bab 3 - daya dan tekanan modul fizik spm bahasa melayu

7/27/2019 Bab 3 - DAYA DAN TEKANAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu

1/23

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Tahun 2013

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 1

BAB 3 DAYA DAN TEKANAN (FORCE AND PRESSURE)

3.1 Tekanan (Pressure)

Tekanan Tekanan ialah daya yang bertindak secara normal ke atasseunit luas.

Formula tekananTekanan =

luas

normaldaya

P =A

F

Unit SI : Nm-2 = Pascal = Pa

Hubungan antaratekanan dan daya

Tekanan, P daya, F

Semakin besar daya, semakin besar tekanan.

Hubungan antaratekanan dan luas

Tekanan, P ALuas,

1

Semakin kecil luas, semakin besar tekanan.

Contoh 1:Sekeping batu bata berukuran 0.05 m x0.10 m x 0.20 m berjisim 0.5 kgdiletakkan di atas sebuah meja.Berapakah tekanan yang dikenakan olehbatu bata ke atas meja(a) Paling maksimum(b) Paling minimum

Penyelesaian:

Contoh 2:Seorang lelaki berjisim 60 kg. Apabilaberdiri tegak tekanan yang dikenakanke atas permukaan lantai adalah adalah2 x 10 4 Pa. Kira jumlah keluasan tapakkakinya.

Penyelesaian:

20N10N

Plastisin


2/23



Aplikasi melibatkan tekanan tinggi:Meningkatkan tekanan dengan mengurangkan luas

Sebilah pisau tajamdigunakan untuk memotongobjek dengan mudah.

Stad pada kasut pemainbola mempunyai luaspermukaan sentuhan yang

kecil dengan tanah. Inimenambahkan tekanansekaligus meningkatkancengkaman denganpermukaan padang.

Jarum, paku dan pinmempunyai hujung yangsangat tajam. Apabila

satu daya dikenakan,tekanan yang tinggidihasilkan danmemudahkannyamenembusi sesuatuobjek.

Aplikasi melibatkan tekanan rendah:Mengurangkan tekanan dengan menambahkan luas

Papan peluncur saljimempunyai luas yang besarbagi mengurangkan tekananke atas permukaan salji.Maka peluncur salji tidakterbenam di dalam salji.

Sebuah traktor bergerak diatas kawasan berpaya yanglembut dan berair.Penggunaan tayar yanglebar mampumengurangkan tekananbagi mengelak ia terbenam

di dalam tanah lembut.

Pelapik bahu pada talibag bertujuanmengurangkan tekanansekaligus mengurangkankesakitan apabilamembawa muatan berat.

Pelapik

bahuTayar lebar

Papan peluncur lebar

dan panjang


3/23



Latihan 3.1: Tekanan

(1) Hitung tekanan maksimum bongkah tersebut ke ataspermukaan meja.

(2) Seorang pelajar menekan satu paku tekan pada satukepingan kayu dengan daya 20 N. Luas permukaan hujungpaku tekan ialah 0.01 cm2 dan luas kepala paku tekanialah 1 cm2.

(a) Kira tekanan yang dihasilkan oleh pelajar itu padakepala paku tekan.

(b) Kira tekanan yang dihasilkan oleh pelajar itu padahujung paku tekan.

(3) Seorang penjaja menggunakan sebilah pisau dengan mata yang luasnya 0.4 cm2untuk memotong sebiji tembikai.(a) Daya yang dikenakan oleh tangan penjaja itu ialah 24 N, berapakah tekanan yangdihasilkan?

(b) Kemudian dia menggunakan pisau yang lain untuk memotong tembikai. Daya yangperlu dikenakan untuk menghasilkan tekanan yang sama ialah 18 N. Berapakah luasmata pisau yang kedua itu?

Ibu jari

Kayu Hujung

paku


4/23



3.2 Tekanan dalam cecair (Pressure in liquid)

Tekanan dalam cecair Cecair akan mengenakan tekanan ke atas suatu objek yangberada di dalamnya kerana cecair mempunyai berat.

Ciri-ciri Tekanan Dalam Cecair

Tekanan dalam cecair padasuatu titik pada kedalamantertentu bertindak denganmagnitud yang sama dandari semua arah.

