bab 2 - daya dan gerakan modul fizik spm bahasa melayu

7/27/2019 Bab 2 - DAYA DAN GERAKAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu

1/54

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 1

BAB 2 DAYA DAN GERAKAN

2.1 Gerakan Linear

Kuantiti fizikal Definisi kuantiti, simbol dan unit

Jarak, sDistance, s

Jumlah panjang lintasan yang dilalui oleh suatu jasad.Kuantiti: Skalar Unit SI: meter (m)

Contoh:

Jarak = 140 m

Sesaran, s

Displacement,s

Jarak suatu jasad bergerak dari kedudukan asal pada arah tertentu.

Kuantiti: Vektor Unit SI: meter (m)

Contoh:

Sesaran = 60 m ke arah timur A

Laju, vSpeed , v

Laju ialah kadar perubahan jarak terhadap masa

Laju =diambilyangMasa

dilaluiyangJarak=

t

s

Kuantiti: Skalar Unit SI: ms-1

Halaju, vVeloci ty, v

Halaju ialah kadar perubahan sesaran terhadap masa

Halaju =diambilyangMasa

Sesaran=

t

s

Kuantiti: Vektor Unit SI: ms-1

Laju purataAverage speed Laju purata =

diambilyangMasadilaluiyangjarakJumlah

Penyelesaian:

Laju purata =s14

m3m4 = 0.5 ms-1

contoh:

Sebuah kereta mainanmengambil masa 14 suntuk bergerak dari Ake B dan kemudian

bergerak 3m ke C.

Halaju purataAverage

veloci ty

Halaju purata =diambilyangMasa

Sesaran

Halaju purata =s14

m5= 0.36 ms-1

100 m

40 m

A BC

100 m

40 m

A BC

4m

3m

5m37

U

A

B C

U


2/54



0 s 2 s 4 s 6 s

Laju seragamUni form speed

Laju seragam ialah laju yang mempunyai magnitud yang sama disepanjang lintasan.

Halaju seragamAverage

veloci ty

Halaju seragam ialah halaju yang mempunyai magnitud dan arahgerakan yang sama.

Pecutan, aAcc elerat ion, a Apabila halaju suatu objek berubah terhadap masa, objek tersebutdikatakan sedang memecut.Pecutan ialah kadar perubahan halaju terhadap masa.

Pecutan, a=diambilyangMasa

halajuPerubahanunit SI: ms-2

Pecutan, a=t,

u-v

diambilyangMasa

awalHalajuakhiHalaju ,r,

a=t

u-v

Suatu objek dikatakan mempunyai pecutan positif jika halaju objek

itu sentiasa bertambah.

NyahpecutanDecelerat ion

Suatu objek dikatakan mempunyai pecutan negatif jika halaju objekitu sentiasa berkurang. Pecutan negatif = Nyahpecutan

Pecutan sifarZero

accelerat ion

Suatu objek bergerak dengan pecutan sifar jika objek itu bergerakdengan halaju seragam.

PecutanseragamUni form

acelerat ion

Suatu objek bergerak dengan pecutan seragam jika halajunyabertambah pada kadar yang sama.

Contoh: Apabila sebuah kereta bergerak dengan pecutan seragam5 ms-2. Halajunya bertambah 5 ms-1 bagi setiap 1 saat sedang iabergerak.

Info tambahan Sama = seragam = tetap = malarHalaju bertambah = pecutanHalaju berkurang = nyahpecutanHalaju sifar = objek tidak bergerak/pegunHalaju negatif = objek bergerak pada arah berlawananPecutan sifar = halaju seragam

Pecutan negatif = nyahpecutan

0 s 2 s 4 s 6 s

0 s 2 s 4 s 6 s 8 s

a


3/54



Latihan 2.1(a): Penyelesaian masalah melibatkan jarak, sesaran, laju, halaju, pecutan

dan nyahpecutan.

(1) Seorang budak mengayuh basikalsejauh 2 km dari rumahnya menuju ke

sebuah kedai. Selepas itu, dia balik dandalam perjalanan balik, dia berhenti disebuah warung yang berada sejauh 1.2km dari rumahnya. Berapakah(a) Jumlah jarak budak itu mengayuhbasikal dari rumah ke warung.(b) Jumlah sesaran budak itu mengayuhbasikal dari rumah ke warung.

Penyelesaian:

(2) Seorang pelari 400 m mengambil masa1 minit 12 saat untuk menamatkanlariannya. Tentukan laju puratanya.

Penyelesaian:

(3) Seorang peserta acara jalan kakibermula dari titik P ke Q ke arah timursejauh 500 m dan kemudiannya ke utaramenuju R sejauh 1200 m lagi. Jumlahmasa yang diambil untuk bergerak dari Pke R adalah 3 minit 20 saat. Tentukan(a) Jumlah jarak(b) Sesaran(c) Laju purata(d) Halaju purata

Penyelesaian:

(4) Sebuah kereta bermula dari keadaanpegun dan memecut secara seragamsupaya mencapai halaju 40 ms-1 dalammasa 10 saat.Kemudian kereta itu memperlahankankeretanya dan selepas 5 saat, kereta ituberhenti. Tentukan(a) Pecutan kereta pada 10 saat pertama(b) Pecutan kereta 5 saat berikutnya.

Penyelesaian:

Lengkapkan ayat di bawah:

1. Laju seragam 10 ms-1 = Suatu objek bergerak sejauh ................. dalam setiap ...........

2. Halaju seragam -10 ms-1 = ...................... dilalui oleh suatu objek sejauh 10 m dalamsetiap ............ ke kiri.

3. Pecutan seragam 4 ms-2 = Laju meningkat sebanyak 4ms-1 dalam setiap ..............

4. Nyahpecutan seragam 4 ms-2 = Laju ...................... sebanyak 4m-1 dalam setiap .........

5. Halaju seragam 10 ms-1 = ..................................................................................................

..................................................................................................................................................


4/54



Jangka m asa det ik

Jangka masa detik adalah alat yang digunakanuntuk mengkaji gerakan.

Ia berfungsi seperti jam iaitu alat pengukuranmasa. Selain daripada itu ia dapat digunakanuntuk menentukan sesaran, halaju dan pecutanobjek.

Kejituannya adalah 0.02 saat.

Ia menggunakan a.u., menyebabkan jarumnyabergetar dan menghasilkan titik pada pita detik.

Di Malaysia oleh kerana frekuensi a.u. ialah 50 Hz,maka ia menghasilkan 50 getaran sesaat.

1 detik ialah selang masa di antara dua titikberturutan.

50 detik = 1 saat

1 detik =50

1saat = 0.02 saat

n detik = 0.02 x n saat.

Anal is is pi ta det ik dalam menentukan laju dan pecutan su atu objek.

Analisis gerakan Formula

Halaju Masa, t = 10 detik x0.02 s

= 0.2 sJarak, s = x cm

Laju =

t

s=

s0.2

cmx

Pecutan

Selang masa, t = (5-1) x 0.2 s = 0.8 sAtauSelang masa,t = (50 10) detik x 0.02 s = 0.8 s

Halaju awal, u

=t

s=

0.2

x 1

Halaju akhir, v

=t

s=0.2

x2

Pecutan:

a =t

u-v

10 detik

x cm

X1 cm X2 cm

Pin pengetar

Pita detik

Kertas karbon


5/54



Corak Pita Detik dan Corak Carta Pita Detik

Corak Pita Detik dan Corak Carta Pita Detik Ciri-ciri gerakan

(a)

(b)

Jarak antara dua titik adalah sama disepanjang pita detik.

Corak pita detik (a):- Halaju seragam dan bergerak

perlahan

Corak pita detik (b):- Halaju seragam dan bergerak laju

Jarak antara dua titik bertambah denganseragam.

Halaju objek bertambah secaraseragam.

Objek bergerak dengan pecutanseragam.

Jarak antara dua titik berkurang denganseragam.

Halaju objek berkurang denganseragam.

Objek mengalami nyahpecutanseragam.


6/54



Contoh:Rajah menunjukkan carta pita detik bagigerakan satu troli. Frekuensi jangka masadetik yang digunakan ialah 50 Hz. Setiaplajur terdiri daripada 10 detik.

(a) Berapakah masa antara dua titik?(b) Berapakah masa bagi satu lajur?(c) Berapakah halaju awal?(d) Berapakah halaju akhir?(e) Berapakah selang masa antara

halaju awal ke halaju akhir?(f) Berapakah pecutan troli itu?

Penyelesaian:

Latihan 2.1(b): Analisis corak pita detik dan carta pita detik

(1)

Berdasarkan keratan pita detik di atastentukan(a) Jumlah masa(b) Halaju purata.

