PROGRAM PENSISWAZAHAN GURU (PPG)

(1)

PROGRAM PENSISWAZAHAN GURU (PPG)

MOD PENDIDIKAN JARAK JAUH

MODUL SAINS PENDIDIKAN RENDAH

SCE 3053

FIZIK DALAM KONTEKS

INSTITUT PENDIDIKAN GURU

KEMENTERIAN PENDIDIKAN MALAYSIA ARAS 1, ENTERPRISE BUILDING 3, BLOK 2200, PERSIARAN APEC, CYBER 6, 63000 CYBERJAYA

IJAZAH SARJANA MUDA PERGURUAN DENGAN KEPUJIAN

KEPUJIANKEPUJIAN

(2)

Edisi September 2014 Institut Pendidikan Guru

Kementerian Pendidikan Malaysia

MODUL INI DIEDARKAN UNTUK KEGUNAAN PELAJAR-PELAJAR YANG BERDAFTAR DENGAN BAHAGIAN PENDIDIKAN GURU, KEMENTERIAN PENDIDIKAN MALAYSIA BAGI MENGIKUTI PROGRAM

PENSISWAZAHAN GURU SEKOLAH RENDAH (PGSR) IJAZAH

SARJANA MUDA PERGURUAN.

MODUL INI HANYA DIGUNAKAN SEBAGAI BAHAN PENGAJARAN DAN PEMBELAJARAN BAGI PROGRAM-PROGRAM TERSEBUT.

(3)

Falsafah Pendidikan Kebangsaan

Pendidikan di Malaysia adalah suatu usaha berterusan ke arah memperkembangkan lagi potensi individu secara menyeluruh dan bersepadu untuk mewujudkan insan yang seimbang dan harmonis dari segi intelek, rohani, emosi, dan jasmani berdasarkan kepercayaan dan kepatuhan kepada Tuhan. Usaha ini adalah bagi melahirkan rakyat Malaysia yang berilmu

pengetahuan, berketrampilan, berakhlak mulia,

bertanggungjawab, dan berkeupayaan mencapai kesejahteraan diri serta memberi sumbangan terhadap keharmonian dan kemakmuran keluarga, masyarakat, dan negara.

Falsafah Pendidikan Guru

Guru yang berpekerti mulia, berpandangan progresif dan saintifik, bersedia menjunjung aspirasi negara serta menyanjung warisan kebudayaan negara, menjamin perkembangan individu, dan memelihara suatu masyarakat yang bersatu padu, demokratik, progresif dan berdisiplin.

Edisi September 2014 Kementerian Pendidikan Malaysia

Hak cipta terpelihara. Kecuali untuk tujuan pendidikan yang tidak ada kepentingan komersial, tidak dibenarkan sesiapa mengeluarkan atau mengulang mana-mana bahagian artikel, ilustrasi dan kandungan buku ini dalam apa-apa juga bentuk dan dengan apa-apa cara pun, sama ada secara elektronik, fotokopi, mekanik, rakaman atau cara lain sebelum mendapat izin bertulis daripada Rektor Institut Pendidikan Guru, Kementerian Pendidikan Malaysia.

(4)

iv

Notis Hak Kerajaan ii

Falsafah Pendidikan Kebangsaan

Falsafah Pendidikan Guru iii

Kandungan iv -

v

Panduan Pelajar

vi-viii

Pengenalan

ix-x

Agihan Tajuk Pembelajaran xi

Topik 1: Fizik dalam Konteks

1.0 Sinopsis 1.1 Hasil Pembelajaran 1.2 Kerangka Tajuk 1.3 Isi Kandungan 1 - 7

Topik 2: Gerakan- Dalam Arah mana?

