09 isi kandungan2 _3105ipgmgabung22jun_2 fizik.doc

SCE3105 Fizik Dalam Konteks Hidupan Harian

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.

Hasil Pembelajaran

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 kedua4. Menyelesaikan masalah dengan kegunaan Hukum gerakan Newton yang kedua

Gambaran Keseluruhan

Isi Kandungan

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

20


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.

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)

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

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/Chapter%204/Apparent%20Weight.swfCuba kaji dengan teliti tayangan berkenaan dan buat nota untuk mengaitkan Hukum Gerakan Newton dengan konsep berat ketara..

21

http://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%204/Apparent%20Weight.swf



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/Apparent%20Weight.swf (Konsep berat ketara ’concept of apparent weight’)

http://www.physicsclassroom.com/Class/newtlaws/index.cfm(Hukum-hukum Gerakan Newton –nota dan tutorial)

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.

Hasil Pembelajaran

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.


Rajah 6.1 Gambaran Keseluruhan Isi Kandungan

22

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




Isi Kandungan

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.

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.

23

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?

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

24

darjah

darjah

Daya usaha

Beban

Daya usaha Daya usaha

BebanBeban


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. Contohnya, basikal dan kereta.

6.3 Faedah mekanikal (MA) dan kecekapan

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

Faedah Mekanik 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

25

Kelas pertama Kelas kedua Kelas ketiga


– 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.

* AMA boleh juga ditulis sebagai MA

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 =

Mesin sebenar (real)Kecekapan mesin =

=

=

26

http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Effort_force/

http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Resistance_force/

http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Resistance_distance/

http://www.knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Effort_distance/


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.

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

27


6.4 Mesin manusia 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.

6.5 Contoh soalan dan 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%

6.6 Rujukan

1. http://www.mrfizix.com/home/worksimplemachines.htm2.http://atlantis.coe.uh.edu/archive/science/science_lessons/scienceles1/finalhome.htm3. http://www.physicsclassroom.com/Class/energy/

28

http://www.physicsclassroom.com/Class/energy/

http://atlantis.coe.uh.edu/archive/science/science_lessons/scienceles1/finalhome.htm

http://atlantis.coe.uh.edu/archive/science/science_lessons/scienceles1/finalhome.htm


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 sepertiPascal, Archimedes dan Bernoulli. Selain daripada itu, anda juga didedahkan kepada penggunaan prinsip-prinsip tersebut dalam penyelesaian masalah dalam kehidupan seharian.

Hasil Pembelajaran

1. Menghubungkaitkan ketumpatan dengan keapungan suatu bahan2. Menyatakan prinsip-prinsip Pascal dan aplikasinya3. Menyatakan prinsip-prinsip Archimedes dan aplikasinya4. Menyatakan prinsip-prinsip Bernoulli dan aplikasinya


Isi Kandungan 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.

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.

29


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.swfCuba 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. Berikut adalah suatu sumber web yang anda boleh membuat latihan secara interaktif dalam topik daya dalam cecairhttp://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch13_w/index.html

Rujukan:

30

http://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch13_w/index.html


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



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%20Principle.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)

31




http://www.mhhe.com/physsci/physical/giambattista/buoyancy/buoyancy.html

http://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%2013/Buoyancy.swf


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.

Hasil Pembelajaran

1. Menerangkan hukum-hukum Kepler 2. Membincangkan medan graviti dan hukum kegravitian semesta Newton3. Menunjukkan pergerakan planet dan satelit 4. Membincangkan berat dan tanpa berat


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

32


•

Hukum-hukum Kepler

Hukum Kepler Pertama (1609)• Orbit planet mengelilingi satu bintang adalah elips dengan bintang pada

satu fokus.

Hukum Kepler ke 2 (1609):

33

Planet

Paling perlahan

Jarak Aphelion

Jarak Perihelion

Pusat

Matahari

Paling pantas

bintang


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)

di manaT = tempoh perbintangan objek dalam tahun a = paksi semimajor objek (dalam AU)

34

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

http://www.all-science-fair-projects.com/science_fair_projects_encyclopedia/Astronomical_unit


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

Hukum Newton

Jika F1 = F2, maka

……..(i)

35

R

Mm


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.

36


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).