Penyelesaian:

(2)

Berdasarkan keratan pita detik di atastentukan nilai pecutan.

Penyelesaian:

(3)

Tentukan nilai pecutan.

Penyelesaian:


7/54



(4)

Berdasarkan carta pita di atas, tentukan(a) Pecutan(b) Halaju purata

Penyelesaian:

Persamaan Gerakan Linear

v = u + at u = halaju awalv = halaju akhirt = masas = sesarana = pecutan seragam

s = ut + 2at2

1

v2 = u2+ 2as

Catatan:Pemilihan formula dalam menyelesaikan sesuatu masalah bergantung kepadamaklumat kuantiti-kuantiti fizik yang diberikan dalam masalah tersebut.

Contoh 1:

Seorang pelajar mengayuh basikal darikeadaan rehat dan mencapai halaju 8 ms-1setelah mengayuh selama 5 s. Berapakahpecutan yang akan dihasilkan.

Penyelesaian:

Contoh 2:Sebuah kereta bergerak dengan halaju 20ms-1 dan mencapai halaju 30 ms-1 setelahbergerak selama 10 saat. Berapakahjumlah sesaran kereta itu.

Penyelesaian:

Contoh 3:

Seketul batu dijatuhkan dari sebuahpuncak bangunan mengambil masa 4 saatuntuk terkena tanah. Berapakah(a) Halaju batu sejurus sebelum terkena

tanah.(b) Tinggi bangunan itu.

Penyelesaian:

Contoh 4:Sebuah lori yang sedang bergerakdengan halaju 20 ms-1 dengan tiba-tibadikenakan brek dan akhirnya berhentisetelah bergerak sejauh 40 m. Masa yangdiambil untuk berhenti adalah

Penyelesaian:


8/54



Latihan 2.1(c): Penyelesaian masalah melibatkan persamaan gerakan linear

(1) Sebuah kereta dengan kelajuan 50ms-1diberhentikan apabila breknya ditekan.Sesaran yang dilalui sebelum berhentiialah 150 m. Berapakah nyahpecutan

kereta itu?

(2) Seorang pelajar berjalan daripadakeadaan pegun dan mencapai halaju 10ms-1 dalam masa 7.5 s. Berapakah jarakyang dilalui oleh pelajar dalam masa

7.5s?

(3) Sebuah kereta yang bergerak denganhalaju awal 3 ms-1 memecut denganseragam sejauh 50 m dalam masa 10 s.Berapakah pecutan kereta itu?

(4) Suatu objek bergerak daripadakeadaan pegun dengan pecutan 4 ms-2sejauh 500m. Berapakah masa yangdiambil oleh objek itu untuk bergeraksejauh 500 m?

(5) Seorang pemandu menekan brekkeretanya dan berhenti dalam masa 10 sapabila ternampak lampu merah. Jikanyahpecutan kereta itu ialah 3 ms-2,berapakah jarak yang dilalui oleh keretaapabila brek kereta ditekan?

(6) Sebuah kereta memecut daripadakeadaan rehat dengan pecutan 2.5 ms-2selama 10s. Pemandu kereta itukemudiannya menekan pedal brekdengan daya yang seragam. Kereta ituberhenti setelah bergerak sejauh 50 m

selepas brek mula ditekan. Hitungkannyahpecutan kereta itu selepas brekditekan.


9/54



2.2 Graf Gerakan Linear

1 Graf Sesaran melawan masaAnalisis 1: Kecerunan graf sesaran melawan masa = Halaju objek

Kecerunan tetap = halaju seragam Kecerunan sifar = Objek tidakbergerak/pegun

Kecerunan bertambah = Halajubertambah

Kecerunan berkurang = Halaju berkurang

Penerangan:A B : Kecerunan graf tetap dan positif

Halaju seragamB C : Kecerunan graf sifar

Halaju sifar, objek tidak bergerakC D : Kecerunan graf tetap dan negatif

Halaju seragam dan bernilainegatifObjek bergerak dalam arahberlawanan (berpatah balik).

2 Graf Halaju melawan masaAnalisis 1: Kecerunan graf halaju melawan masa = Pecutan objek

Kecerunan graf v t :

=t

u-v

Maka,

kecerunan graf v t = pecutan, a =t

u-v

t1 t2 t3


10/54



Analisis 2: Luas di bawah graf halaju melawan masa = Sesaran objek

Luas di bawah graf v t :

= v tDaripada formula halaju, v =

t

s,

Sesaran, s = v tMaka,Luas di bawah graf v t = sesaran objek

Luas di bawah graf v t = tv2

1

Jenis-jenis graf halaju melawan masa

Halaju seragam

Kecerunan graf sifar = pecutan sifar

Halaju bertambah dengan seragam

Kecerunan graf tetap dan bernilai positif= Pecutan seragam

Halaju berkurang dengan seragam

Kecerunan graf tetap dan bernilai negatif= Nyahpecutan seragam

Halaju bertambah dengan masa

Kecerunan graf bertambah = Pecutanbertambah

Halaju bertambah dengan masa

Kecerunan graf berkurang dan bernilaipositif = Pecutan berkurang

Halaju berkurang dengan masa

Kecerunan graf berkurang dan bernilainegatif = Nyahpecutan berkurang

v

v

v


11/54



Penerangan:Objek bergerak dengan pecutan seragamdari t = 0 hingga t = t1. Selepas t = t1,objek bergerak dengan nyahpecutanseragam sehingga berhenti pada t = t2.

Jumlah luas di bawah graf v t = Sesaranobjek

Jumlah luas di bawah graf =Jumlah jarak atau sesaran

Kecerunan graf positif (A B)= Pecutan seragam

Kecerunan graf 0 (B C)= Pecutan sifar

Kecerunan graf negatif (C D)= Nyahpecutan seragam

Contoh 1:

Berdasarkan graf sesaran-masa di atasTentukan halaju pada(a) (i) AB (ii) BC (iii) CD

(b) Nyatakan keadaan gerakan jasad pada(i) AB (ii) BC (iii) CD

Penyelesaian:

Contoh 2: Penyelesaian:

t1 t20

Halaju/ ms-1

t1 t2 t3


12/54



Berdasarkan graf halaju-masa di atas,

(a) Tentukan pecutan pada(i) JK (ii) KL (iii) LM

(b) Nyatakan jenis gerakan pada(i) JK (ii) KL (iii) LM

(c)Tentukan(i) Jumlah sesaran keseluruhan(ii) Halaju purata

Latihan 2.2 : Penyelesaian masalah melibatkan graf gerakan linear

(1) Graf sesaran-masa suatu objekditunjukkan pada rajah di sebelah.

(a) Berapakah sesaran objek itu pada t= 2.0 s?

(b) Berapa lamakah objek itu pegun? (c) Bilakah objek itu berpatah balik?

(d) Berapakah halaju objek pada masa(i) t = 0 s hingga t = 2 s.(ii) t = 4 s hingga t = 6 s.

(e) Berapakah jumlah(i) sesaran(ii) jarak yang dilalui

(f) Berapakah halaju purata bagi objekitu?

(g) Lakarkan graf v melawan t bagigerakan ini.

Sesaran/ m

Masa/ s1 2 3 4 5 6

20

- 20


13/54



(2) Rajah di sebelah menunjukkan satugraf halaju masa untuk sebuahmotosikal yang bergerak ke arahutara dan kemudian berpatah balikpada satu ketika. Arah ke utaradiambil sebagai positif.

(a) Cari pecutan dalam masa 2 s pertama. (b) Berapa lamakah motosikal itubergerak dengan halaju seragam?

(c) Kira jarak yang dilalui oleh motosikalsemasa ia bergerak menghala ke arahutara.

(d) Kira jarak yang dilalui semasamotosikal bergerak menghala ke arahselatan.

(e) Berapakah sesaran motosikal dari titikasal apabila t = 12 saat?

(g)Tentukan laju purata dan halaju puratamotosikal dalam tempoh 16 saat itu.

20

Masa/ s

Halaju/ ms-1

- 20

2 4 6 8 10 12


14/54



2.3 Inersia

Inersia Inersia suatu objek ialah sifat objek itu untuk menentangsebarang perubahan terhadap keadaan asalnya sama adasedang bergerak atau dalam keadaan pegun.

Hukum Newton pertama Menyatakan bahawa setiap objek akan terus beradadalam keadaan pegun atau terus bergerakdengan halajutetap pada satu garisan lurus kecuali dikenakan olehsuatu daya luar.

