂

Contoh ( Label daya yang bertindak pada setiap objek)

Paduan daya

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

49

Langkah 3 :

Lukiskan pepenjuru segiempat selari itu. Pepenjuru mewakili daya paduan, F dalam magnitud dan arah.

Leraian daya-daya

F

_Y

F

_X

F

θ

θ

N

θ

F

_x

= F cos θ

F

_y

= 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, F_X (b) komponen mencancang, F_Y

Tentukan daya paduan. 1. 4. 2.

51

12 N 20 N 12 N 3 N 8 N 5 N 3. 3 N 12 N 6 N

Latihan 2.9.1

F

₁

F

₂

F

₁

F

₂

F

_y

F

_x

F

F

 

2 2 2 1

)

F

(F

F





Fcosθ

F

_X



θ

θ)

-(90

θ)

-Fcos(90

F

_Y



 

2 2

F

)

(F

F





Paduan daya Leraian daya

• Dua daya yang serenjang antara satu sama lain digabungkan menjadi satu kuasa tunggal (Paduan daya).

θ

Fsin

F

_Y



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

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

+

***

a

a

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

+

***

+

***

a

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

Takal

Kaedah Alternatif

1. Cari daya paduan, F

2. Cari jisim yang bergerak, m 3. Cari pecutan, a 4. Cari tegangan

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 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? 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

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?

• 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, E_GP Tenaga kinetik, E_K

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 graviti m = jisim v = halaju Prinsip Keabadian Tenaga

Menyatakan bahawa tenaga tidak dicipta atau dimusnahkan, tetapi boleh berubah daripada satu bentuk ke bentuk yang lain.

Tenaga

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

• 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

Daya tolakan Daya tolakan

Daya tarikan

Daya tarikan

Daya tolakan Daya tolakan Daya tarikan

Daya tolakan

Daya tolakan

F= daya yang dikenakan x = pemanjangan/ mampatan k = pemalar spring

67

F

x

0

Spring Penunjuk Jisim berslot Kaki retort

Pembaris Hukum Hooke

Contoh situasi / aplikasi yang melibatkan kekenyalan

Penyerap hentakan

Lastik

Trampoline Memanah Tilam

Had kekenyalan spring

F

x

0 Had kekenyalan

F

x

0 Had kekenyalan

Pemalar daya spring, k

F

x

0

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 • 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.

Graf daya, F melawan pemanjangan, x

69

F

x

0

Pemalar daya spring, k

F

x

0

F



x



=

Kerja dilakukan untuk memanjangkan/ mampatkan spring = = = =

Faktor yang

mempengaruhi

Kekenyalan

Kekenyalan bergantung kepada jenis bahan

D

D

Kekenyalan Kekenyalan

k

k

d

d

Kekenyalan Kekenyalan

k

k

L

L

Kekenyalan Kekenyalan

k

k

k = pemalar daya spring k ↑ Kekerasan ↑ Kekenyalan↓

F

* Nilai k dirujuk sebagai ukuran

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

x

x

Pemalar spring = k Pemalar spring =

k

2

Pemalar spring = k

W

W

x

2

Pemalar spring = 2k

x

Spring yang panjang

Diameter spring yang besar

Diperbuat daripada kuprum

Dawai spring yang nipis

Disusun secara sesiri

Sistem

spring yang

lemah

73

Spring yang pendek

Diameter spring yang kecil

Diperbuat daripada keluli

Dawai spring yang tebal

Disusun secara selari

Sistem spring

yang kuat

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.

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.

Spring Pemalar daya

spring Ketumpatan/ kg m-3 Kadar pengaratan Kos 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]

Pelajar-pelajar yang dikasihi,

Ciri-ciri Penerangan

Jawapan :