37

Bumimatahari jatuhmatahari terbit

ufuk

matahari

BARAT(matahari jatuh)

matahari

TIMUR (matahari terbit)

Gerakan ketara satu daripada ‘bintang petang-pagi’

BaratTimur

Latarbelakang bintang

Bumi

Marikh

Matahari

Gerakan ketara planet yang orbitnya lebih besar daripada orbit bumi


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 = mgMaka medan graviti, g

Dari rumus,

=

Maka medan graviti, g

Persamaan menunjukkan bahawa medan graviti, g semakin berkurang

apabila jarak titik daripada jisim, R semakin jauh.

38



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. MatahariB. BulanC. 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?

8.8 Rujukan

http://www.physicsclassroom.com/Class/circles/u6l4d.cfm

39


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.

Hasil Pembelajaran

1. Menerangkan bagaimana bunyi dihasilkan2. 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

40


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

41

Tekanan

Kawasan mampatandan regangan


Lampu isyarat 50

Bunyi hingar 40

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.

42


Satu objek yang bergetar dengan frekuensi aslinya boleh memaksa objek kedua yang mempunyai frekuensi asli yang sama untuk bergetar sama. Keadaan ini dinamakan resonans.

Gelas yang pecah Jambatan runtuh

Tacoma Narrows Bridge di Washington

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

43


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

9.6Kualiti 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.

44

Bunyi sebagai gelombang tekanan

Tekanan

C: mampatan R: regangan

Masa

http://en.wikipedia.org/wiki/Pascal_(unit)

http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrophone

http://en.wikipedia.org/wiki/Microphone


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

Menghasilkan alat musik

45


Alat muzik bertali, contohnya biola mempunyai empat tali. Setiap tali ditala kepada not-not berlainan. Ia dimain samada menggunakan busur atau dipetik menggunakan jari. Alat muzik yang ditiup melalui jubir(mouthpiece) membolehkan pemuzik menekan injap-injap untuk mengubah panjang turus udara, lalu menghasilkan not-not berlainan.

Perbezaan musik dan bunyi bising

Bunyi mempunyai nada (pitch) yang boleh dikenalpasti, tone yang sedap, pola yang berulang-ulang (lihat rajah A). Bunyi bising tidak mempunyai nada, ton yang tidak enak dan tidak ada ritma (rajah B)


• Perhatikan kejadian dan terangkan fungsi contoh bagaimana pembesar suara berfungsi?

• Mengapa panjang tali-tali pada piano berbeza? • Mengapa gelas kaca pecah apabila beberapa not musik dihasilkan?• Bagaimanakah musik dan bunyi bising berbeza? dsb.

9.9 Rujukan

46

injap

jubir

Musik

Bunyi bising


TOPIK 10 TERMOMETRI DAN TERMOMETER

Sinopsis

Tenaga haba merupakan suatu bentuk tenaga yang amat diperlukan dalam kehidupan manusia. Ia membekalkan tenaga untuk membuat badan kita panas, memasak makanan serta membolehkan pengeluaran benda-benda yang berguna kepada manusia. Dalam topik ini, anda akan didedahkan kepada konsep suhu dan tenaga haba, skala suhu dan termometer serta pindahan tenaga haba dan keseimbangan terma.

Hasil Pembelajaran

1. Menerangkan sifat-sifat haba terma.2. Menakrif suhu dan menyatakan perbezaannya daripada haba terma3. Menggunakan skala suhu celsius dan kelvin serta menukar dari satu ke yang lain4. Dapat menakrif haba tentu dan mengira tenaga haba yang dipindah.


Isi Kandungan

10.1 Tenaga haba dan Suhu

Teori molekular – jirim terdiri daripada zarah-zarah halus yang sentiasa bergerak.

Tenaga kinetik zarah itu mempengaruhi suhu jasad. Lebih lajunya gerakan zarah lebih tinggi suhu jasad.

Suhu suatu objek menunjukkan darjah kepanasan objek itu.

Haba ialah tenaga yang mengalir dari objek yang lebih panas ke objek yang lebih sejuk.

47


Buat Nota

Untuk lebih memahami teori kinetik zarah dan keterangan tenaga haba berdasarkan teori itu, sila baca nota-nota dalam laman web berikut: http://www.saburchill.com/physics/chapters/0098.html

Sila baca juga Physics: Principles and Problems Terbitan Glencoe Bab 12 Thermal EnergyBuat nota ringkas mengenai teori kinetic zarah dan tenaga haba.