Hubungan inersia danjisim

Semakin besar jisim suatu objek, semakin besarinersianya.

Contoh hubungan antara jisim objek dengan inersia

Situasi melibatkan inersia

Apabila kadbod disentap, duit syilingtidak bergerak bersama-sama kadbod.Inersia duit syiling itu mengekalkankedudukan asalnya.Duit syiling jatuh ke dalam gelasdisebabkan oleh daya tarikan graviti.

Salah satu buku ditarik dengan cepatdaripada susunan.Buku-buku lain di bahagian atas tidakbergerak bersama-sama buku itu.Buku-buku di atasnya jatuh ke bawahdisebabkan oleh daya tarikan graviti.

Cili sos di dalam satu botol mudahdikeluarkan dengan menggerakkan botolke bawah dengan cepat dandiberhentikan secara mengejut.Sos cili di dalam botol bergerak bersama-sama botol ke bawah. Apabila botoldiberhentikan secara mengejut, sos ciliterus berada dalam keadaan gerakan kebawah disebabkan oleh sifat inersianya.

pasir

Lebih sukar untuk

digerakkan atau

diberhentikan.


15/54



Titisan air di atas payung akan bergerakbersama payung apabila payungdiputarkan.Apabila putaran payung diberhentikansecara mengejut, titisan air akan terusbergerak disebabkan sifat inersianya.Titisan air akan meninggalkan permukaanpayung.

Budak lelaki melarikan diri daripadaseekor lembu dengan gerakan zig zag.Inersia lembu yang besarmenyebabkannya sukar mengubahgerakan semasa mengejar budaktersebut.Inersia lembu besar kerana jisimnya yangbesar.

Untuk mengetatkan kepala penukul

kepada pemegangnya, pemegangdihentak kepada permukaan keras.Apabila pemegang menghentampermukaan keras, ia akan berhentimanakala kepala penukul terus bergerakke bawah disebabkan inersianya.Dengan ini, hujung pemegang atas akanmasuk lebih dalam pada kepala penukul.

Cara menggurangkan kesan inersia

Tali pinggang keledar

Menggunakan tali pinggang keledar.Apabila kereta diberhentikan secara

mengejut, penumpang akan bergerakkehadapan disebabkan inersiapenumpang yang akan mengekalkankeadaan asalnya dalam ke dalambergerak. Tali pinggang keledar akanmenghalang penumpang daripadaterhumban ke hadapan.

Beg udara

Apabila kereta dengan sistem beg udaraterlibat dalam kemalangan, beg udara dibahagian stereng akan dikembungkansecara automatik. Dengan itu, pemandudapat dicegah daripada terhumpan kehadapan.

Ikatan tali

Barang yang diangkut menggunakan loridiikat.Ikatan tali dapat menghalang baranganbergerak-gerak sepanjang perjalanan.

penukul

Lembu

Budak lelaki

Tali


16/54



2.4 Momentum

Definisi Momentum ialah hasil darab jisim suatu objek dan halajunya.Momentum merupakan kuantiti ventor.

Formula Momentum = Jisim x halaju = mv

Unit SI kg ms-1

Contoh 1:Sebutir peluru berjisim 10 g bergerakdengan halaju 200 ms-1. Berapakahmomentum peluru itu?

Penyelesaian:

Contoh 2:Sebuah troli berjisim 1.5 kg bergerakdengan halaju 4 ms-1 berlanggar dengandinding batu dan terpantul balik denganhalaju 3 ms-1. Tentukan(i) Momentum sebelum perlanggaran(ii) Momentum selepas perlanggaran

Penyelesaian:

Pr insip Keabadian Mom entum

Prinsip Keabadian Momentum menyatakan, dalam suatu perlanggaran, jumlahmomentum sebelum perlanggaran adalah sentiasa sama dengan jumlah momentumselepas perlanggaran jika tiada daya luar bertindak ke atas sistem itu.

Jumlah momentum sebelum perlanggaran = Jumlah momentum selepas perlanggaran

Apl ikasi Pr ins ip Keabadian Mom entum

Dalam pelancaran roket. Gas panas yang dipancut keluardaripada roket ke bawah dengan suatu halaju yang tinggiakan memberikan roket tersebut suatu momentum yang samamagnitud pada arah bertentangan. Hal ini akan menghasilkansatu daya tolakan yang kuat yang akan menolak roket ke atas.

Enjin jet kapal terbang juga menggunakan prinsip keabadianmomentum. Gas panas berhalaju tinggi dikeluarkan kebelakang dengan momentum tinggi. Ini menghasilkan satumomentum yang sama magnitud tetapi bertentangan arahyang menghasilkan daya tujah ke hadapan.


17/54



Jenis- jenis perlang garan

Perlanggaran Kenyal

Sebelum perlanggaran Semasa Selepas perlanggaran

Dalam perlanggaran kenyal: Kedua-dua objek bergerak dengan halaju yang berbeza selepas perlanggaran. Momentum diabadikan Tenaga kinetik diabadikan Jumlah tenaga diabadikan

Menurut Prinsip Keabadian Momentum:Jumlah momentum sebelum perlanggaran = Jumlah momentum selepas perlanggaran

Perlanggaran Tak Kenyal

Sebelum perlanggaran Semasa Selepas perlanggaran

Dalam perlanggaran tak kenyal: Kedua-dua objek bergerak bersama-sama dengan halaju sepunya, V. Momentum diabadikan

Tenaga kinetik tidak diabadikan Jumlah tenaga diabadikan

Menurut Prinsip Keabadian Momentum:Jumlah momentum sebelum perlanggaran = Jumlah momentum selepas perlanggaran

Letupan

u1 = 0 ms-1 u2 = 0 ms

-1

Sebelum letupan Selepas letupan

Dalam kes letupan: Kedua-dua objek bercantum dan pegun sebelum letupan dan bergerak

bertentangan arah selepas letupan. Momentum diabadikan.

Jumlah momentum sebelum letupan Jumlah momentum selepas letupan

Menurut Prinsip Keabadian Momentum:Jumlah momentum sebelum letupan = Jumlah momentum selepas letupan

m2

u1 u2 V

m2m1 m2

m1

m1

m2 m1

m2

u1 u2 v1 v2

m1 m2

m1

v1 v2

m1 m2m1 m2


18/54



Contoh 1:Suatu objek A berjisim 1 kg denganhalaju 4 ms-1 dan objek B berjisim 2 kgdengan halaju 2 ms-1 menuju antara satusama lain. Jika objek A bergerak denganhalaju 1.5 ms-1 selepas perlanggaran padaarah bertentangan dengan arah asal,berapakah halaju objek B?Penyelesaian:

Contoh 2:Sebuah troli berjisim 1 kg bergerakdengan halaju 3 ms-1 menuju ke arahsebuah troli berjisim sama yang pegun.Selepas perlanggaran, kedua-dua trolibergerak bersama-sama. Berapakahhalaju sepunya kedua-dua troli itu?Penyelesaian:

Contoh 3:Sebiji bola berjisim 3 kg yang bergerakdengan halaju 2 ms-1 berlanggar dengan

objek berjisim mkg yang pegun. Selepasperlanggaran, bola bergerak denganhalaju 1 ms-1 pada arah yang samamanakala objek bergerak dengan halaju1.5 ms-1 pada arah yang sama denganarah bola. Berapakah nilai m?Penyelesaian:

Contoh 4:Sebutir peluru berjisim 2 g ditembakkeluar daripada selaras senapang yang

berjisim 1 kg dengan halaju 150 ms-1.Berapakah halaju sentakan senapang itu?Penyelesaian:


19/54



Latihan 2.4: Momentum dan prinsip keabadian momentum

(1) Sebuah troli berjisim 3 kg bergerak dengan halaju 1.5 ms-1 menuju ke arah sebuahtroli berjisim 2 kg yang pegun. Selepas perlanggaran, kedua-dua troli itu bergerakbersama-sama. Berapakah halaju sepunya kedua-dua troli itu?

(2) Sepucuk pistol berjisim 1.4 kg menembak keluar sebutir peluru berjisim 1.6 g. Jikapistol tersentak ke belakang dengan halaju 0.2 ms-1, berapakah halaju peluru itu?

(3) Sebuah troli A berjisim 400 g yang bergerak dengan halaju 2.0 ms-1 berlanggardengan sebuah troli B berjisim 500 g yang bergerak bertentangan arah denganhalaju 2.5 ms-1. Jika troli B bergerak dengan halaju 1.5 ms-1 pada arah yang samaselepas perlanggaran, berapakah halaju troli A selepas perlanggaran?