1.0 Sinopsis 1.1 Hasil Pembelajaran 1.2 Kerangka Tajuk 1.3 Isi Kandungan 8-14

Topik 3: Gerakan Dalam Satu Dimensi

Topik 4: Gerakan Dalam Dua Dimensi

Topik 5: Aplikasi Hukum-Hukum Newton Dalam Kehidupan Harian

1.0 Sinopsis 1.1 Hasil Pembelajaran 1.2 Kerangka Tajuk 1.3 Isi Kandungan 28-31 KANDUNGAN MUKA SURAT

(5)

1.1 Hasil Pembelajaran 1.2 Kerangka Tajuk 1.3 Isi Kandungan

Topik 7 : Daya Dalam Bendalir

Topik 8 : Gerakan Planet dan Satelit

Topik 9 : Fizik Dalam Muzik 1.0 Sinopsis 1.1 Hasil Pembelajaran 1.2 Kerangka Tajuk 1.3 Isi Kandungan 53-59

Topik 10 : Termometri Dan Termometer

1.0 Sinopsis 1.1 Hasil Pembelajaran 1.2 Kerangka Tajuk 1.3 Isi Kandungan 60-63 Topik 11 :Cahaya 1.0 Sinopsis 1.1 Hasil Pembelajaran 1.2 Kerangka Tajuk 1.3 Isi Kandungan 64-68

Topik 12 : Litar Elektik Di Rumah

Topik 13 : Keelektrikan Dan Keelektromagnetan

1.0 Sinopsis 1.1 Hasil Pembelajaran 1.2 Kerangka Tajuk 1.3 Isi Kandungan 75-82

(6)

1.1 Hasil Pembelajaran 1.2 Kerangka Tajuk 1.3 Isi Kandungan

89

Topik 14 : Litar Elektik Di Rumah

Panel Penulis Modul 108

Panel Penilai Modul 109

Ikon Modul 110

(7)

PENGENALAN

Modul pembelajaran ini disediakan untuk membantu anda menguruskan pembelajaran anda agar anda boleh belajar dengan lebih berkesan. Anda mungkin kembali semula untuk belajar secara formal selepas beberapa tahun meninggalkannya. Anda juga mungkin tidak biasa dengan mod pembelajaran arah kendiri ini. Modul pembelajaran ini memberi peluang kepada anda untuk menguruskan corak pembelajaran, sumber-sumber pembelajaran, dan masa anda.

PEMBELAJARAN ARAH KENDIRI

Pembelajaran arah kendiri memerlukan anda membuat keputusan tentang pembelajaran anda. Anda perlu memahami corak dan gaya pembelajaran anda. Adalah lebih berkesan jika anda menentukan sasaran pembelajaran kendiri dan aras pencapaian anda. Dengan cara begini anda akan dapat melalui kursus ini dengan mudah. Memohon bantuan apabila diperlukan hendaklah dipertimbangkan sebagai peluang baru untuk pembelajaran dan ia bukannya tanda kelemahan diri.

SASARAN KURSUS

Pelajar Sarjana Muda Perguruan dengan Kepujian yang mendaftar dengan Institut Pendidikan Guru, Kementerian Pelajaran Malaysia (IPG KPM) di bawah Program Pensiswazahan Guru (PPG).

JAM PEMBELAJARAN PELAJAR (JPP)

Berdasarkan standard IPG KPM yang memerlukan pelajar mengumpulkan 40 jam pembelajaran bagi setiap jam kredit. Anggaran peruntukan jam pembelajaran adalah seperti dalam Jadual 1:

(8)

* Latihan amali akan dijalankan pada hari Ahad atau melalui kursus intensif.

SUSUNAN TAJUK MODUL

Modul ini ditulis dalam susunan tajuk. Jangka masa untuk melalui sesuatu tajuk bergantung kepada gaya pembelajaran dan sasaran pembelajaran kendiri anda.

Latihan-latihan disediakan dalam setiap tajuk untuk membantu anda mengingat

semula apa yang anda telah pelajari atau membuatkan anda memikirkan tentang apa yang anda telah baca. Ada di antara latihan ini mempunyai cadangan jawapan. Bagi latihan-latihan yang tiada mempunyai cadangan jawapan adalah lebih membantu jika anda berbincang dengan orang lain seperti rakan anda atau menyediakan sesuatu nota untuk dibincangkan semasa sesi tutorial. Anda boleh berbincang dengan pensyarah, tutor atau rakan anda melalui email jika terdapat masalah berhubung dengan modul ini.