10.2 Keseimbangan Terma

Kadar pindahan tenaga terma dari satu jasad yang lebih panas ke jasad yang lebih sejuk akan berterusan sehingga kadar pindahan haba menjadi sama rata. Maka kedua-dua jasad akan mempunyai suhu yang sama. Kedua-dua jasad tersebut dikatakan telah mencapai keseimbangan terma.

Buat Nota

Untuk lebih memahami keseimbangan terma, sila baca nota-nota dalam laman web berikut: http://physics.about.com/od/thermodynamics/p/thermodynamics.htm

Sila baca juga Physics: Principles and Problems Terbitan Glencoe Bab 12 Thermal EnergyBuat nota ringkas mengenai keseimbangan terma.

10.3 Jenis Termometer

Sifat fizikal bahan yang berubah dengan suhu dikenali sebagai sifat termometri bahan itu. Termometer adalah suatu alat pengukur suhu yang dibina dengan berdasarkan sifat termometri yang tertentu misalnya isipadu cecair, tekanan gas, daya gerak elektrik dan rintangan dawai logam.

Termometer merkuri merupakan suatu termometer yang dibina dengan berdasarkan sifat isipadu merkuri yang boleh berkembang dengan banyak apabila suhu berubah.

Sesuatu termometer yang dibina akan ditentukur dengan berdasarkan takat suhu yang tertentu. Termometer merkuri adalah ditentukur berdasakan takat suhu didih air(100 C) dan takat beku air (0 C). Antara dua takat suhu itu, julat antara dua takat itu telah dibahagi kepada 100 bahagian dengan sebahagian bersamaan dengan 1C. Tahukah anda apakah skala suhu SI dan hubungan antara suhu SI itu dengan skala suhu Celsius?

48

http://physics.about.com/od/thermodynamics/p/thermodynamics.htm

http://www.saburchill.com/physics/chapters/0098.html


Buat Nota

Untuk lebih memahami tentang jenis termometer, skala dan ukuran suhu, sila baca maklumat terkandung dalam laman web berikut: http://www.saburchill.com/physics/chapters/0097.html

http://physics.about.com/od/glossary/g/temperature.htm Sila baca juga Physics: Principles and Problems

Terbitan Glencoe Bab 12 Thermal EnergyBuat nota ringkas mengenai jenis termometer, skala dan ukuran suhu.

10.4 Pindahan Haba

Muatan haba tentu suatu bahan ditakrifkan sebagai haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebanyak satu darjah Celsius bagi satu kilogram bahan itu, dan unitnya ialah Jkg-1 C-1 .

Persamaan untuk pengiraan kuantiti haba Q adalah

Q = jisim bahan(m) X muatan haba tentu (c) X perubahan suhu (∆T)

Unit untuk Q adalah Joule(J), m adalah kg, c adalah Jkg-1 C-1 dan ∆T adalah C.

Tenaga haba dipindah melalui tiga cara iaitu konduksi, perolakan dan sinaran.

Konduksi melibatkan pengaliran haba dari satu tempat yang lebih panas ke tempat yang lebih sejuk melalui media antara dua lokasi.

Perolakan melibatkan zarah-zarah yang tidak bersentuhan antara satu sama lain.

Sinaran melibatkan pindaan tenaga tanpa bergantung kepada wujudnya jirim antara punca tenaga haba dan sasaran. Pindaan tenaga adalah melalui sinaran elektromagnet tanpa sebarang bahan perantaraan.

Buat Nota

Untuk lebih memahami tentang pindahan haba, sila baca maklumat terkandung dalam laman web berikut:

49

http://physics.about.com/od/glossary/g/temperature.htm



http://physics.about.com/od/thermodynamics/p/thermodynamics.htmhttp://physics.about.com/od/thermodynamics/f/heattransfer.htm

Sila baca juga Physics: Principles and Problems Terbitan Glencoe Bab 12 Thermal EnergyBuat nota ringkas mengenai pindahan haba.