(4) Sebatang anak panah berjisim 150 g ditembak ke arah seketul bongkah kayuberjisim 450 g yang di atas suatu permukaan yang licin. Ketika perlanggaran anakpanah itu bergerak secara mengufuk dengan halaju 15 ms-1. Hitungkan halajusepunya selepas perlanggaran.

(5) Sebiji peluru berjisim 20 g ditembak keluar daripada sepucuk senapang yangberjisim 5 kg dengan halaju 200 ms-1. Berapakah halaju sentakan senapangtersebut?


20/54



2.5 Kesan Daya

Daya ditakrifkan sebagai sesuatu yang dapat mengubah keadaan pegun atau keadaangerakan dengan halaju seragam suatu objek.

Apabila suatu daya dikenakan ke atas suatu objek, ia boleh mengubah bentuk, saiz,gerakan objek dan kedudukan objek.

Daya seimbang Contoh:

Daya paduan yang bertindak keatas kotak kayu itu adalah sifar,iaituDaya paduan = 100 N + (- 100 N)

= 0 N

Dua daya sama magnitud bertindak bertentanganarah pada suatu kotak kayu.

Daya paduan yang bertindak keatas kapal terbang adalah sifar,

Daya angkat = BeratDaya tujah = daya seretan

Sebuah kapal terbang bergerak dengan halajuseragam pada ketinggian tetap.

Kesan daya seimbang: Suatu objek akan sentiasa pegun (Halaju = 0 ms-1) Suatu objek akan terus bergerak dengan halaju seragam (Pecutan = 0 ms-2)

Daya tak seimbang Contoh:

Daya paduan yang bertindak keatas kotak kayu itu adalah bukansifar, iaituDaya paduan = 100 N + (- 200 N)

= - 100 N

(Daya paduan 0 N)

Dua daya tidak sama magnitud bertindakbertentangan arah pada suatu kotak kayu.

Daya tak seimbang wujud apabila daya-daya yang bertindak pada suatu objek

menghasilkan suatu daya paduan 0 N.Daya paduan juga disebut sebagai daya bersih.

Kesan daya tak seimbang: Suatu objek yang asalnya pegun akan bergerak dengan suatu pecutan. Suatu objek yang asalnya bergerak dengan halaju seragam akan mengalami

pecutan atau nyahpecutan atau arah gerakannya berubah.

100 N100 N

Berat

Daya angkat

Daya

seretan

Daya

tujah

100 N200 N


21/54



Daya, Pecutan dan Jisim (Force, accelerat ion and m ass)

HukumNewton Kedua

Menyatakan bahawa daya yang bertindak pada suatu objekadalah berkadar langsung dengan kadar perubahanmomentum objek itu pada arah yang sama dengan arahperubahan momentum.

Daya kadar perubahan momentumDaya

diambilyangmasa

awalmomentum-akhirmomentum

Jika suatu objek berjisim, m dikenakan suatu daya, F danhalaju objek itu meningkat dari u ke v dalam masa, t, maka

F t

mu-mv

F t

u)-m(v

F maF = kma k= pemalar

Daya 1 N ditakrifkan sebagai daya yang menghasilkan pecutan1 ms-2 apabila daya itu bertindak ke atas suatu objek berjisim 1kg.

k=ma

F=

11

1

= 1

maka persamaan F=kma bertukar menjadi

Contoh 1: Satu objek berjisim 3 kg bergerakdengan halaju seragam apabila daya 6 Nbertindak ke atasnya seperti pada rajah (a).Jika daya yang bertindak itu ditambahmenjadi 15 N seperti pada rajah (b),berapakah(i) Daya paduan yang bertindak(ii) pecutan objek itu?

Rajah (a)

Rajah (b)

Penyelesaian:

F = ma

1 N

1 kg

1 ms-2

3 kg

6 N

15 N

3 kg

F dalam persamaan ini

merujuk kepada daya

paduan atau daya bersih


22/54



Contoh 2: Sebuah kereta berjisim 1500bergerak pada halaju 20 ms-1 diberhentikandalam masa 5 s apabila breknya dikenakan.Hitung(i) Nyahpecutan purata kereta itu(ii) Daya membrek purata yang bertindak

Penyelesaian:

Hubungan antara pecutan (a) dan daya (F)

Pecutan, a objek berkadar terus dengan daya,F yang bertindak ke atas objek tersebut.

a F

Hubungan antara pecutan (a) dan jisim (m)

Pecutan suatu objek berkadar songsangdengan jisim objek tersebut.

a m

1

F

a

m

a

m

1

a


23/54



Latihan 2.5 Kesan Daya (Daya, Pecutan & Jisim)

(1) Satu jasad berjisim 200 g ditarikdengan daya 8 N di atas permukaan mejayang licin.Pecutan yang dihasilkanadalah?

(2)

Dua daya bertindak kepada suatu jasadberjisim 4 kg. Tentukan pecutan jasaddan nyatakan arah gerakannya.

(3)

Sebuah troli berjisim 2 kg bergerak

dengan halaju 6 ms-1

melalui permukaankasar sejauh 2.8 m dan akhirnyaberhenti.Tentukan daya geseran yangterdapat pada permukaan kasar itu.

(4) Suatu jasad berjisim 2 kg apabila iaditarik di atas meja ufuk dengan daya 5 N,ia bergerak dengan halaju seragam.Tentukan

(a) Daya geseran terdapat padapermukaan meja.

(b) Pecutan dihasilkan apabila jasadditarik dengan daya 17 N.

(5)

Satu jasad berjisim 2 kg ditarik dengandaya 15 N dan daya geseran sebanyak 3N bertindak pada permukaan kasar.Pecutan jasad tersebut adalah?

(6) Satu jasad yang berjisim 3 kg ditolakoleh daya 10 N di atas permukaan ufuk

yang kasar menyebabkan jasad bergerakdengan pecutan 3 ms

-2. Berapakah daya

geseran pada permukaan kasar?


24/54



2.6 Impuls dan Daya Impuls (Impuls and Imp uls ive force)

Impuls

Unit : kgms-1atau Ns

Perubahan momentum= momentum akhir momentum awal= mv mu

m = jisimu = halaju awalv = halaju akhirt = masa hentaman atau

masa sentuhan ataumasa yang diambiluntuk perubahanmomentum berlaku.

Daya impuls

Unit : N

Kadar perubahan momentum dalamsuatu perlanggaran atau letupan

Daya impuls, F =masa

momentumPerubahan

Daya impuls, F =t

mu-mv

Kesan masasentuhanke atas

magnituddaya impuls

Daya impuls, F berkadar songsangdengan masa sentuhan, t dalam suatuperlanggaran.

F t

1

Masa sentuhan panjang Daya impuls berkurangMasa sentuhan singkat Daya impuls bertambah

Situasi di mana daya impuls perlu dikurangkan

Tilam tebal digunakan dalam acara lompat tinggi. Apabila atlitjatuh ke atas tilam tebal, masa hentaman dapat dipanjangkan.Maka daya impuls yang terhasil dapat dikurangkan. Dengan itu,ia dapat mengelak atlit mengalami kecederaan akibat daripadadaya impuls.

Penjaga gol memakai sarung tangan tebal bagi meningkatkanmasa hentaman sewaktu menangkap bola yang bergerak laju.Ini dapat menggurangkan daya impuls.

Atlit lompat jauh mendarat di atas pasir. Ini dapatmemanjangkan masa hentaman sewaktu pendaratan. Dayaimpuls dapat dikurangkan bagi mengelak kecederaan kepadaatlit.

Sarung tangan tebal digunakan oleh peninju bagi

mengurangkan daya impuls semasa menumbuk pihak lawan.Sarung tangan tebal membantu meningkatkan masa hentamansemasa tumbukan dilakukan. Kecederaan teruk dapatdielakkan.

Ahli payung terjun membengkokkan kaki semasa pendaratandi atas tanah. Dengan cara ini, ia mampu mengurangkan dayaimpuls dengan memanjangkan masa hentaman kaki denganpermukaan tanah.


25/54



Situasi di mana daya impuls perlu ditingkatkan

Ahli karate mampu memotong kepingan kayu yang tebaldengan menggunakan tangan. Tangan perlu dihayun denganpantas sebelum menghentam kepingan kayu. Sebaik sahajamenyentuh permukaan kayu, tangan diangkat dengan cepat.

Teknik ini menyebabkan perubahan momentum tangan berlakudalam masa yang singkat. Maka daya impuls yang besardikenakan ke atas kepingan kayu dan menyebabkan kayupecah.