Tekanan dalam cecairtidak bergantung kepadaluas objek yang berada didalam cecair.

Tekanan pada titik X dan Yadalah sama

Tekanan dalam cecairtidak bergantung kepadabentuk bekas.

Paras cecair pada ketiga-tiga turus adalah sama

Hubungan antara kedalaman dan tekanan dalam cecair

Tekanan dalam cecair berkadar terus dengankedalaman cecair.

Semakin bertambah kedalaman, semakinbertambah tekanan dalam cecair.

Hubungan ketumpatan cecair dan tekanan dalam cecair Tekanan dalam cecair berkadar terus dengan

ketumpatan cecair.

Semakin tinggi ketumpatan suatu cecair,semakin tinggi tekanan dalam cecair itu.

Formula Tekanan DalamCecair

Bekas di sebelah mempunyai luas dasar,A, diisikan

dengan suatu cecair berketumpatan, dengankedalaman, h.

Isi padu cecair, V =Ah

Jisim cecair, m = V= Ah

Berat cecair = mg =Ahg

Daya yang bertindak pada dasar = Berat cecair =Ahg

Tekanan =Luas

Daya=

A

Ahg= hg

Maka,

YX

Tekanan Dalam Cecair = hg

Ketumpatan,

Luas,A

Kedalaman,

h


5/23


6/23



Aplikasi Tekanan Dalam Cecair

Empangan menyimpan air pada araskedalaman yang tinggi.Tembok empangan harus lebih tebal dibahagian bawah bagi menahan tekanan yang

lebih tinggi berbanding di bahagian atas.

Tangki air di kawasan perumahan dibina dikawasan yang lebih tinggi bagi menghasilkantekanan dalam cecair yang tinggi untukpenghantaran bekalan air. Bagi penghantaranbekalan ke bangunan tinggi penggunaan pamdiperlukan untuk meningkatkan tekanandalam cecair.

Kapal selam dibina dengan dinding yangtebal supaya dapat menahan tekanan air lautyang tinggi sewaktu berada di dalam air.

Larutan garam atau ubat disuntik ke dalam

aliran darah pesakit dengan menggunakanintra-vena (IV). Botol intra vena digantungpada ketinggi yang tinggi supaya larutanpada tekanan yang lebih tinggi daripadatekanan darah boleh mengalir ke dalam venapesakit.

Sphgmomanometer ialah sejenis alatpengukur tekanan darah. Tekanan darah

diukur daripada tinggi paras merkuri di dalamsuatu manometer.Untuk mengukur tekanan darah tertinggi(tekanan sistole), lengan atas pesakit dibalutuntuk menyekat pengaliran darah melaluiarteri. Kemudian pemalut dilonggarkan,bacaan tekanan terendah (tekanan diastole)diukur sekali lagi.


7/23



3.3 Tekanan gas & Tekanan atmosfera (Gas pressure & Atmospheric pressure)

Tekanan gas Tekanan gas ialah daya per unit luas yang dikenakan olehmolekul-molekul gas semasa perlanggaran antaramolekul-molekul gas dengan dinding bekas.

Teori kinetik gas Teori kinetik gas mengatakan molekul-molekul gassentiasa bergerak secara rawak.

Oleh itu berlaku perlanggaran sesama molekul danperlanggaran molekul-molekul dengan dinding bekas.

Perlanggaran sesama molekul adalah perlanggarankenyal di mana jumlah tenaga kinetik molekul adalahabadi.

Perlanggaran molekul dengan dinding bekasmenghasilkan daya impuls.

Bila terdapat daya yang dikenakan ke atas seunit luasmaka tekanan dihasilkan.

P = A

F

Tekanan atmosfera Tekanan atmosfera ialah tekanan disebabkan olehberat udara dalam atmosfera yang dikenakan ke atassemua objek di permukaan bumi.

Tekanan atmosfera di suatu titik bertindak pada semuaarah dengan magnitud yang sama.

Disebabkan oleh daya tarikan graviti bumi, atmosferamempunyai ketumpatan udara yang semakin berkurangdengan altitud (ketinggian yang diukur dari aras laut).

Semakin tinggi altitud dari aras laut, semakin

berkurang berat udara di atmosfera menyebabkantekanan atmosfera semakin berkurang.

