Free Fall Motion / /Gerakan Jatuh Bebas
Objects fall because they are pulled towards the Earth by gravitational force / gravitational pull.
Objek jatuh ke bumi disebabkan mereka ditarik oleh daya tarikan graviti
At vacuum state / dlm keadaan vakum:
• There is no air resistance.
Tiada rintangan udara
• The ball bearing and the feather experience free fall.
Bola logam dan bulu pelepah mengalami jatuh bebas
• Only gravitational force acted on the objects.
Objek hanya mengalami daya tarikan graviti
• Both object will reach the ground at the same time.
Kedua-dua objek sampai ke dasar pada masa yg sama
• Both will fall at the same acceleration known as
acceleration due to gravity, g. (0n earth average value of g = 9.81ms-2).
Kedua-dua objek jatuh dengan pecutan yang sama iaitu pecutan gravity, g. (Nilai purata g dibumi = 9.81ms-2)
• The value of gravitational acceleration, g changes from one place to another. For example, the value of g at the equator is 9.78 m s–2 while the value of g at the Earth’s poles is 9.83 m s–2. This is because Earth is actually not a perfect sphere.
Nilai pecutan gravity, g berubah dari satu tempat ke tempat yang lain. Contohnya, nilai g di kahtulistiwa ialah 9.79 ms-2 manakala nilai g di kutub ialah 9.83 m s–2. Ini adalah kerana bumi bukan berbentuk sfera yang sempurna
At normal state (when there is air resistance Dalam keadaan biasa bila ada rintangan udara:
• Both object experience gravitational force and air resistance.
• Kedua-dua objek akan mengalami daya tarikan graviti dan rintangan udara.
• Air resistance depends on surface area of a fallen object.
• Rintangan udara bergantung kepada luas permukaan objek.
• The feather that has large area will have more air resistance.
• Bulu pelapah megalami rintangan udara lebih besar kerana mempunyai luas permukaan yg besar.
• The ball bearing will reach the ground first.
• Bola logam akan sampai ke dasar dulu.
Diagram above shows two steel spheres dropped at the same time from the same height.
Rajah diatas menunjukkan dua bola keluli dijatuhkan pada masa yg sama dan ketinggian yg sama.
(i) The distance between two successive images of the sphere increases showing that the two spheres are falling with increasing velocity; falling with acceleration.
Jarak antara dua imej yg berturutan bertambah menunjukkan kedua-dua sfera jatu dengan halaju bertambah iaitu jatuh dengan pecutan.
(ii) The two spheres are at the same level at all times. Thus, a heavy object and a light object fall with the same gravitational acceleration. Gravitational acceleration is independent of mass.
Kedua-dua sfera berada pada aras yg sama setiap masa. Ini menunjukkan objek berat dan objek ringan jatuh dengan pecutan gravity yg sama. Pecutan gravity tidak bergantung kepada jisim.
Motion graph for free fall object Graf gerakan utk objek jatuh bebas (i) Free fall object / Objek jatuh bebas
(ii) Object thrown upwards / Objek dilempar keatas
(iii) Object thrown upward and fall / Objek dilempar keatas dan jatuh
a
t
a
t v
t
Example 1
An object that experience free fall takes 2.0 s to reach the ground. Calculate
Sebuah objek mengalami jatuh bebas mengambil masa 2 saat utk sampai ke dasar. Hitung
(a) its speed when it reach the ground Laju objek bila sampai ke dasar
(b) the height where the object is dropped Ketinggian objek tersebut dijatuhkan
Example 2
An object is thrown vertically upwards with a velocity of 20ms-1. If the object experience free fall, calculate Sebuah objek dilemparkan keatas dengan halaju 20ms-1. Jika objek tersebut mengalami jatuh bebas, hitung (a) maximum height reached
ketinggian maksimum dicapai
(b) time to reach the maximum height
masa untuk mencapai ketinggian maksimum
(c) time to reach the ground again masa untuk kembali kedasar semula
WEIGHT / BERAT
Weight, W of an object is the gravitational force exerted on it.
Berat, W objek merupakan daya tarikan gravity yang bertindak pada objek tersebut
Weight is a force and measured in Newton, N.
Berat merupakan daya dan diukur dalam unit Newton, N Weight is a vector quantity.
Berat merupakan kuantiti vector.
W = mg, W = Weight/berat m = mass/jisim
g = acceleration due to gravity / pecutan graviti Physical quantity, g with unit N kg–1 is the gravitational field strength.
Kuantiti fizikal, g dengan unit N kg–1 ialah kekuatan medan graviti
Gravitational field strength, g is the force acting per unit mass caused by gravitational pull.
Kekuatan medan gravity, g ialah daya yang bertindak per unit jisim disebabkan daya tarikan graviti
Example 3
An object has a weight of 160N. If the value of acceleration due to gravity on earth is 10ms-2. Calculate
Sebuah objek mempunyai berat 160N. Jika nilai pecutan gravity dibumi ialah 10ms-2. Hitung
(i) mass of the object / jisim objek
(ii) weight of the object on moon, if the value acceleration due to gravity on moon is 1 value of acceleration due to gravity on earth. 6
Berat objek dibulan, jika nilai pecutan gravity dibulan adalah 1 nilai pecutan gravity di bumi.