Bola sepak mesti mempunyai tekanan udara yang cukup.Semasa kaki menghentam bola, perubahan momentum kakiberlaku dalam masa singkat. Ini menghasilkan daya impulsyang besar ke atas bola bagi membolehkan bola itu bergerakdengan lebih laju dan jauh.

Makanan dihancurkan menggunakan antan dan lesung.Antan diangkat ke atas dan makanan di dalam lesung ditumbukdengan cepat. Hentaman antara antan dan lesung batumenghasilkan daya impuls yang bertindak pada makanan danmenghancurkan makanan.

Latihan 2.6: Impuls & Daya Impuls

(1) Sebiji bola berjisim 200 g disepak olehseorang pemain dengan halaju 80 ms

-1

dan kemudian terkena kepala seorangpemain lain menyebabkan bola bergerakdengan halaju 60 ms

-1. Berapakah impuls

yang dihasilkan oleh bola itu.

(2) Sebiji bola tenis yang berjisim 100 g

sedang bergerak dengan halaju 40 ms-1

.Bola tenis itu terpantul balik denganhalaju 10 ms -1 dan masa tindakan ialah 20ms.Tentukan daya impuls bola tenis itu.

(3) Seorang budak lelaki berjisim 50 kgmelompat dari satu tempat tinggi ketanah. Halaju sejurus sebelum terkena

tanah ialah 4 ms-1

. Berapakah dayaimpuls yang dikenakan oleh budak itukepada tanah jika budak itu melompatdengan(a) membengkokkan kaki dan mengambil

masa 0.5 saat untuk tiba ke tanah.

(b) meluruskan kaki dan mengambilmasa 0.02 saat untuk tiba ke tanah.

(4) Sebuah kereta mainan berjisim 1.5 kgbergerak dengan halaju seragam 40 ms-1berlanggar dengan sebuah dinding danmelantun semula dengan halaju 35 ms-1.(a) Berapakah impuls yang bertindak

pada kereta itu?(b) Jika perlanggaran tersebut

mengambil masa 0.8 s, berapakahdaya impuls yang dikenakan kepada

kereta mainan tersebut?


26/54



2.7 Kepentingan Ciri-ciri Keselamatan Kenderaan

Beg Udara

Zon mudah remuk

Tali pinggang keledar

Penghadang kepala

Bampar

Cermin hadapan pecah

berterabur

Sistem brek ABSTayar berbunga


27/54



Komponen Fungsi

Penghadang kepala Mengurangkan kesan inersia ke atas kepala semasahentaman daripada belakang

Bag udara Memanjangkan masa hentaman. Maka daya impuls dapatdikurangkan

Cermin depan pecahberterabur Cermin pecah berterabur dan berbentuk tumpul. Melindungipenumpang dan pemandu daripada luka.

Zon mudah remuk Memanjangkan masa hentaman semasa perlanggaran. Makadaya impuls dapat dikurangkan

Bumper Memanjangkan masa hentaman semasa perlanggaran. Makadaya impuls dapat dikurangkan

Anti-braking system(ABS)

Membantu pemandu memberhentikan kenderaan tanpamenyebabkan brek terkunci.

Tali pinggang keledar Mengurangkan kesan inersia dengan menghalangpenumpang terhumban ke hadapan.

Tayar berbunga Menambahkan daya geseran pada permukaan jalan raya

semasa cuaca hujan.

Latihan 2.7: Kepentingan ciri-ciri keselamatan kenderaan

Suatu syarikat kereta ingin mereka bentuk sebuah kereta untuk perlumbaan. Sebagaiseorang pereka, anda dikehendaki memberikan cadangan dalam mereka bentuksebuah kereta yang boleh bergerak laju dan selamat.

Dengan menggunakan pengetahuan anda dalam daya, momentum dan konsep fizikyang lain, nyatakan dan terangkan cadangan berdasarkan aspek-aspek berikut:

(i) Mengurangkan kesan hentaman di bahagian hadapan dan belakang kereta.(ii) Mengurangkan kesan hentaman di bahagian sisi kereta.(iii) Ciri-ciri keselamatan di tempat duduk pemandu.(iii) Reka bentuk kawalan pemanduan kereta.(iv) Kemampuan enjin kereta.

Jawapan:


28/54



2.8 Daya Graviti (Gravi tat ional force)

Daya graviti(Gravi tat ional for ce)

Suatu objek jatuh ke bumi kerana ia ditarik ke arah Bumioleh daya graviti.

Daya ini dikenali sebagai Daya tarikan graviti atau Dayagraviti bumi.

Daya graviti bumi cenderung untuk menarik semua objekke arah pusat bumi.

Jatuh bebas(Free fal l)

Suatu objek jatuh bebas apabila ia jatuh hanya di bawahpengaruh daya graviti. Halaju objek bertambah (pecutanseragam).

Jatuh bebas hanya berlaku apabila suatu objek berada didalam ruang vakum. Ruang vakum ialah suatu ruang

kosong tanpa molekul udara.

Ketiadaan udara bermaksud tiada rintangan udara yangakan menentang gerakan jatuhan suatu objek.

Di dalam ruang vakum, kedua-dua objek ringan dan beratmengalami jatuh bebas. Mereka jatuh dengan pecutan yangsama iaitu pecutan graviti, g.

Pecutan graviti,g(gravi tat ional

accelerat ion)

Unit bagi g ialahms-2 atau Nkg-1

g = 10ms-2

Objek yang jatuh bebas mengalami pecutan seragam.Pecutan ini dikenali sebagai pecutan graviti, g.

Nilai pecutan graviti, g ialah 9.8 ms-2

.

Magnitud pecutan graviti bergantung kepada kekuatanmedan graviti.

Bagi memudahkan penyelesaian berangka, nilai g biasanyadianggap sebagai 10 ms-2.

Medan graviti(Gravi tat ional f ield)

Ingat kembali!!!:

F = maa = g

F = mg

Medan graviti merupakan kawasan di sekeliling Bumi dimana suatu objek mengalami daya tarikan ke pusat Bumi.

Daya tersebut ialah daya tarikan graviti

Kekuatan medan graviti ditakrifkan sebagai daya gravitiyang bertindak ke atas suatu objek berjisim 1 kg.

m

Fg dan unitnya ialah Nkg

-1.

Kekuatan medan graviti, g = 10 Nkg-1Pecutan graviti, g = 10 ms-2

Berat (weight)

Unit : Newton (N)

Kuantiti vektor

Berat suatu objek ialah daya graviti yang bertindak ke atasobjek tersebut.

W = F = mg

W = mg


29/54



Perbandingan antara jisim (mass)dan berat (weight)Jisim Berat

Jisim ialah kuantiti jirim dalam suatuobjek

Berat ialah daya graviti yang bertindakpada suatu objek.

Tetap di semua tempat Berubah mengikut tempatKuantiti skala Kuantiti vektor

Unit SI: kilogram (kg) Unit SI: Newton (N)

a

Perbezaan antara jatuhan di udaradan jatuh bebas di dalam ruangvakum bagi satu syiling dan buluayam.

Kedua-dua objek dijatuhkanserentak pada suatu ketinggianyang sama.

Dalam ruang vakum Dalam ruang udara

Tiada rintangan udara

Syiling dan bulu ayam mengalamijatuh bebas.

Hanya daya graviti bertindak ke ataskedua-dua objek.

Kedua-dua objek jatuh mencecahlantai dalam masa yang sama

Kedua-dua objek jatuh kerana dayagraviti.

Wujud rintangan udara ke ataspermukaan objek yang sedang jatuh

(Bertindak ke atas)

Bulu ayam mempunyai permukaanyang lebih luas maka mengalamirintangan udara yang lebih tinggi.

Syiling akan jatuh terlebih dahulu.

Daripada gambar foto gerakan jatuhandua bebola besi yang diambilmenggunakan stroboskop di sebelah,kelihatan jarak antara imej berturutan

bertambah.

Ini menunjukkan kedua-dua bebolabesi bergerak dengan pecutan.

Daripada gambar foto itu juga,didapati kedua-dua bebola besisentiasa berada pada aras yang samasetiap masa.

Ini menunjukkan kedua-dua bebolabesi bergerak dengan pecutan graviti.

g

Kedudukan asal

Duit syiling

Bulu ayam


30/54



Eksperimen: Menentukan nilai pecutan graviti bumi, g

Hidupkan jangka masa detik.Lepaskan pemberat supaya jatuh bebas kelantai.Daripada pita detik yang diperolehi bina sebuah

carta pita setiap detik.