Fikir

Layari internet untuk mencuba soalan berkaitan dengan tenaga haba. Berikut adalah suatu sumber web yang anda boleh

membuat latihan secara interaktif dalam topik tenaga habahttp://glencoe.mcgraw-hill.com/sites/0078807220/student_view0/chapter12/interactive_tutor.html

Rujukan:http://www.saburchill.com/physics/chapters/0097.html(Skala Suhu Celsius)http://www.saburchill.com/physics/chapters/0098.html(Teori Kinetik Jirim)http://physics.about.com/od/thermodynamics/p/thermodynamics.htm(Takrifan keseimbangan terma, pindahan haba)http://physics.about.com/od/glossary/g/temperature.htm(Takrifan suhu, skala suhu dan termometri)http://physics.about.com/od/thermodynamics/f/heattransfer.htm(Kaedah pindahan haba)

Zitzewitz,P.W.(2002) Physics: Principles and Problems. Ohio: Glencoe/McGraw-Hill.(Chapter 12 Thermal Energy)

TOPIK 11 CAHAYA

Sinopsis:

Kita dapat melihat objek kerana cahaya dipantulkan atau dikeluarkan olehnya. Cahaya dikeluarkan oleh objek bersinar, lampu kalimantang, televisyen atau LED. Namun sumber utama cahaya adalah matahari. Cahaya dari matahari bukan sahaja dipantulkan

50

http://physics.about.com/od/thermodynamics/f/heattransfer.htm

http://physics.about.com/od/glossary/g/temperature.htm




http://glencoe.mcgraw-hill.com/sites/0078807220/student_view0/chapter12/interactive_tutor.html

http://glencoe.mcgraw-hill.com/sites/0078807220/student_view0/chapter12/interactive_tutor.html

http://physics.about.com/od/thermodynamics/f/heattransfer.htm



oleh cermin atau kertas putih, tetapi oleh bulan, pokok dan mungkin juga oleh kain yang gelap. Kita melihat objek kerana cahaya bergerak dari objek ke mata kita. Lintasan lurus cahaya yang dipanggil sinar cahaya mewakili lintasan sempit cahaya. Kajian sinar-sinar cahaya ini membolehkan kita mengkaji pantulan dan pembiasan cahaya.

Hasil Pembelajaran:1. Membincangkan pantulan dan cermin2. Membincangkan pembiasan dan kanta3. Membincangkan struktur dan prinsip kerja mikroskop dan teleskop


11.1 Pantulan dan Cermin

Hukum Pantulan :

Pantulan cahaya pada permukaan yang licin adalah seragam, sementara permukaan kasar dan tidak seragam akan mencapah dan berselerak.

Dua asas hukum pantulan:- Sudut tuju, i sama dengan sudut biasan, r.- Sinar tuju, sinar pantulan dan garis normal berada pada satah yang sama.

Cermin satah

Cermin dapat membentuk imej kerana cahaya dari objek yang ditujukan kepadanya dipantulkan balik ke mata kita.

51


Rajah 11.1

Latihan

Cermin Melengkung:

Terdapat dua jenis cermin melengkung iaitu cermin cekung dan cermin cembung. Apabila sinar cahaya yang selari terkena permukaan cermin cekung, sinar-sinar cahaya akan difokuskan pada satu titik fokus (Rajah 11.2a).

(a) (b)

Rajah 11.2

Apabila sinar cahaya yang selari terkena cermin cembung, sinar-sinar cahaya akan dicapahkan (Rajah11.2b)

Pusat kelengkungan, C suatu cermin ialah pusat sfera dari mana cermin itu dihasilkan. Jejari kelengkungan, r adalah jarak antara pusat sfera dengan permukaan cermin.

52

Uji kafahaman anda dengan mencuba tutorial interactive pada laman web berikut:http://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch17/ch17_1/index.html

http://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch17/ch17_1/index.html

http://glencoe.com/olc_games/game_engine/content/gln_sci/ppp_09/ch17/ch17_1/index.html


Mengumpul Maklumat

11.2 Pembiasan dan Kanta

Pembiasan difinisikan sebagai pembengkokan cahaya bila ia melalui satu medium ke medium lain yang mempunyai ketumpatan berbeza.

Rajah 11.3

Indeks biasan, n bagi suatu bahan adalah:

n = laju cahaya dalam vakum atau udara, c laju cahaya dalam medium,v

n = sin i sin r

Nilai indeks biasan adalah berbeza-beza untuk bagi bahan berbeza seperti ditunjukkan dalam Jadual 11.1.

Bahan Indeks Biasan, nUdara 1.00Air 1.33Perspeks 1.49Kaca 1.48-1.96Intan 2.42

Jadual 11.1Kanta cembung dan kanta cekung

Sinar-sinar selari akan terbias dan bertumpu ke satu titik yang dipanggil titik fokus.