Pada paras laut, tekanan yang dikenakan oleh

atmosfera ialah 100 000 Pa atau 1.0 105 Pa. 1 atm = 1.0 105 Pa = 76 cm merkuri (Hg) = 10 m airAras

laut

Altitud

tinggi

Zarah

udara

Zarah

udara


8/23



Aktiviti-aktiviti yang menunjukkan kewujudan tekanan atmosfera

Sebuah gelas yangdipenuhi air ditutup dengansekeping kadbod kemudianditelangkupkan.Apabila tangan yangmemegang kadboddialihkan didapati bahawakadbod itu tidak jatuh danair tidak tertumpah.Ini menunjukkan dayadaripada tekananatmosfera yang bertindakke atas kadbod dapatmenyokong berat air didalam gelas itu.

Sebuah tin yang berisisedikit air dipanaskanbeberapa ketika.Kemudian, tin tersebutdibasahkan dengan airsejuk. Didapati dinding tinmenjadi kemek. Ini berlaku

kerana tekanan atmosferayang lebih tinggi di luarberbanding tekanan udaradi dalam tin.

Nyalaan menyebabkantekanan udara di dalambotol semakin berkurang,maka telur itu akan ditekanmasuk ke dalam botolkesan daripada tekanan

atmosfera di luar yanglebih tinggi.

Alat-alat yang digunakan untuk mengukur tekanan gas

Manometer

Manometer terdiri daripada satu tiubberbentuk- U yang mengandungi airatau merkuri. Apabila kedua-duahujung tiub didedahkan kepadatekanan atmosfera, maka cecair dikedua-dua tiub berada pada parasyang sama.

Untuk mengukur tekanan suatu bekalan gas,

tiub X disambungkan kepada bekalan gas itu.Paras cecair X ditekan kebawah oleh tekanangas yang lebih tinggi dan paras cecair dalamY akan naik ke atas.Tekanan gas boleh dihitung daripada bezaparas cecair, h.

Jika diberi Patm = 1 x 105 Pa: Pgas = Patm + gh

Jika diberi Patm = 76 cm Hg: Pgas = Patm + h(cm)

Jika diberi Patm = 10 m air: Pgas = Patm + h(m)

Kebekalan

gas

X Y

X

Y

PatmPgasPatmPatm

Air sejuk

Patm

Patm


9/23



Alat-alat yang digunakan untuk mengukur tekanan atmosfera

Barometer merkuri ringkas

Barometer merkuri ringkas terdiri daripadasebatang tiub kaca tebal dengan panjang kira-kira 100 cm.

Tiub kaca diisi penuh dengan merkuri danditelangkupkan ke dalam merkuri di dalam satubekas.

Pada aras laut, panjang turus merkuri akanmenurun sehingga tingginya kira-kira 76 cm danruang di atasnya ialah vakum.

Panjang turus merkuri tidak menurun lagidisebabkan wujudnya tekanan atmosfera yangbertindak ke atas permukaan merkuri di dalam

bekas. Maka, 1 atm = 76 cm merkuri (Hg)

Jika menggunakan air sebagai cecair, panjangtiub kaca perlu lebih panjang kira-kira 11 m.

Ini kerana, tekanan atmosfera mampumengekalkan panjang turus air di dalam tiubkaca sepanjang 10 m.

Maka 1 atm = 10 m air

Barometer Fortin Barometer Anaroid

Tolok Bourdon

Tolok Bourdon biasanya digunakan untuk mengukur tekanangas yang tinggi seperti mengukur tekanan gas di dalam tayarkenderaan, tekanan gas dalam tong gas memasak dansebagainya.

Tolok Bourdon di makmal sentiasa menunjukkan bacaan tekananatmosfera iaitu 1 105 Pa. Maka,

P gas sebenar= P bacaan tolok Bourdon - Patm

Tiub kaca

Tekanan

atmosfera

Merkuri

76 cm

Vakum

Merkuri

Skala bacaan

Tiub kuprum


10/23



Aplikasi tekanan atmosfera

Apabila kita menyedut minuman melaluipenyedut, udara dalam penyedut masukke paru-paru kita.

Tekanan atmosfera di luar penyedut

menjadi lebih tinggi daripada tekananudara di dalam penyedut.

Tekanan atmosfera menolak masukminuman melalui penyedut ke mulutkita.