Daripada carta pita,

(1) Kirakan halaju awal, u =0.04

xdan

(2) Kirakan halaju akhir, v =0.04

y

(3) Kirakan masa pecutan , t = (6 - 1) x 0.04

(4) Kirakan pecutan, a =t

uv = pecutan graviti, g

Perbincangan dan kesimpulan :(1) Nilai pecutan graviti yang dieprolehi ialah ...........................

(2) Nilai pecutan,g didapati kurang daripada nilai piawai kerana terdapat geseranantara pita detik dan jangka masa detik dan Rintangan udara ke atas pemberat.

Latihan 2.8 : Daya graviti

(1) Seorang pelajar hendak menganggarkan tinggi sebuah tebing tinggi dengan

menjatuhkan sebiji batu dari bahagian atas tebing itu. Dengan menggunakan sebuahjam randek pelajar itu mendapati batu itu terkena tanah 4 saat kemudian.Berapakah tinggi tebing tinggi itu?

(2) Satu objek dilepaskan pada ketinggian 50 m. Berapakah masa yang diambil untuksampai ke lantai?

(3) Sebiji bola dilontarkan tegak ke atas dengan halaju awal 20 ms-1.Jika g = 10 ms-2 dan rintangan udara boleh diabaikan, tentukan(a) Tinggi maksimum yang tercapai.(b) Masa untuk bola kembali ke titik permulaannya.


31/54



2.9 Keseimbangan Daya (Equi l ibr ium of forces)

Prinsip keseimbangandaya

Apabila suatu jasad dikenakan beberapa daya, jasad akanberada dalam keadaan keseimbangan jika daya paduan, Fadalah sifar.

Daya paduan, F = F1 + (-F2) = 0 NJika F1 = F2 dan bertentangan arah antara satu sama lain.

Objek dikatakan berada dalam keadaan keseimbangandaya apabila objek itu sedang pegun atau objek itusedang bergerak dengan halaju seragam.

Ini berdasarkan formula, F = ma atau a =mF .

Apabila keseimbangan daya dicapai, F = 0 N,maka a = 0 ms-2 atau bergerak dengan halaju seragam.

Hukum Gerakan NewtonKetiga

Jika terdapat daya bertindak pada suatu objek makaterdapat satu daya tindakbalas yang sama magnitudtetapi bertentangan arah.Contoh: Objek yang pegun di atas meja

R = W

Contoh-contoh situasi objek dalam keseimbangan daya

Kereta bergerak dengan halaju seragam Kapal terbang bergerak dengan halajuseragam pada ketinggian tetap.

Berat, W

Tindak balas, R

F1F2


32/54



Kapal terapung di permukaan air Belon udara panas terapung pada satuketinggian tetap

Objek tergantung pada seutas tali Objek yang pegun di atas landasan

condong

Penamb ahan daya

Daya paduan, F = +

Daya paduan, F = +

Info:Tanda positif atau negatif pada nilai dayamerujuk kepada arah tindakan daya itu.

Jika dua daya yang bertindak pada suatu titik O tidak selari antara satu sama lainmaka, daya paduan, F dapat ditentukan melalui:(a) Kaedah segi empat selari

(b) Kaedah segi tiga

F1F2

F1F2

+

+

-

-

P

Q

P

Q F

O O

S

T

O S

TF

O


33/54



Kaedah segi empat selari

(a) Lukis garis OA mengikut skala untuk mewakili daya P.

(b) Dari titik O, lukis garis OB mengikut skala untuk mewakili dayaQ.

(c) Lengkapkan segi empat selari OACB dengan melukis garis BC yang selaridengan garis OA dan garis AC yang selari dengan garis BO.

(d) Lukis pepenjuru OC. OC mewakili daya paduan bagi daya P dan daya Q.Magnitud daya paduan, F = panjang pepenjuru OC x nilai skala daya.

Arah daya paduan = sudut .

Kaedah segi tiga

(a) Lukis garis OA mengikut skala untuk mewakili daya S.

(b) Dari kepala anak panah garis OA, lukis garis AB mengikut skala untukmewakili daya, T

(c) Lengkapkan segi tiga OAB. Sisi ketiga OB mewakili daya paduan bagi daya Sdan daya T.Magnitud daya paduan, F = panjang pepenjuru OB x nilai skala daya.

Arah daya paduan = sudut .

PO A

PO A

Q

B

P

Q

CB

AO

P

Q R

CB

AO

SO A

OS

T

S

TF

O

B

A

A

B


34/54



Contoh situasi 1 Contoh situasi 2

Latihan 2.9: Keseimbangan daya (Daya Paduan)

(1) Kira daya paduan. Arah manakahobjek tersebut akan bergerak?

(2) Kira daya paduan. Arah manakah objektersebut akan bergerak?

(3) Seekor kuda menarik pedati berjisim 920 kgdengan daya 500 N. Petani membantu kuda itudengan menolak pedati dari belakang dengandaya 200 N.(i) Kira daya paduan yang bertindak?(ii) Kira pecutan pedati tersebut

(4)Seekor kuda menarik pedati berjisim 150 kgdengan daya 500 N. Petani menarik pedati itupada arah bertentangan dengan daya 200 N.(i) Kira daya paduan(ii) Kira pecutan pedati itu.

(5) Dua daya bertindak pada suatu kotak kayu seperti dalam rajah di bawah.Kira daya paduan menggunakan kaedah segi empat selari.

P Q

6 N

12 N60

12 N4 N

12 N4 N


35/54



Penyelesaian:

(6) Dua daya bertindak pada suatu kotak kayu seperti dalam rajah di bawah.Kira daya paduan menggunakan kaedah segi tiga.

Penyelesaian:

6 N

12 N

60


36/54



(7) Dua bot tunda menarik sebuah kapalbesar dengan daya F1 = 4000 N dandaya F2 = 3000 N. Berapakah dayapaduan dan arah tindakannya?

Penyelesaian:

8. Lengkapkan rajah di bawah untuk menunjukkan arah daya paduan.

9 N

4 N

1 cm mewakili 1 N


37/54



Berat Ketara dalam Lif

Berat suatu objek, W yang ditunjukkan pada penimbangialah magnitud daya tindak balas normal, R yangbertindak ke atas objek yang diletakkan di atasnya.

Bacaan penimbang = daya tindak balas normal, R

Kes 1: Lif berada dalam keadaan pegun atau bergerakdengan halaju seragam

Kes 2: Lif bergerak ke atas dengan pecutan, a

Daya paduan, FF = R Wma = R mgR = ma + mg

Kes 3: Lif bergerak ke bawah dengan pecutan, a

Daya paduan, FF = W Rma = mg RR = mg ma

W

R

W

R

W

R

a

F = ma

W = mg

Bacaan penimbang = R = W

Bacaan penimbang, R = ma + mg

W

R

a

F = ma

W = mg

Bacaan penimbang, R = mg ma


38/54



Leraian Daya

Situasi harian yang melibatkan leraian daya

Satu daya tunggal dapat dileraikan kepada dua komponen daya yang berserenjang.Leraian daya bertujuan menentukan daya berkesan yang terhasil ke atas suatu objek.

Daya Fx yang diwakili oleh garis OAdisebut komponen mengufuk bagi daya F.

kos =F

F

OC

OA X

Fx = F kos Daya Fy yang diwakili oleh garis OBdisebut komponen mencancang daya F.

sin =F

F

OC

OB

OC

AC Y

Fy = F sin Garis daya yang dileraikan mesti menjadihipotenus.

F F

Fx

Fy

Fx

Fy

F

O A

CB


39/54



Latihan 2.9 : (Leraian Daya)

(1) Cari nilai komponen daya mengufukdan komponen daya mencancang

(2) Cari nilai komponen daya mengufukdan komponen daya mencancang

(3) Sebuah troli berjisim 2 kg di atas lantai licinditarik oleh satu daya condong 10 N.(i) Kira komponen daya mengufuk, Fx.(ii) Kira pecutan troli tersebut bergerak.(iii) Kenapa troli tidak bergerak ke arah

Fy?

(4) Seorang budak menolak mesin rumput dengandaya, F = 100 N.(i) Labelkan arah daya, F, komponen daya Fx

dan komponen daya Fy.(ii) Kira nilai komponen daya Fx dan Fy.

(5) Seorang lelaki menarik sebuah beg dengandaya 150 N. Kira komponen daya Fx.

Tentukan jenis gerakan beg tersebut.

Fy

Fx

F= 200N

40

Fx

30

F= 300 NFy

Fx

Fy

F= 10 N

50

60

60Daya geseran

75 N


40/54



(6) Satu bongkah kayu berjisim 2 kg terletak di

atas landasan condong bersudut 30.(i) Tentukan dan labelkan arah berat W, dua

komponen berat bongkah kayu itu.