53

Cari maklumat bagaimana melukis rajah sinar untuk pelbagai kedudukan objek dari cermin cekung dan cermin cembung. Nyatakan ciri-ciri imej objek yang dipantulkan. Gunakan link di bawah untuk membantu anda.http://en.wikipedia.org/wiki/Convex_mirrorUsing Light.doc

http://en.wikipedia.org/wiki/Convex_mirror


Rajah 11.4

Cahaya selari yang memasuki kanta cekung akan akan terbias dan mencapah keluar selepas melalui kanta cekung.

Rajah 11.5

Mengumpul Maklumat

11.3 Mikroskop dan Teleskop

Kanta-kanta boleh digunakan untuk menghasilkan alat-alat optik. Antaranya, mikroskop majmuk dan teleskop astronomi boleh dibina melalui susunan dua kanta cembung yang berlainan kuasa.

Rajah sinar mikroskop majmuk

54

Cari maklumat tentang rajah sinar kanta cembung dan kanta cekung pada pelbagai kedudukan objek dan nyatakan ciri-ciri imej pada kedudukan-kedudukan tersebut. Laman web berikut boleh membantu: http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/class/refrn/u14l5da.html

http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/class/refrn/u14l5da.html


Rajah sinar teleskop astronomi

Memikir

Rujukan:

http://en.wikipedia.org/wiki/Convex_mirror (Rajah sinar)http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/class/refrn/u14l5da.html(kanta)http://www.saburchill.com/physics/chapters3/0018.htmlhttp://physics.bu.edu/~duffy/PY106/Instruments.html (Mikroskop dan teleskop)http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/index.php?topic=16.0(Pantulan dan Biasan melalui animasi Gelombang cahaya) Zitzewitz,P.W.(2002) Physics: Principles and Problems. Ohio: Glencoe/McGraw-Hill.(Chapter 18 Mirrors and Lenses)

TOPIK 12 LITAR ELEKTRIK DI RUMAH

55

Fikirkan bagaimana susunan kanta-kanta cembung boleh menghasilkan satu kanta cembung dan kanta cekung. Laman web di bawah mungkin boleh membantu anda:http://www.saburchill.com/physics/chapters3/0018.htmlhttp://physics.bu.edu/~duffy/PY106/Instruments.html

http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/index.php?topic=16.0

http://physics.bu.edu/~duffy/PY106/Instruments.html

http://www.saburchill.com/physics/chapters3/0018.html

http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/class/refrn/u14l5da.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Convex_mirror

http://www.saburchill.com/physics/chapters3/0018.html

http://physics.bu.edu/~duffy/PY106/Instruments.html


Sinopsis:

Elektrik memainkan peranan yang penting dalam kehidupan seharian kita. Walau bagaiamanapun, ia mempunyai potensi untuk menyebabkan kemudaratan yang besar. Terdapat dua jenis litar di dalam pendawaian elektrik di rumah iaitu litar sesiri dan selari. Beberapa alat-alat keselamatan didapati di dalam pendawaian elektrik untuk melindungi pengguna daripada terkena renjatan elektrik.

Hasil Pembelajaran:1. Membincangkan Hukum Ohm. 2. Membina litar-litar sesiri dan selari dan gabungan litar sesiri dan selari.3. Memerihalkan alat keselamatan yang digunakan dalam litar elektrik. 4. Membincangkan kelebihan dan kekurangan menggunakan litar sesiri dan selari.5. Menerangkan bagaimana kecerahan berhubungkait dengan sambungan lampu-lampu mentol di dalam litar.


Isi Kandungan

12.1 Gabungan litar sesiri dan selari

Terdapat dua cara asas untuk menyambung lebih dari dua komponen litar iaitu litar sesiri dan litar selari.

Litar sesiri

Rajah 12.1

56


Litar selari

Rajah 12.2

Gabungan litar sesiri dan litar selari

Rajah 12.3

12.2 Hukum Ohm

Hukum Ohm menyatakan bahawa pada suhu tetap, arus yang melalui konduktor diantara 2 titik adalah berkadar langsung dengan beza keupayaan (i.e. kejatuhan voltan atau voltan) merentas dua titik.