IKON

Anda akan mendapati bahawa ikon digunakan untuk menarik perhatian anda agar pada sekali imbas anda akan tahu apa yang harus dibuat.

3 Kredit 2 Kredit 1 Kredit Tanpa Amali (3+0) Ada Amali (2+1) (1+2) (0+3) Tanpa Amali (2+0) Ada Amali (1+1) (0+2) Tanpa Amali (1+0) Ada Amali (0+1) Membaca modul pembelajaran dan menyiapkan latihan / tugasan terarah / amali

70 60 70 62 70 65

Menghadiri kelas interaksi

bersemuka (5 kali) 10 10 5 5 5 5

Latihan Amali* - 10 - 8 - 5

Perbincangan Atas Talian 7½ 7½ 5½ 5½ 5½ 5½

Kerja Kursus 20 20 20 20 15 15

Ulangkaji 10 10 10 10 5 5

Amali/Peperiksaan 2½ 2½ 2½ 2½ 2½ 2½

(9)

Anda juga diperlukan untuk menduduki peperiksaan bertulis pada akhir kursus. Tarikh dan masa peperiksaan akan diberitahu apabila anda mendaftar. Peperiksaan bertulis ini akan dilaksanakan di tempat yang akan dikenal pasti.

Soalan peperiksaan akan meliputi semua tajuk dalam modul pembelajaran dan juga perbincangan

Tip untuk membantu anda melalui kursus ini.

1. Cari sudut pembelajaran yang sunyi agar anda boleh meletakkan buku dan diri anda untuk belajar. Buat perkara yang sama apabila anda pergi ke perpustakaan.

2. Peruntukkan satu masa setiap hari untuk memulakan dan mengakhiri pembelajaran anda. Patuhi waktu yang diperuntukkan itu. Setelah membaca modul ini teruskan membaca buku-buku dan bahan-bahan rujukan lain yang dicadangkan.

3. Luangkan sebanyak masa yang mungkin untuk tugasan tanpa mengira sasaran pembelajaran anda.

4. Semak dan ulangkaji pembacaan anda. Ambil masa untuk memahami pembacaan anda.

5. Rujuk sumber-sumber lain daripada apa yang telah diberikan kepada anda. Teliti maklumat yang diterima.

6. Mulakan dengan sistem fail agar anda tahu di mana anda menyimpan bahan-bahan yang bermakna.

(10)

Kursus ini membincangkan hidupan dan proses-proses yang berlaku dalam kehidupan. Kursus ini akan menerokai sifat-sifat semulajadi hidupan, makanan dan kesihatan, struktur sel dan fungsi, respirasi haiwan dan tumbuhan, respirasi sel dalam haiwan dan tumbuhan, pertumbuhan, nutrisi haiwan dan tumbuhan, perkumuhan haiwan dan tumbuhan, pembiakan haiwan dan tumbuhan, pergerakan dan sokongan haiwan serta tindak balas tumbuhan terhadap rangsangan.

Keperluan Kursus

Kursus SCE3013 ialah kursus biologi dan memerlukan bacaan yang meluas untuk mengukuhkan kefahaman. Terdapat istilah baru yang anda akan temui yang memerlukan anda menguasainya dengan baik dan mendalam. Aktiviti-aktiviti serta latihan yang sesuai disediakan untuk setiap topik bagi menggalakkan pembelajaran kendiri disediakan.

Panduan untk pengagihan topik untuk tutorial diberi di bawah:

Tutorial Topik 1 (25 Jun) Topik 1-3 2 (30 Julai) Topik 4-6 3 (20 Ogos) Topik 7-9 4 (24 Sep) Topik 10-12 5 (1 Okt) Topik 13-15 Bahan Sokongan

Bahan sokongan seperti buku rujukan dan internet akan membantu anda dalam memahami konsep-konsep secara menyeluruh dan mendalam.

Maklumat tentang aktiviti atau latihan dalam modul ini

Jawapan aktiviti / latihan hendaklah dihantar kepada pensyarah untuk semakan melalui emel, OLLatau serahan ketika berkursus di IPG.