(ii) Kira komponen berat bongkah kayu yangselari dengan landasan condong.

(iii) Kira komponen berat bongkah kayu yangserenjang dengan landasan condong.

Panduan menjawab

30

Komponen W1

Komponen W2


41/54



Penyelesaian masalah melibatkan daya-daya dalam keseimbangan.

Contoh 1:Satu bola berjisim 1.2 kg diikat kepadaseutas tali yang diikatkan pada siling.Seutas tali lagi diikat pada bola itu danditarik secara mengufuk sehingga taliyang diikat kepada siling itu membuat

sudut 30o dengan garis normal kepadasiling. Cari nilai tegangan M dan N padakedua-dua tali.

Penyelesaian:

Berat bola = mg = 1.2 x 10 = 12 N

Melukis segitiga keseimbangan daya:

1 cm mewakili 2 N

Contoh 2:Satu bongkah kayu berjisim 0.9 kgdigantung dengan 2 utas tali. Kedua-dua

tali membuat sudut 30 dengan garismengufuk.

(a) Lukiskan segitiga keseimbangan daya.(b) Hitungkan tegangan tali, T.

Penyelesaian:Skala 1 cm : 1.5 N

1.2kg

Syiling

N

M

30

Berat = 12 NM

N

Tegangan M = 7 cm x 2 N = 14 N

Tegangan N = 3.5 cm x 2 N = 7 N

30

30

9 N

0.9 kg

30 30T T


42/54



Contoh 3:Sebuah cermin berjisim 2 kg digantungseperti dalam rajah.(a) Labelkan daya-daya yang bertindak

ke atas cermin itu.(b) Hitung tegangan tali.(c) Tentukan nilai daya paduan.

Penyelesaian:

Contoh 4:Satu bongkah kayu berjisim 4 kgtergantung seperti ditunjukkan dalamrajah di bawah.

(a) Labelkan daya-daya yang bertindak.(b) Tentukan tegangan tali, T1 dan

tegangan tali, T2 denganmenggunakan melukis segitigakeseimbangan daya.

Penyelesaian:

3080

T2T1

45 45


43/54



2.10 Kerja, tenaga, kuasa dan kecekapan (Work, energy and ef f ic iency)

Kerja Kerja ialah hasil darab daya yang bertindak dansesaran objek tersebut dalam arah daya yangdikenakan.

W = Fs dimana W ialah kerja,F = daya dan s = sesaran

Jika terdapat lebih daripada dua daya bertindak,nilai F merujuk kepada daya paduan.

Unit Kerja ialah Joule (J) 1 Joule kerja dilakukan apabila satu daya 1 Nmenggerakkan satu objek sejauh 1 m dalam arahdaya dikenakan.

1 J = 1 Nm

Pengiraan Kerja, W

Kes 1: Arah sesaran suatu objek sama dengan arah daya yang dikenakan

Kerja, W = F s

Kerja, W = F s

Contoh 1Seorang budak menolak basikal dengandaya 25 N melalui satu sesaran 3m.

Kira kerja dilakukan oleh budak itu.Penyelesaian:

Contoh 2Seorang budak mengangkat pasu bungaberjisim 2 kg secara menegak hinggamencapai ketinggian 0.4 m.

Kira kerja dilakukan oleh budak itu.Penyelesaian:

F

ss

F


44/54



Kes 2: Arah sesaran suatu objek tidak sama dengan arah daya yang dikenakan

Kerja, W = Komponen daya Fx sesaran objek= (F cos ) s

Contoh 3: Seorang lelaki menariksebakul ikan sepanjang permukaandengan daya 40 N bagimenggerakkan bakul sejauh 6 m.

Penyelesaian:

Tiada kerja dilakukan atau W = 0 J

Objek pegun

Seorang pelajar mengalas

beg dan sedang berdirimenunggu bas

Arah gerakan objek

serenjang dengan dayayang dikenakan.

Seorang pelayan sedangmembawa sedulangmakanan dan berjalan.

Tiada daya dikenakan ke

atas objek dalam arahsesarannya (objekbergerak keranainersianya)

Cth: Satelit mengorbitdalam angkasa. Tiadageseran di angkasa. Tiadadaya bertindak pada arahgerakan orbit.

F

s


45/54



Tenaga (Energy)

Tenaga ditakrifkan sebagai keupayaan melakukan kerja. Unit tenaga ialah Joule (J) Tenaga yang dipunyai oleh suatu objek diukur daripada kerja yang dilakukan

olehnya.

Apabila kerja dilakukan, suatu daya dikenakan ke atas suatu objek akan mengubahkedudukan objek tersebut. Apabila kerja dilakukan, tenaga dipindahkan dari suatu objek ke objek yang lain. Apabila kerja dilakukan juga, tenaga dipindahkan daripada satu bentuk ke bentuk

yang lain. Jumlah tenaga yang dipindahkan = Kerja yang dilakukan (work done)

Tenaga keupayaan graviti (Gravi tat ional potent ial energy)

F = W = mg

Tenaga keupayaan graviti ialah tenaga yang dipunyai olehsuatu objek kerana kedudukannya.

Daya, F yang diperlukan untuk menaikkan objek itu sama

dengan berat objek, W.

Tenaga keupayaan graviti, Ep= kerja dilakukan= daya, F x sesaran, h= mgh

Tenaga kinetik (Kinet ic energy)

Tenaga kinetik ialah tenaga yang dipunyai oleh suatu objek kerana gerakkkannya.

Pecutan, a troli ditentukan seperti yang berikut:

v2 = u2 +2as u = 0 ms-1v2 = 2as

a =

2s

v2

Tenaga kinetik, Ek= kerja dilakukan

= daya, F sesaran, s= (ma) s= m

2s

v2 s

= 2mv2

1

W

W hF

Ep= mgh

s

u= 0 ms-1

m F

halaju = v

m

Ek=2

mv2

1


46/54



Prinsip KeabadianTenaga

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

Ep = Ekmgh = 2mv

2

1

Contoh:

Kuasa (Power) Kadar melakukan kerja atauKadar pemindahan tenaga dari satu bentuk ke bentukyang lain.

Kuasa =t

W

diambilyangmasa

dilakukanyangkerja

Unit Kuasa ialah watt (W) atau Js-1

1 W = 1 Js-1

Kecekapan(Eff iciency)

Kecekapan suatu alat ialah peratus tenaga digunakanberbanding tenaga yang dibekalkan.

Kecekapan = 100%dibekalkanTenaga

digunakanTenaga

Kecekapan = 100%inputKuasa

outputKuasa

Ep= maks

Ek = 0

Ep= maks

Ek = 0

Ep= 0

Ek = maks

AlatTenaga yang

dibekalkan

Tenaga yang

digunakan

Tenaga yang

hilang


47/54



Latihan 2.10: Kerja, tenaga, kuasa dan kecekapan

(1) Seorang pekerja menarik satubongkah kayu seberat, W dengan satudaya P sepanjang satah condong tanpageseran setinggi, h. Jarak dilalui olehbongkah kayu ialah x. Kira kerjadilakukan oleh pekerja tersebut untukmenarik bongkah itu.

(2) Seorang pelajar berjisim m menaikisatu tangga yang mempunyai ketinggian,h. Dia mengambil masa t saat.Apakah kuasa pelajar itu?

(3) Satu batu dibaling ke atas denganhalaju awal 20 ms-1. Berapakah ketinggianmaksimum yang boleh dicapai oleh batu

itu.

(4) Seekor monyet berjisim 20 kgmemanjat sebatang pokok kelapa yangtingginya 15 m dalam masa 2.5 saat.

Tentukan kuasa yang dijanakan.

(5) Suatu jasad berjisim 0.4 kg dikenakan

suatu daya 20 N bersudut 60o

dengangaris ufuk supaya jasad itu bergeraksejauh 1.5 m di sepanjang garis ufuk.Berapakah kerja yang dilakukan?

(6) Satu jasad berjisim 4 kg sedang

bergerak dengan halaju 2.5 ms-1

. Kiratenaga kinetik yang dipunyai oleh jasaditu.


48/54



(7) Satu bola titik B dilepaskan dari titik A padaketinggian 0.8 m maka ia bergerak turunsepanjang landasan licin. Berapakah halajubola bila mencapai titik B.

(8) Sebuah motor elektrik digunakanuntuk mengangkat beban yang berjisim 2kg dalam masa 7.5 saat.(a) Tentukan berat beban

(b) Berapakah kerja yang dilakukan olehmotor itu untuk mengangkat beban?