6
TUTORIAL 2.8 1 What is meant by free fall?
Apa yang dimaksudkan dengan jatuh bebas?
A. Falls without encountering any resistance Jatuh tanpa rintangan udara
B. Falls with gravitational acceleration Jatuh dengan pecutan graviti C. Falls with air resistance Jatuh dengan rintangan udara D. Falls with constant velocity Jatuh dengan halaju seragam
2 A coconut falls from the tree. Which of the following velocity– time graphs represents the motion of the coconut?
Sebiji kelapa jatuh dari pokok. Graf halaju melawan masa manakah mewakili gerakkan kelapa tersebut?
3 A ball thrown vertically upwards reaches a maximum height, then falls to the ground. Which velocity-time graph shows motion of the ball?
Sebiji bola dilontar keatas dan jatuh balik ke tanah. Graf halaju melawan masa manakah mewakili gerakkan bola tersebut?
4 Two objects P and Q are dropped simultaneously from two different height as shown below.
Dua objek P dan Q dijatuhkan secara serentak dari ketinggian yang berbeza seperti rajah dibawah.
Which velocity-time graph represents the motion of P and Q?
Graf halaju melawan masa manakah mewakili gerakkan bola P dan Q?
5 The diagram shows a coin, marble and dried leaf being released at the same time in a vacuum cylinder.
Rajah menunjukkan sekeping duit syiling, sebiji guli dan sehelai daun kering dilepaskan pada masa yang serentak di dalam tiub vakum.
Which observation is correct?
Pemerhatian manakah betul?
A. All three objects float in the cylinder Ketiga-tiga objek terapung didalam silinder B. All three objects reach the base at the same time Ketiga-tiga objek smapai kedasar pada masa yang sama
C. The marble reaches the base earlier than the coin.
Guli sampai ke dasar lebih cepat dari duit siling D. The coin and the marble reach the base earlier than the
dried leaf
Guli dan duit syiling sampai ke dasar lebih cepat dari daun kering.
6 The diagram shows a brick falling from a table.
Rajah menunjukkan sebiji bata jatuh dari meja
What physical quantity or quantities of the brick is constant while it is falling?
Kuantiti fizikal atau kuantiti – kuantiti fizikal manakah bagi bata adalah malar semasa ia jatuh?
i. Momentum ii.Acceleration iii.Velocity iv. Inertia momentum pecutan halaju Inersia
A. ii only B. i and ii C. ii and iii D. iii and iv 7 A ping-pong ball is dropped onto a concrete floor. Which graph shows the relationship between the velocity of the ping pong ball with time?
Sebiji bola ping pong dijatuhkan ke atas lantai konkrit.
Graf halaju melawan masa manakah mewakili gerakkan bola ping pong tersebut?
8 The diagram below shows two metal spheres, P and Q.
Which of the following statements is true when P and Q are in free fall?
Rajah dibawah menunjukkan dua sfera logam P dan Q.
Pernyataan yang manakah benar jika P dan Q mengalami jatuh bebas?
A. The velocities of P and Q are the same Halaju P dan Q adalah sama
B. The accelerations of P and Q are the same Pecutan P dan q adalah sama
C. The momentum of P and Q are the same Momentum P dan Q adalah sama
D. The gravitational forces acting on P and on Q are the same
Tarikan gravity pada P dan Q adalah sama 9 A brick falls from a height of 10 m. Calculate the time
taken for the brick to reach the ground.
Sebiji bata jatuh dari ketinggian 10m. Hitung masa untuk bata sampai ke dasar.
A. 0.5 s B. 0.7 s C. 1.0 s D. 1.4 s
10 Figure below is a stroboscopic photograph shows two steel balls in a state of free-fall. Both balls are dropped simultaneously from the same height.
Rajah dibawah menunjukkan gambar foto stroboskop dua bola keluli dalam keadaan jatuh bebas. Kedua-dua bola tersebut dijatuhkan secara serentak dari ketinggian yang sama.
(a) Observe the photograph and state two similarities between the position of the balls.
Perhatikan gambarfoto dan nyatakan dua persamaan berkaitan dengan kedudukan bola-bola tersebut.
_________________________________________
_________________________________________[2 m]
(b) Name one physical quantity which causes the balls to fall.
Namakan satu kuantiti fizikal yang menyebabkan bola tersebut jatuh
_________________________________________[1 m]
(c) Based on the positions of the free-falling balls, there is a physical quantity that is constant.
Berdasarkan kedudukan bola-bola tersebut, terdapat satu kuantiti fizik yang tetap.
(i) Name the quantity. / Namakan kuantiti tersebut
_______________________________________[1 m]
(ii) What is the value of the quantity and its unit?
Apakah nilai kuantiti tersebut dan unitnya?
________________________________________[1 m]
(iii) State how the mass of a ball affect the valued of the physical quantity stated in (c)(i).
Nyatakan bagaimana jisim bola mempengaruhi kuantiti fizik yang dinyatakan di c(i).