(11)

TOPIK 1 FIZIK DALAM KONTEKS

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 Pembelajaran

1. Menukarkan kuantiti fizik dari satu unit ke unit yang lain

2. Menulis kuantiti fizik yang sangat besar atau sangat kecil ke dalam bentuk piawai

3. Menyelesaikan masalah kuantiti fizik kepada angka bererti yang sesuai 4. Menerangkan teknik-teknik pengukuran yang sesuai

Kerangka Topik

Rajah 1.1 Gambaran Keseluruhan Isi kandungan

Fizik pengukuran

dalam kehidupan

harian Pertukaran unit Bentuk piawai Kejituan dan

kepersisan

Angka bererti Teknik-teknik pengukuran

(12)

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

Melayari Internet (1 jam)

Imbuhan Nilai Bentuk Piawai Simbol

Tera 1 000 000 000 000 1012 T Giga 1 000 000 000 109 G Mega 1 000 000 106 M Kilo 1 000 103 k Desi 0.1 10-1 d Senti 0.01 10-2 c Mili 0.001 10-3 m Mikro 0.000 001 10-6 µ Nano 0.000 000 001 10-9 n Piko 0.000 000 000 001 10-12 p

(13)

Melayari 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) mm m 1 10 1 3 = 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 cm b. 56.2 pm c. 2.1 km d. 0.123 Mm

2. Tukarkan setiap pengukuran jisim berikut kepada nilai setara dalam kilogram

(14)

1.2 Bentuk Piawai

Kajian dalam sains biasanya melibatkan kuantiti-kuantiti yang sangat besar atau sangat kecil. Sebagai contoh, jisim bumi adalah lebih kurang

6 000 000 000 000 000 000 000 000 kilogram

dan 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 tulisnya dalam bentuk yang lebih pendek 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 1031 kg. Magnitud sesuatu kuantiti fizik biasanya dibundarkan kapada tiga atau empat angka bererti.

1.3 Angka 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.

(15)

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)

1.4 Kejituan dan kepersisan

Kepersisan adalah darjah ketepatan bagi pengukuran satu kuantiti yang diulangi. Sebagai contoh, jika seorang ahli sains 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 yang membuat kesimpulan bahawa halaju cahaya adalah 3.001 x 108 m/s. Daripada pengukuran pelajar ini, halaju cahaya adalah dalam julat 3.000 x 108 m/s kepada 3.002 x 108 m/s. Oleh yang demikian, kepersisan pengukuran adalah 0.001 x 108 m/s.

Bagaimanakah kamu melakukan hasiltambah, hasiltolak dan hasidarab terhadap nombor-nombor angka bererti? Rujuk kaedah matematik untuk melakukan operasi ini.

(16)

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 ukuran pelajar yang dinyatakan dalam kepersisan yang sama. Sebagai contoh, ukuran pelajar adalah 2.998 x 108 m/s dibandingkan 3.002 x 108 m/s nilai sebenar. Oleh itu, kejituan pengukuran adalah 0.003 x 108 m/s.

Oleh itu, kejituan satu alat pengukur bergantung kepada bertapa baik nilai yang diukurnya dibandingkan dengan nilai piawai.

Rajah 1.2 Alat-alat untuk mengukur panjang

1.5 Teknik-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 yang kunatiti yang kecil seperti diameter dawai memerlukan alat yang peka.

(17)

2. Pengukuran alat pengukuran yang tepat

(a) Sentiasa mematuhi arahan penggendalian alat.

(b) Sikap cermat dan berhati-hati ketika membuat pengukuran. (c) Memahami sebab 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 Internaional)

(18)

TOPIK 2 GERAKAN – DALAM ARAH MANA?

Sinopsis

Gerakan objek boleh digambarkan melalui gerakan suatu jasad. Sesiapa

juga boleh menggambarkan gerakan menggunakan perkataan untuk

memerihalkan gerakan misalnya jarak dan laju. Dalam fizik, kita juga menggunakan perkataan baharu seperti sesaran, halaju dan pecutan untuk mewakili gerakan. Perbezaan antara dua kategori perkataan-perkataan ini adalah dari segi kuantitinya, iaitu samada ia adalah kuantiti vektor atau kuantiti skalar.