Apabila peyedut getah ditekan padasatu permukaan rata dan licin,mangkuknya menjadi rata dan udaradalam mangkuk mengalir keluar melaluitepinya menyebabkan ruang separa

vakum terhasil. Tekanan atmosfera yang lebih tinggi di

luar mangkuk menekan danmengekalkan mangkuk pada permukaanlicin itu.

Apabila omboh di tarik ke atas, tekananudara dalam picagari menjadi lebihrendah daripada tekanan atmosfera diluar.

Tekanan atmosfera yang lebih tinggi di

luar menolak cecair supaya masuk kepicagari.

Apabila pembersih vakum dipasang,kipas elektrik akan berputar dan

menyedut udara di dalam hos getahmelalui satu bukaan.

Tekanan udara dalam hos menjadirendah.

Tekanan atmosfera yang lebih tinggiakan menolak kotoran ke dalam hos danterkumpul dalam beg kotoran.

Patm

Patm

(Tekanan lebih tinggi)

Separa vakum(Tekanan lebih rendah)

PatmTekanan rendah

Omboh

Kipas

Tekanan rendah

udara

Debu

Hos


11/23



Latihan 3.3: Tekanan udara & Tekanan atmosfera

(1) Rajah di sebelah menunjukkan sebuah barometermerkuri ringkas yang diletakkan dalam sebuah makmalyang mempunyai tekanan atmosfera 76 cm Hg.(a) Berapakah nilai h?

(b) Berapakah panjang ruang vakum jika tiub kaca(i) Diangkat ke atas setinggi 5 cm

(ii) Ditolak masuk ke dalam sejauh 4 cm

(c) Jika ketumpatan merkuri 1.36 x 104 kgm-3,

tentukan tekanan atmosfera dalam unit Pa.

(2)Rajah menunjukkan sebuah barometer yang beradadi suatu tempat yang mempunyai tekanan atmosfera76 cm Hg. Apabila gas X dimasukkan dalam ruangvakumnya didapati tinggi merkuri 40 cm. Berapakahtekanan gas X itu.

(3) Jika tekanan atmosfera 76 cm Hg, berapakahtekanan gas yang ditunjukkan pada manometer di

sebelah?

(4) Jika tekanan atmosfera adalah 76 cm Hg,berapakah tekanan di titik X?

(5) Rajah menunjukkan sebuah manometer yangdisambungkan kepada suatu tangki gas. Berapakahtekanan gas dalam tangki gas itu jika tekananatmosfera adalah 76 cm Hg?


12/23



(6) Sebuah barometer merkuri ringkas terdiri daripada satu tiub kaca yang panjangnya100 cm yang diisikan merkuri dan ditelangkupkan ke dalam bekas berisi merkuri.Tinggi turus merkuri di dalam tiub kaca ditunjukkan dalam rajah.

(a) Apakah yang wujud di dalam ruang bertanda P?

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

(b) Berapakah tekanan dalam unit cm Hg(i) Di titik Q

(ii) Di titik R

(iii) Di titik S

(c) Hitungkan tekanan atmosfera dalam unit Pa jika

ketumpatan merkuri 13.6 103 kg m-3. [ 1 Pa = 1 Nm-2]

(d) Apakah yang terjadi kepada tinggi turus merkuri di atas permukaan merkurijika(i) Tiub kaca diturunkan sedalam 5 cm?

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

(ii) Tiub kaca itu dicondongkan sedikit?

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

9 cm

76 cm

15 cm

10 cm

merkuriP

R

S


13/23



3.4 Aplikasi Prinsip Pascal

Prinsip Pascal Prinsip Pascal menyatakan bahawa tekanan yangdikenakan ke atas sebarang titik dalam suatu bendaliryang tertutup akan dipindahkan kepada keseluruhanbendalir secara seragam.

Apabila suatu daya dikenakan bagi menekanomboh, satu tekanan terhasil pada luaspermukaan omboh.

Tekanan dipindahkan kepada cecair secaraseragam dan ke semua arah.

Air terpancut melalui lubang ke semua arahdengan jarak pancutan yang sama.

Ini menunjukkan tekanan dipindahkan secaraseragam dalam suatu bendalir yang tertutup.