________________________________________[1 m]
(d) A ball is thrown vertically upwards at a certain velocity.
Satu bola dilontarkan menegak keatas dengan halaju tertentu.
(i) What happens to the motion of the ball as it moves upwards?
Apa yang berlaku pada gerakkan bola bila ia bergerak ke atas?
_______________________________________[1 m]
(ii) Give one reasons for your answer.
Berikan satu sebab untuk jawapan anda.
______________________________________[1 m]
11 Figure 2.1 shows a feather and a water droplet falling from the same height. The mass of the feather and water droplet is the same and both are dropped simultaneously at time t = 0.
Rajah 2.1 menunjukkan bulu pelepah dan titisan air jatuh dari ketinggian yang sama. Jisim bulu pelepah dan titisan air adalah sama dan kedua-duanya dijatuhkan serentak pada masa t = 0.
(a) Name one force acting on the feather and the water droplet.
Namakan satu daya yang bertindak pada buu pelepah dan titisan air. [1 m]
_________________________________________
(b) Using Figure 2.1, compare the surface area of the feather and the water droplet.
Menggunakan Rajah 2.1 bandingkan luas permukaan bulu pelepah dan titisan air. [1 m]
_________________________________________
(c) Using Figure 2.2, compare the acceleration of the feather and the water droplet.
Menggunakan Rajah 2.2 bandingkan pecutan bulu pelepah dan titisan air. [3]
_____________________________________________
_____________________________________________
_____________________________________________
(d) Using your answers in (b) and (c), state the relationship between the relationship between the surface area and the final velocity.
Menggunakan jawapan di(b) dan (c), nyatakan hubungan antara luas permukaan dan halaju akhir. [1 m]
________________________________________
(e) The feather and the water droplet are dropped in a vacuum. Sketch a velocity-time graph to show the motion on both objects.
Bulu pelepah dan titisan air dijatuhkan dalam vaku.
Lakarkan graf halaju-masa untuk menunjukkan gerakkan kedua-dua objek [1]
12.Fig. 2.1 shows apparatus that demonstrates how a coin and a piece of paper fall from rest.
Rajah 2.1 menunjukkan apparatus menunjukkan bagaimana duit syiling dan sekeping kertas jatuh dari keadaan rehat.
Fig. 2.1 Fig. 2.2 At the positions shown in Fig. 2.1, the coin and paper are falling through air in the tube. The forces on them are shown in Fig. 2.2. The length of an arrow indicates the size of each force.
Pada kedudukan yang ditunjukkan pada Rajah 2.1, duit syiling dan kertas jatuh melalui udara. Daya yang bertindak pada kedua-dua objek ditunjukkan pada Rajah 2.2. Panjang kedua-dua anak panah menunjukkan nilai bagi setiap daya.
(a) State the initial value of the acceleration of the coin as it falls.
Nyatakan nilai awal pecutan duit syiling bila ia jatuh.
…... [1]
(b) Explain how Fig. 2.2 shows that
Terangkan bagaimana Rajh 2.2 menunjukkan bahawa (i) the paper falls with constant speed,
kertas jatuh dengan halaju malar
...
(ii) the coin accelerates. / duit syiling memecut
...[2]
(c) A vacuum pump is connected to A and the air in the tube is removed. The coin and paper fall differently in a vacuum from the way they fall in air. State two of these differences.
Pam vakum disambung pada A dan udara dalam tuib dikeluarkan. Duit syiling dan kertas jatuh dengan cara yang berbeza berbanding bila jatuh dalam udara.
Nyatakan dua perbezaan ini
1...
2. ... [2]
13. Diagram 6 shows a boy throwing a ball upwards at a velocity of 10 m s-1 where the air resistance can be ignored.
Rajah 6 menunjukkan seorang budak melontar sebiji bola ke atas dengan halaju 10 m s-1 dimana rintangan udara boleh diabaikan
Diagram 6 (a) State the type of motion when the ball Nyatakan jenis gerakkan bola bila
(i) Move up / bergerak ke atas:
……….………
(ii) Fall down / jatuh ke bawah:
……….………
[2 marks]
(b) State the force that causes the motion as stated in your answer at (a).
Nyatakan daya yang menyebabkan gerakkan seperti yang dinyatakan dalanm jawapan di(a).
………...……….…[1 mark]
(c) Sketch a velocity, v against time, t graph to describe the motion of the ball.
Lakarkan graf halaju lawan masa untuk menggambarkan gerakkan bola tersebut.
v/ms-1
t/s
[2 marks]
(d) State the value of the velocity when the ball reached the maximum height.
Nyatakan nilai halaju bola bila mencapai ketinggian maksimum.
…………...……….…[1 mark]
(e) Using the equation: v2 = u2 + 2 as, calculate the maximum height reach by the ball.
Dengan menggunakan persamaan v2 = u2 + 2 as, hitung ketinggian maksimum yang dicapai oleh bola.
[2 marks]
(f) What happened to the value of maximum height reached calculated in (c) if there is air resistance.
Apa yang berlaku pada nilai ketinggian maksimum yang dihitung di (c) jika terdapatnya rintangan udara.
…………...……….…[1 mark]