Selepas proses pengajaran dan pembelajaran adalah diharapkan pelajar dapat: 1. Menyatakan cara mewakilkan kuantiti vektor

2. Melakukan hasil tambah dan hasil tolak vektor menggunakan kaedah grafik 3. Menyatakan halaju relatif

4. Menerangkan komponen-komponen vektor

(19)

Kerangka Topik

Rajah 2.1 Gambaran keseluruhan 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 grafik. Vektor diwakilkan dengan huruf-huruf A, B dan sebagainya.

Gerakan

Vektor Skalar

Hasil tambah dan hasil tolak vektor Grafik Algebra Komponen (Leraian vektor) Halaju relatif

(20)

2.2 Hasil tambah vektor

Hasil tambah vektor dalam satu dimensi

Rajah 2.2

Hasil tambah vektor dalam dua dimensi

Rajah 2.2 lukis segiempat selari Paduan vektor A B

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.

(21)

Rujukan

http://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 halaju relatif kapal terbang ini pada arah-arah angin di bawah? 25 km/j ke arah utara? 25 km/j ke arah barat ?

(22)

Bacaan

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.

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 boleh dilakukan dengan menggunakan trigonometri, yang mengaitkan sudut dalam segi tiga dengan sisi-sisi segi tiga.

Dua kaedah matematik yang digunakan adalah:

35◦

F = 316N

Sila rujuk lama web berikut untuk melihat beberapa aplikasi vektor untuk mencari halaju relatif http://physics.bu.edu/~duffy/java/RelV2.html

(23)

Contoh:

Cari hasil tambah vektor bagi dua vektor di bawah

Jawapan:

(24)

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, ϴ

Rujukan:

http://physicslearningsite.com/vectors.html

(hasil tambah dan hasil tolak vektor)

http://id.mind.net/~zona/mstm/physics/mechanics/vectors/findingComponents/fin dingComponents.htm

(komponen vektor)

http://www.glenbrook.k12.il.us/gbssci/Phys/Class/vectors/u3l1f.html http://physics.bu.edu/~duffy/java/RelV2.html

(25)

(halaju relatif)

TOPIK3 GERAKAN DALAM SATU DIMENSI

Sinopsis

Gerakan adalah perubahan kedudukan sesuatu jasad mengikut masa dibandingkan dengan persekitarannya. Gerakan dalam satu dimensi adalah gerakan dalam satu laluan yang lurus. 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.

1. Menerangkan daya-daya berikut; geseran, normal, tegangan, julangan dan berat dan membincangkan tindakan daya-daya dalam konteks yang berlainan

2. Membina rajah jasad bebas dalam pelbagai konteks; halaju seragam, memecut, jatuh bebas dan sebagainya

(26)

Kerangka Topik

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

Gerakan dalam satu dimensi

Daya Rajah bebas jasad

Daya geseran

Daya normal Daya tegangan

Daya julangan

(27)

 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:

 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 3.1a). Ia juga boleh wujud secara mengufuk antara dua objek yang bersentuh. Misalnya, seorang yang bersandar pada suatu dinding akan

Fgeseran˂ µ x Fnormal

(28)

mengenakan satu daya ufuk ke atas dinding. Maka dinding akan mengenakan satu daya normal ufuk ke atasnya (Rajah 3.1b).

(a) (b)

Rajah 3.1

 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.

(29)

3.2 Membina 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 haruslah 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

Sebagai contoh:

Fnorm : daya normal Fap : daya aplikasi

Ffric atau Fgeseran : daya geseran Fgrav : daya graviti

(30)

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

(31)

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

Bacaan

3.3 Rujukan

http://www.physicsclassroom.com/Class/1DKin/

http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/Class/newtlaws/u2l2a.html http://www.zephyrus.co.uk/forcetypes.html

Sila rujuk lama web berikut untuk melihat beberapa jenis daya dan aplikasinya di

http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/Class/newtlaws/u2l2a.html http://www.zephyrus.co.uk/forcetypes.html

Sila rujuk lama web berikut untuk melihat beberapa cara pergerakan boleh diperihalkan http://www.physicsclassroom.com/Class/1DKin/

(32)

TOPIK 4 GERAKAN DALAM DUA DIMENSI

Sinopsis

Gerakan adalah sesuatu yang biasa anda dapat 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.