Cara kerja Sistem Hidraulik

Satu daya kecil, F1 dikenakan ke atas luas permukaan omboh kecil, A1 akanmenghasilkan satu tekanan dalam cecair di omboh kecil P1.

Menurut prinsip Pascal, tekanan dalam cecair dipindahkan ke semua arah secaraseragam.

Oleh itu tekanan dalam omboh kecil, P1 = tekanan dalam omboh besar, P2.P1 = P2

2

2

1

1

A

F

A

F

Tekanan pada omboh besar, P2 akan menghasilkan daya angkat, F2 yang besardan mampu mengangkat objek yang berat pada omboh besar.

Sistem hidraulik beroperasi dengan menggunakan cecair yang dikenakan suatutekanan.

Cecair yang digunakan bersifat tidak boleh dimampatkan dan tiada gelembungudara terkandung di dalam cecair.

Cecair yang digunakan juga haruslah bersifat pelincir dan tidak mudah tersejat.

Omboh 2

Omboh 1

A1 A2


14/23



Aplikasi Prinsip Pascal

Jek Hidraulik

Apabila pemegang diangkat, injap-injap tertutup dan menghalang minyak mengalirke omboh besar (output). Injap pada tangki minyak terbuka dan membenarkanminyak memasukki omboh kecil (input).

Apabila pemegang ditekan turun, injap-injap akan terbuka dan benarkan minyakdaripada omboh kecil bergerak ke arah omboh besar.

Pemindahan tekanan dari omboh kecil ke omboh besar berlaku menyebabkan dayaterhasil pada omboh besar untuk mengangkat beban besar. Injap pelepasdigunakan bagi mengalirkan minyak kembali ke tangki takungan seterusnyamenurunkan beban.

Brek hidraulik

Apabila pemandu menekan pedal kaki, omboh kecil ditolak ke dalam. Tekanan akan dipindahkan melalui cecair brek (minyak) daripada silinder utama ke

silinder brek pada roda.

Tekanan ini akan menolak kasut brek sehingga pad brek bersentuhan danbergeser dengan drum brek yang diperbuat daripada logam.

Geseran antara pad brek dan drum brek akan memperlahankan kereta sehinggaberhenti.

Apabila pedal kaki dilepaskan, spring akan menarik kasut brek dan pad brekdaripada bersentuhan dengan drum brek supaya kembali ke kedudukan asal.

Omboh besar

(output)

Omboh

kecil

(input)

Takungan

min ak

Pemegang

Injap

Minyak

Injap pelepas

Tekanan

dipindahkan

oleh cecair

brek

Omboh

kecil(input)

Saluran

brek

Minyak

Silinder

brek padaroda

Omboh

Silinder

brek

Omboh

besar

(output)

Omboh

besar

(output)

Pedal

kaki

Silinder

utama

Pad

brek

kasut

brekDrum

brek


15/23



Latihan 3.4 Aplikasi Prinsip Pascal

(1) Satu daya 20N bertindak ke atasomboh kecil dalam sebuah jek hidraulik.Jika luas permukaan omboh kecil danomboh besar masing-masing adalah0.02 m2 dan 0.1 m2, berapakah daya padaomboh besar?

(2) Satu daya 80 N dikenakan pada permukaancecair dalam turus X melalui satu omboh yangluas permukaannya 0.03 m2. Apakah jisim bebanobjek P yang dapat disokong oleh satu ombohbesar dengan luas permukaan 0.90 m2 dalamturus Y.

(3) Rajah menunjukkan sebuah jek hidraulik yangdikenakan daya 20 N pada omboh kecil untukmengangkat sebuah kereta. Tentukan(a) Tekanan pada omboh besar(b) Berat kereta(c) Jisim kereta

(4) Rajah menunjukkan satu sistem hidraulikringkas.Luas permukaan omboh kecil ialah 0.15 m2 danluas permukaan omboh besar ialah 0.80 m2.Daya yang bertindak pada omboh kecil ialah 40 N.Hitungkan

(i) Tekanan yang dihasilkan oleh ombohkecil.

(ii) Daya F yang dihasilkan pada ombohbesar.

80 N

XY

P

A1=10 mm

A2=10,000 mm

20 N

Omboh kecil

Omboh besar

F= 40 N

F


16/23



3.5 Aplikasi Prinsip Archimedes

Daya apungan/ Buoyant force Apabila suatu objek yang direndam separa atausepenuhnya dalam suatu bendalir didapatiberat objek berkurangan.