Persamaan matematik yang menerangkan hubungan ini adalah:

Jika 2 kuantiti diketahui, kuantiti yang ke 3 mudah untuk ditentukan. Jika bateri membekalkan voltan 1.5 volt dan lampu mempunyai rintangan 5 ohms, maka arus dalam litar boleh ditentukan.

57


Dengan menggunakan persamaan

Masukkan nilai2:

Penentuan voltan, arus atau rintangan menggunakan Hukum Ohm

Hukum Ohm dan litar sesiri

Litar sesiri:Voltan = Jumlah semua voltan.

Semua komponen berkongsi arus yang sama.Rintangan = Jumlah rintangan

Hukum Ohm dan litar selari

58

Ampere

Hukum Ohm


Litar selari: Semua komponen berkongsi voltan yang sama

Jumlah arus = Kesemua cabang arus Jumlah rintangan = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3+….

Aplikasi Hukum Ohm di dalam litar

Di dalam menganalisis sebarang litar kompleks, mula-mula kira rintangan berkesan. Rintangan berkesan beban sesiri adalah hanya menjumlahkan semua rintangan.

Berapakah jumlah rintangan berkesan di dalam litar di bawah?

Petunjuk:Mula-mula kira jumlah rintangan selari iaitu 1/RJ = 1/R2 + 1/R3

Kemudian jumlahkan, Rberkesan = R1 + RJ

Contoh

Dengan menggunakan rajah litar di bawah, kira rintangan berkesan, voltan yang merentasi setiap rintangan dan arus.

59


12.3 Aplikasi litar

Rajah 12.4 Gabungan litar sesiri dan selari di dalam komponen elektronik

12.4 Keselamatan dalam litar

Untuk mengelakkan kerosakan harta dan bahaya dalam kehidupan, litar-litar di dalam rumah dibina dengan ciri-ciri keselamatan. Antara peralatan keselamatan yang terdapat di rumah ialah palam 3 pin, fius, pemutus litar, rod kilat dan palam 3 pin. Kebanyakan peralatan dijual dengan palam yang telah dipasang. Kabel daripada peralatan biasanya mengandungi 3 wayar. Wayar dibuat daripada kuprum yang disalut dengan pelindung plastik.

60

Kombinasi litar sesiri dan selari


Rajah 12.5 Palam 3 pin

Pelindung dibuat daripada plastik dan diwarnakan: • Wayar hidup – perang. • Wayar neutral - biru • Wayar bumi – hijau dan kuning (Pelindung) • Wayar hidup dan neutral membawa arus ke litar. • Ketiga-tiga wayar dilindung oleh pelindung luar yang dibuat daripada plastik –

kenapa?

Palam 3 pin mempunyai ciri ciri berikut: • Pencengkam kabel, untuk mencengkam pelindung luar kabel dan mengelakkan

daripada tertarik keluar daripada palam. • Ketiga-tiga pin dibuat daripada loyang, • Fius • Bekas dibuat daripada plastik


1. Bagaimana rod kilat melindungi bangunan? 2. Apakah alat2 keselamatan yang digunakan di dalam litar elektrik?

12.6 Rujukan

1. http://www.autoshop101.com/trainmodules/elec_circuits/circ109.html2. http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_5/1.html3. http://physics.bu.edu/py106/notes/Circuits.html

TOPIK 13 KELEKTRIKAN DAN KEELEKTROMAGNETAN

Sinopsis:

Pelbagai peralatan elektrik di rumah menggunakan kuasa elektrik dan motor. Topik ini memberi pendedahan dan kefahaman tentang daya dan arus dalam medan magnet serta bagaimana prinsip ini digunakan di dalam operasi motor elektrik serta monitor TV.

61

Pencengkam kabel

Bumi

Hidup

Fius

Neutral

http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_5/1.html

http://www.autoshop101.com/trainmodules/elec_circuits/circ109.html


Hasil Pembelajaran:

1. Menerangkan daya ke atas arus di dalam medan magnet. 2. Menerangkan daya ke atas satu zarah bercas.

3. Menerangkan bagaimana operasi motor elektrik dan pertukaran tenaga yang berlaku di dalamnya.

4. Menyenaraikan peralatan elektrik di rumah yang menggunakan elektrik. 5. Menyenaraikan peralatan elektrik di rumah yang menggunakan motor. 6. Menerangkan bagaimana monitor TV berfungsi.