1. Menerangkan syarat untuk keseimbangan untuk objek dikenakan daya-daya

2. Mengenalpasti daya yang dapat mewujudkan keseimbangan dalam situasi yang melibatkan tiga daya

(33)

Kerangka Topik

Rajah 4.1 Gambaran keseluruhan Isi Kandungan

4.1 Keadaan Keseimbangan dan Daya Penyeimbang

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.

Gerakan dalam Dua Dimensi

Keadaan Keseimbangan antara daya-daya

Daya Penyeimbang Gerakan pada suatu Satah

(34)

(a) (b)

Rajah 4.1 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 4.2(a)) bertindak ke atas sesuatu objek dan hasil tambah dua daya bukan sifar. Bagaimanakah anda mencari satu daya apabila ditambah kepada dua daya tersebut suapaya menghasilkan suatu daya paduan yang sifar? Daya tersebut dikenali sebagai daya penyeimbang (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 4.2(b)) adalah satu daya yang mempunyai kesan serupa dengan gabungan dua daya L dan M. Daya penyeimbang adalah daya yang mempunyai magnitud yang sama tetapi dengan arah bertentangan dengan R.(Rajah 4.2 (c))

(35)

(c)

Rajah 4.2 Daya penyeimbang 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

hill.com/sites/0078807220/student_view0/chapter5/interactive_tutor.html

4.2 Gerakan 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 4.3 menunjukkan daya yang bertindak ke atas objek itu.

(36)

Figure 4.3 Manufactured materials (Source: http://google.images.com)

Dalam rajah di atas, 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 4.4.

Rajah 4.4

Untuk memudahkan kajian gerakan objek pada satah lereng, 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.

(37)

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

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/Cha pter%205/Motion%20Along%20an%20Inclined%20Plane.swf

Cuba 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.

Rujukan

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.

(38)

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.

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 kedua

4. Menyelesaikan masalah dengan kegunaan Hukum gerakan Newton yang kedua

(39)

Kerangka Topik

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.

5.2 Hukum-hukum Gerakan Newton Hukum gerakan Newton pertama

Suatu objek yang berada dalam keadaan pegun atau bergerak dengan laju seragam akan terus kekal dalam keadaan yang sama sekiranya daya paduan bertindak pada objek itu adalah sifar.

Hukum ini juga dikenali sebagai Hukum inersia.

Inersia adalah kecenderungan suatu objek untuk menentang sebarang perubahan dalam keadaannya.

(40)

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)

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.

5.3 Aplikasi Hukum-hukum Newton

 Berat suatu objek adalah bergantung kepada pecutan graviti pada lokasi berkenaan serta jisim benda, maka jisim kekal sama di mana juga tetapi berat boleh berubah-ubah bergantung kepada pecutan graviti.(Hukum Newton Kedua)

W = mg

 Daya geseran bertindak antara dua permukaan yang bersentuhan dan ia adalah berkadar langsung dengan daya yang merapatkan dua permukaan bersama(daya normal).

(41)

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/Cha pter%204/Apparent%20Weight.swf

Cuba kaji dengan teliti tayangan berkenaan dan buat nota untuk mengaitkan Hukum Gerakan Newton dengan konsep berat ketara..

Rujukan:

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/Apparen t%20Weight.swf (Konsep berat ketara ’concept of apparent weight’)

http://www.physicsclassroom.com/Class/newtlaws/index.cfm

(42)

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.

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.

Kerangka Topik

(43)

6.1 Kerja

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 Θ

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.

(44)

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.

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.