(c) Berapakah pertambahan tenagakeupayaan graviti beban tersebut.

(d) Bandingkan jawapan (b) dan (c) danjelaskan jawapan anda.

(9) Satu motor elektrik pada kren mainan mengangkat suatu objek berjisim 0.12 kgdan mencapai ketinggian 0.4 m dalam 5 s. Motor elektrik tersebut dibekalkan tenagaelektrik oleh bateri sebanyak 0.8 J. Kira(a) Tenaga yang digunakan oleh motor

(b) Kecekapan motor

(c) Kuasa motor

A

B

0.8 m


49/54



2.12 Kekenyalan

Kekenyalan Kekenyalan sesuatu bahan ialah sifat bahan itu kembalikepada bentuk dan saiz asalnya selepas daya yangdikenakan dialihkan.

Dua jenis daya yang wujud antara atom-atom pepejalialah daya tarikan dan daya tolakan.

Dalam keadaan biasa, kedua-dua daya ini diseimbangkankerana jarak pemisah antara atom-atom adalah tetap.Maka pepejal mempunyai bentuk tetap dan permukaan

yang keras.

Apabila bahan pepejaldiregangkan

Atom-atom pepejal dijauhkan dan daya tarikan bertambahsehingga melebihi daya tolakan antara atom-atom.

Daya tarikan yang bertambah ini akan menarik atom-atomuntuk mengembalikan bentuk asal pepejal selepas dayayang dikenakan dialihkan.

Apabila bahan pepejaldimampatkan

Atom-atom dirapatkan dan daya tolakan bertambahsehingga melebihi daya tarikan antara atom-atom.

Daya tolakan yang bertambah ini akan menolak atom-atom untuk mengembalikan bentuk asal pepejal selepasdaya yang dikenakan dialihkan.

Contoh situasi dan aplikasi yang melibatkan kekenyalan

Daya

tolakan

Daya

tolakan

Daya

tarikan

Daya

tolakan

Daya

tolakan

Daya

tarikan

Daya

tolakan

Daya

tolakan

Daya

tarikan

Daya regangan dikenakan

Daya mampatan dikenakan

Tanpa daya luar

Tanpa daya luar

Ikatan antara atom bertindak seperti spring


50/54



Eksperimen: Mengkaji hubungan antara daya, F dan pemanjangan spring, x

Situasi: Inferens :

......................................................................................................................

Hipotesis :

......................................................................................................................

Tujuan :

Pembolehubah :

Senarai radas :

Susunanradas :

Prosedur :

Penjadualandata :

Analisis data :

......................................................................................................................Dimanipulasikan : ....................................................................

Bergerak balas : ....................................................................

Dimalarkan : ....................................................................

......................................................................................................................

...................................................................................................................

...................................................................................................................

...................................................................................................................

...................................................................................................................

Pembaris Spring

Beban berslot

Pin

Kaki retort

F/ N

x/ cm


51/54



Hukum Hooke Hukum Hooke menyatakan pemanjangan/mampatansuatu bahan kenyal adalah berkadar terus dengan dayaregangan/mampatan yang bertindak jika had kenyalbahan itu tidak dilebihi.

F

x dan F = kxdengan k sebagai pemalar daya

Pemanjangan, x Mampatan, x

Berdasarkan grafFmelawan x:

Fberkadar langsung dengan x

Kecerunan graf = Pemalar daya spring, k

Luas dibawah grafFmelawan x= kerja dilakukan untuk memanjangkan/mampatkanspring= tenaga keupayaan kenyal, Ee

= 2kx2

1Fx

2

1

Pemalar daya spring, k

Unit k:m

N= N m-1

atau N cm-1 atau N mm-1

Pemalar daya spring, kditakrifkan sebagai daya yangdiperlukan untuk menghasilkan seunitpemanjangan/mampatan spring itu, iaitu

kx

F

Nilai kdirujuk sebagai ukuran kekerasan suatu spring.

Spring yang mempunyai nilai pemalar daya spring, kyang besar sukar diregangkan dan ia dikatakan lebihkeras.

Spring yang mempunyai nilai pemalar daya spring, kyang kecil lebih mudah diregangkan dan ia dikatakankurang keras atau lebih lembut.

Nilai kbesar bermaksud lebih keras (kurang kenyal)

Nilai kkecil bermaksud lebih lembut (lebih kenyal)

x10N

10N

x

Kecerunan =

Pemalar daya

spring, k

Luas di bawah graf F-x =

tenaga keupayaan kenyal

Spring

lembut

Spring

keras

BebanSpring


52/54



Perbandingan nilai pemalar daya spring, k

(A) Berdasarkan gambarajah spring Adan spring B bandingkan:1. Berat beban yang digantung.

...2. Panjang akhir spring.

........................

3. Pemanjangan spring, x

...

4. Kekenyalan (kelembutan) spring

...

5. Pemalar daya spring, k

(B) Daripada jawapan anda di (A),hubungkait antara kekenyalan springdengan pemalar daya spring

..........

Had kekenyalan spring Had kekenyalan spring ialah daya maksimum yangboleh dikenakan ke atasnya selagi ia boleh kembalikepada panjang asal apabila daya yang dikenakandialihkan.

Jika spring tersebut dikenakan suatu daya melebihihad kekenyalan, ia tidak boleh kembali kepada

panjang asal apabila daya yang dikenakan dialihkan.

Suatu spring yang dikenakan daya melebihi hadkekenyalannya tidak akan kenyal lagi dan mengalamipemanjangan kekal.

Apabila suatu daya yang dikenakan melebihi hadkekenyalan, maka Hukum Hooke tidak lagi dipatuhi.

Had kekenyalan boleh ditentukan sebagai titik di managraf garis lurus berakhir dan mula melengkung.

Spring A Spring B

10N

10N

Spring A Spring B

F

x

had

kenyal

x

F

had

kenyal


53/54



Faktor-faktor yang mempengaruhi kekenyalan spring

Diameter spring Panjang spring

.......................................................................................

.......................................................................................

...........................................................................................

...........................................................................................

Diameter dawai spring Jenis bahan

...........................................................................................

...........................................................................................

...........................................................................................

...........................................................................................

Susunan spring

Secara bersiri Secara selari

Beban dikenakan bagi setiap springadalah sama.Ketegangan bagi setiap spring = W

Pemanjangan bagi setiap spring = x

Jumlah pemanjangan spring = 2x

Beban dikongsi sama rata bagi setiapspring.

Ketegangan spring =2

W

Pemanjangan bagi setiap spring =2

x

Jumlah pemanjangan spring =2x

Pemalar spring = k

Pemalar spring =2

k

Pemalar spring = k Pemalar spring = 2k

F/N

x/cm

Diameter kecil

Diameter besar

1

F/N

x/cm

Spring pendek

Spring panjang

1

F/N

x/cm

Dawai tebal

Dawai halus

1

F/N

x/cm

Dawai keluli

Dawai kuprum

1

W

W

WW


54/54


Latihan 2.12: Kekenyalan

(1) Suatu spring keluli menghasilkanpemanjangan 4 cm apabila dikenakandaya 8 N. Berapakah daya yang perludikenakan supaya pemanjangannyaadalah 5 cm?

(2) Sebuah spring mempunyai panjangasal 5 cm.Apabila digantung beban 20 g,panjangnya menjadi 7 cm.Tentukanjumlah pemanjangan spring, x apabiladigantung beban 40 g.

(3) Rajah menunjukkan sebuah springyang mempunyai panjang asal 18 cm.Apabila diletakkan beban 10 kg,

panjangnya menjadi 8 cm dan apabiladiletakkan beban P panjangnya menjadi10 cm. Berapakah nilai P?

(4) Suatu spring keluli mempunyaipanjang asal 20 cm. Apabila beban 2 Ndiletakkan ke atasnya, spring itutermampat menjadi 12 cm. Berapakahberat W apabila spring dimampatkanmenjadi 8 cm?

(5) Suatu spring dipanjangkan sebanyak4.5 cm apabila daya 9 N dikenakankepadanya. Berapakah pemanjanganspring apabila daya 36 N dikenakankepadanya?

(6) Suatu spring dengan panjang asal 15cm termampat sebanyak 2.5 cm apabilabeban 2 N diletakkan di atasnya.Berapakah panjang spring apabila beban6 N diletakkan di atasnya?

(7) Suatu spring termampat sebanyak 3cm apabila beban 15 N diletakkan diatasnya. Berapakah mampatan springjika beban 30 N ditambah di atas beban15 N itu?

bab 2 - daya dan gerakan modul fizik spm bahasa melayu

Documents