Isi Kandungan

13.1 Penghasilan daya (F) akibat saling tindakan antara konduktor yang membawa arus (I) dengan medan magnet (B)

Rajah 13.1

Satu dawai yang membawa arus (konduktor) yang diletakkan di antara dua magnet kekal akan bertindak dengan medan magnet untuk menghasilkan daya yang menyebabkan konduktor itu bergerak. Fenomena ini adalah disebabkan :

(i) Magnet ada medan magnet (ii) Konduktor pembawa arus mempunyai medan magnet.

62

Dawai membawa arus, I

Arah Daya, F


(iii) Interaksi antara medan magnet dengan medan magnet konduktorberarus menyebabkan dawai mengalami daya mekanikal lalu bergerak. Arah gerakan daya ditentukan menggunakan Hukum Tangan Kiri Fleming.

Penentuan arah daya

Rajah 13.2 Hukum Tangan Kiri Fleming

Magnitud daya adalah, F = B I l Sinθ

di mana B = ketumpatan fluks magnet, I = arus yang mengalir melalui konduktor l = panjang konduktor di dalam medanθ = sudut antara medan magnet dan konduktor

Bila satu konduktor lurus diletakkan berserenjang (perpendicular) dengan medan yang seragam (uniform field)θ=90°, F = BIl

Contoh Pengiraan

Suatu arus 8.5 A yang mengalir melalui medan magnet didapati mengenakan daya 275 N. Panjang daya dalam medan magnet adalah 5 cm. Apakah nilai medan magnet itu?

F = BIl.Þ B

Jawapan: 0.647 T

Hubungan ini adalah benar selagi arus adalah pada sudut 90° kepada medan magnet. Jika dawai adalah pada sudut lain kepada medan magnet, rumus perlu mengambil kira F = BIl sin θ

13.2 Motor elektrik

63

MedanJari Telunjuk

DayaIbu Jari

ArusJari Hantu

http://en.wikipedia.org/wiki/Fleming's_left_hand_rule





Kegunaan penghasilan daya akibat saling tindakan antara konduktor yang membawa arus dengan medan magnet.

Rajah 13.3 Motor elektrik

Kegunaan motor elektrik ialah menukarkan tenaga elektrik kepada tenaga mekanikal. Alat-alat elektrik yang menggunakan motor elektrik ialah mesin basuh, mesin pengisar, kipas dan lain-lain lagi.

Prinsip kerja motor elektrik (arus terus)

Rajah 13.4 Prinsip kerja motor elektrik

Motor elektrik terdiri daripada satu angker yang terdiri daripada satu angker yang boleh berputar diantara dua kutub magnet yang berlainan. Kedua-dua hujung dawai gegelung disambung kepada komutator yang disentuh dengan berus karbon.

Apabila arus dialirkan melalui gegelung, saling tindakan antara medan magnet dari angker membawa arus dengan medan magnet kekal akan berlaku. Medan lastik dihasilkan di dua belah sisi dawai gegelung. Medan lastik ini menghasilkan satu daya putaran untuk memutarkan gegelung itu. Arah daya yang bertindak ke atas angker boleh ditentukan dengan menggunakan peraturan tangan kiri Fleming. Corak medan lastik dapat dilukiskan.

64


Fungsi komutator berbelah dua yang dipasang pada angker adalah untuk melicinkan pertukaran arah arus dalam gegelung setiap separuh putaran supaya gegelung motor itu dapat berputar secara terus.

Lazimnya arus yang lebih besar diperlukan untuk memulakan pergerakan motor elektrik. Apabila motor sudah berputar dengan laju seragam, arus yang lebih kecil diperlukan. Ini kerana di dalam keadaan pegun, inersia gegelung motor adalah besar dan daya yang lebih besar diperlukan untuk memulakan putarannya.

Semasa gegelung motor berputar dengan laju seragam dalam medan magnet, arus teraruh dihasilkan dan mengalir dalam arah bertentangan dengan arah arus yang berpunca dari bekalan kuasa. Oleh itu, arus yang lebih kecil diperlukan untuk motor berputar dengan laju seragam.

13.3 Daya atas satu zarah bercas

Jika zarah bercas dianggap sebagai cas titik , medan elektrik ditakrif sebagai daya yang di alami seunit cas:

E = F/qdi mana F : daya elektrik yang dialami zarah q : cas E : medan elektrik di mana zarah itu berada

Ruang sekeliling cas elektrik mempunyai sifat yang dipanggil medan elektrik dan medan elektrik ini mengenakan satu daya ke atas objek lain yang bercas elektrik. Daya ini menyebabkan objek menolak atau menarik bergantung kepada cas yang ada pada objek.