Senario C

Satu daya bertindak ke atas ke atas objek yang tersesar ke kanan. Vektor daya dan vektor sesaran adalah pada sudut 90 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?

darjah

(45)

6.2 Mesin ringkas dan mesin majmuk

Mesin ringkas ialah alat yang membantu kita melakukan kerja. Ia membantu kita dengan mengubah jumlah daya 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

Kelas pertama Kelas kedua Kelas ketiga Daya usaha

Beban

Daya usaha _{Daya usaha}

Beban Beban

(46)

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 sama dengan bilangan tali sokongan (supporting ropes).

Mesin majmuk merupakan gabungan beberapa jenis mesin ringkas.

(47)

6.3 Faedah mekanikal (MA) dan kecekapan

Mesin ringkas unggul tidak mempunyai kehilangan tenaga disebabkan geseran atau kekenyalan. Jadi kecekapannya adalah 100%. Jika wujud geseran atau kekenyalan di dalam sistem, kecekapan akan jadi lebih rendah. Kerjainput 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)

FaedahMekanik 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.

(48)

Faedah mekanikal adalah faktor dimana mesin menggandakan daya yang dikenakan. Ia boleh dikira untuk mesin-mesin ringkas menggunakan formula berikut:

MA = (jarak dimana daya dikenakan) ÷ (jarak dimana beban digerakkan) MA = de / dr

Atau, KERJAin = KERJAout

Faedah mekanikal (MA) =

di mana Fe=daya usaha

Fr=daya rintangan

Kebanyakan mesin mempunyai MA >1

(bermakna mesin meningkatkan daya yang dikenakan)

Mesin unggul (IMA – Ideal Mechanical Advantage) kerja output = kerja input

Wo = Wi Frdr = Fede

Untuk mesin unggul,

IMA = e r F F r e e r d d F F 

(49)

Mesin sebenar (real) Kecekapan mesin = = = MA – Takal

Takal adalah roda yang disambung 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.

i o W W % 100  r e e r d d F F % 100  IMA MA

(50)

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

a.

b. Oleh kerana kecekapan =

₁₀₀_% 0.107 ) 112 . 0 %)( 0 . 95 ( % 100    kecekapan IMA MA c. MA=

N

F

MA

F

_r



(

)(

_e

)



(

0 .

107 )(

155 )



16 .

6 

d. e r F F cm cm d IMA d d d IMA e f f e  ₍ ₎₍ ₎₍₀_.₁₁₂₎₍₁₄_.₀ ₎₁₅_.₇  112 . 0 6 . 35 00 . 4 _ _ _ _   cm cm roda jejari giar jejari d d IMA r e % 100  IMA MA

(51)

6.4 Manusia sebagai mesin 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.

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 J

2. 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% Rujukan 1. http://www.mrfizix.com/home/worksimplemachines.htm 2.http://atlantis.coe.uh.edu/archive/science/science_lessons/scienceles1/finalho me.htm 3. http://www.physicsclassroom.com/Class/energy/

(52)

TOPIK 7 Daya Dalam Bendalir

Sinopsis

Jisim berwujud 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.

1. Menghubungkaitkan ketumpatan dengan keapungan suatu bahan 2. Menyatakan prinsip-prinsip Pascal dan aplikasinya

3. Menyatakan prinsip-prinsip Archimedes dan aplikasinya 4. Menyatakan prinsip-prinsip Bernoulli dan aplikasinya

Gambaran Keseluruhan

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.

(53)

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.

7.3 Prinsip Pascal dan Aplikasinya

Prinsip Pascal

Prinsip Pascal menyatakan bahawa tekanan yang dikenakan pada permukaan suatu bendalir dalam bekas tertutup akan dipindah dengan seragam ke seluruh bahagian

bendalir itu.

Bahan Bacaan

Layari laman web berikut yang menunjukkan satu animasi berkaitan dengan Prinsip Pascal dan aplikasinya

http://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter% 2013/Pascals%20Principle.swf

Cuba kaji dengan teliti tayangan berkenaan dan buat nota mengenai aplikasi Prinsip Pascal

7.4 Prinsip Bernoulli dan Aplikasinya

Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli menyatakan bahawa apabila halaju aliran bendalir bertambah,

tekanan dalam bendalir itu berkurang.

Fikir

Layari internet untuk mencuba soalan berbentuk permainan silang kata berkaitan dengan daya dalam cecair.

(54)

secara interaktif dalam topik daya dalam cecair http://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09 /ch13_w/index.html Rujukan: 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%20Pr inciple.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)

(55)

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.

1. Menerangkan hukum-hukum Kepler

2. Membincangkan medan graviti dan hukum kegravitian semesta Newton 3. Menunjukkan pergerakan planet dan satelit

4. Membincangkan berat dan tanpa berat

Gambaran Keseluruhan

Isi Kandungan

8.1 Hukum-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

(56)

yang sama. Pada tahun Johannes Kepler mencadangkan tiga hukum untuk gerakan planet .

•

Hukum-hukum Kepler

Hukum Kepler Pertama (1609)

• Orbit planet mengelilingi satu bintang adalah elips dengan bintang pada satu fokus. Hukum Kepler ke 2 (1609): Planet Paling perlahan Jarak Aphelion Jarak Perihelion Pusat Matahari Paling pantas bintang

(57)

Menyatakan 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).

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 matahari

Tp2 ~ a3 ...(i)

Maka

Jika 2 planet mempunyai tempoh Ta and

Tb dan jarak purata ra and rb

...(ii) Berhampiran peihelion, dalam 30

hari sebuah planet mengcakumi satu luas yang pendek tapi lebar

Berhampiran aphelion, dalam 30 hari sebuah planet mengcakumi satu luas yang panjang tapi sempit

Luas yang dicakupi dalam tempoh 30 hari adalah sama

3 2              b a b a r r T T

(58)

di mana

T = tempoh perbintangan objek dalam tahun

a = paksi semimajor 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.

8.2 Kegravitian semesta

Newton meramalkan bahawa daya yang menarik dua jasad semawi (contohnya planet dan matahari) adalah sama dengan daya yang menarik objek ke bumi.

Sekiranya 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 Semesta

8.3 Menggunakan 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

R M

(59)

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

8.4 Gerakan 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.

(60)

Gerakan ketara planet-planet yang orbitnya lebih besar daripada bumi gerakan songsangan (retrograde motion)

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).

Bumi matahari jatuh matahari terbit ufuk matahari BARAT (matahari jatuh) matahari TIMUR (matahari terbit)

Gerakan ketara satu daripada ‘bintang petang-pagi’

Barat Timur Latarbelakang bintang Bumi Marikh Matahari

Gerakan ketara planet yang orbitnya lebih besar daripada orbit bumi

(61)

8.5 Berat 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.

8.6 Medan 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 graviti daya graviti, Fg = mg

Maka medan graviti, g

Dari rumus,

= Maka medan graviti, g

 Persamaan menunjukkan bahawa medan graviti, g semakin berkurang

(62)

8.7 Contoh 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. Matahari B. Bulan

C. 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?

(Jejari Bumi, RE = 6.37 x 106 m, Jisim Bumi, 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?

Rujukan

(63)

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.

1. Menerangkan bagaimana bunyi dihasilkan

2. 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.

9.1 Bunyi 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 λ di mana

(64)

v = fλ 9.2 Keamatan 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.

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 desibel

Punca bunyi Desibel

Boeing 747 140

Siren Pertahanan Awam 130 Tukulan penukul 120 Konsert rock 110 Pengetam rumput 100 Motorsikal 90 Penyedut hampagas 70 Perbualan 60 Lampu isyarat 50 Bunyi hingar 40 T e k a n a n

(65)

Bisikan 30

9.3 Frekuensi dan kelangsingan

Langsing 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.

Frequensi 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)

9.4 Resonan

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

(66)

Gelas yang pecah Jambatan runtuh

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.

9.5 Mengesan gelombang tekanan

(67)

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).

Hydrofon 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.

Bunyi sebagai gelombang tekanan

T e k a n a n C: mampatan R: regangan Masa

(68)

9.7 Menghasilkan musik

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