13.5 Medan elektrik disekitar sas titik

Daya antara zarah-zarah bercas diterangkan menggunakan Hukum Coulomb.

65

http://en.wikipedia.org/wiki/Point_charge

http://en.wikipedia.org/wiki/Point_charge


Satu cas pegun dalam medan magnet tidak akan mengalami mana-mana daya. Cas akan mengalami daya jika ia bergerak dalam medan magnet. Daya ini dikenali sebagai daya magnet satu cas yang bergerak. Magnitud daya magnet bergantung kepada:

(a) magnitud cas, q (b) halaju cas, v (c) arah pergerakan cas dalam medan magnet (d) kekuatan medan magnet, B

Daya pada cas yang bergerak, F = qv B

F adalah maksimum bila halaju cas adalah berserenjang (perpendicular) kepada arah medan magnet. Jika cas, q bergerak dalam arah yang yang berserenjang dengan medan kepada B v sin θ. Maka

F = qv B sinθ

Cas titik yang bergerak berserenjang dengan medan magnet selari, B.

Rajah 13.6

Daya ke atas cas adalah berserenjang kepada kedua-dua arah gerakan cas dan arah medan magnet.

Daya yang dialami oleh cas positif mempunyai magnitud F = Bqv

Contoh pengiraan

Satu elektron di pecutkan ke 6.0 x 106 m/s2 dipesongkan oleh medan magnet yang kekuatannya 0.82 T. Apakah daya yang bertindak ke atas elektron? Adakah daya ini berbeza bagi proton?

Jawapan: 7.9 ´ 10-13 N

66

Medan Magnet, B


13.4 Skrin TV

Bagaimanakah monitor TV berfungsi?

Gambar terhasil dengan menembak satu bim elektron (zarah bercas) daripada senapang elektron (electron guns) di belakang ke skrin di hadapan. Elektron dengan tenaga yang banyak, memindahkan tenaga itu ke skrin. Tenaga dipindahkan ke titik-titik fosfor di belakang skrin.

Rajah 13.7

Fosfor adalah bahan yang mengeluarkan tenaga dalam bentuk cahaya, jadi ia bercahaya. Satu topeng logam (metal mask) di belakang skrin mengandungi lubang-lubang dalam kumpulan 3 tiik fosfor. Senapang elektron untuk warna berlainan adalah pada tempat-tempat berlainan, ia menghentam lubang daripada arah-arah yang agak berlainan.

Rajah 13.8

67


Walaupun ketiga-tiganya difokuskan pada lubang yang sama dalam topeng logam, ia akhirnya menghentam tempat-tempat berlainan pada skrin, maka menghasilkan cahaya pada titik-titik fosfor yang berlainan warna.

Untuk menuju ke bim, gegelung stering kuprum digunakan untuk menghasilkan medan magnet dalam tiub. Medan menggerakkan bim elektron secara mencancang dan mengufuk. Dengan mengenakan voltan berlainan pada gegelung stering, bim boleh di laraskan pada mana-mana titik di atas skrin. Magnet kekal memesongkan elektron yang lebih ringan supaya ia menghentam skrin.


1. Senaraikan alatan-alatan di dalam rumah yang menggunankan tenaga elektrik.2. Terangkan perubahan tenaga dalam satu motor elektrik?3. Terangkan bagaimana komutator dan berus beroperasi dalam motor elektrik.

13.6 Rujukan

1. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/forwir2.html2. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/motdc.html3. http://www.s-cool.co.uk/a-level/physics/forces-in-magnetic-fields/revise-it/forces-on-charged-particles4. http://www.howstuffworks.com/tv.htm

68

http://www.s-cool.co.uk/a-level/physics/forces-in-magnetic-fields/revise-it/forces-on-charged-particles

http://www.s-cool.co.uk/a-level/physics/forces-in-magnetic-fields/revise-it/forces-on-charged-particles

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/motdc.html

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/forwir2.html

http://www.wisegeek.com/what-is-an-electron.htm

http://www.wisegeek.com/what-is-copper.htm

09 isi kandungan2 _3105ipgmgabung22jun_2 fizik.doc

Documents