Ini disebabkan terdapat satu daya yangbertindak ke arah atas dan bertentangandengan arah berat ke bawah.

Daya ke arah atas ini dinamakan daya apungan.

Hubungan antara dayaapungan dengan berat ketara

Daya apungan yang bertindak pada suatu objekmenyebabkan objek kelihatan lebih ringan.

Berat objek di udara ialah berat sebenar.

Berat objek yang terendam di dalam satu

bendalir ialah berat ketara.

Apabila objek di dalam air, objek mengalamidua daya:(a) Berat objek yang bertindak ke bawah.(b) Daya apungan yang bertindak ke atas.

Daya apungan = kehilangan berat objek

Daya apungan = Berat sebenar Berat ketara

Objek yang terendam dalam air akan

mensesarkan air.

Semakin besar isipadu objek terendam,semakin besar isipadu air yang tersesar.

Isipadu cecair yang tersesar = isipadu bahagianobjek terendam.

Aktiviti 3.5: Mengkaji hubungan antara daya apungan dengan berat bendalir tersesar

Susunan radas

Daya apungan

Berat

Aras air

yang asal

25 N

15 N

Air

tersesar

Daya

apungan

Isipadu

bahagian objek

terendam

Neraca spring

Tin Eureka

Plastisin

Bikar


17/23



Prosedur:

Tuangkan air perlahan-lahan ke dalam tin eureka sehingga air melimpah keluarmelalui muncungnya.

Timbang bikar kosong dan letakkannya di bawah muncung tin eureka.

Timbang plastisin di udara menggunakan neraca spring dan catatkan beratnya.

Rendamkan plastisin sepenuhnya ke dalam air dengan perlahan-lahan. Catatkanberat ketara plastisin.

Berat plastisindalam udara, x = .........................

Berat plastisindalam air, y = ..........................

Berat bikarKosong, z = ...........................

Berat bikar+ air tersesar, w = ......................

Daya apungan = .......................

Berat air tersesar = ...................

Berat plastisin dalam udara = x N (Berat sebenar)Berat plastisin dalam air = y N (Berat ketara)Berat bikar kosong = z NBerat bikar + air tersesar = w N

Daya apungan = Berat sebenar Berat ketara= ( x y) N

Berat air tersesar = (w z) N

Keputusan menunjukkan nilai: (x y) = (w z)Maka,

Prinsip Archimedes

Dalam cecair

Dalam udara

Prinsip Archimedes menyatakan apabila satuobjek terendam sepenuhnya atau sebahagiandalam suatu bendalir (cecair atau gas), dayaapungan yang bertindak ke atas objek ituadalah sama dengan berat bendalir tersesar.

Isipadu udara tersesar pada belon udara panasyang besar adalah lebih tinggi daripada belonudara yang kecil.

Maka, berat udara tersesar lebih tinggi. Dengan

itu belon udara yang besar akan naik lebihtinggi kerana daya apungannya yang lebihtinggi.

Ingat:F = ma

Ketumpatan, =VIsipadu,

mjisim,

Di mana,

ialah ketumpatan bendalirm ialah jisim bendalir tersesarV ialah isipadu bendalirtersesar

Daripada prinsip Archimedes:

Daya apungan = Berat bendalir tersesar= mg

= V g

Daya apungan = Berat air tersesar

Daya

apungan

Berat cecair

tersesar Daya apungan = Berat bendalir tersesar

Daya apungan, FB = Vg


18/23



Persamaandaya apungan

1. Daya apungan = Berat bendalir tersesar

2. Daya apungan = V g3. Daya apungan = Berat objek di udara Berat objek dalam air

Contoh 1:Satu objek digantung pada satu neraca spring.

Kira(a) Daya apungan yang bertindak ke atas objekdi dalam air.

(b) Berat air yang disesarkan oleh objek

(c) Isipadu air yang disesarkan oleh objek.(Ketumpatan air = 1000 kgm-3)

(d) Isipadu objek

Latihan 3.5 : Penyelesaian masalah melibatkan Prinsip Archimedes

(1) Berat seketul batu ialah 2.5 N. Apabila ia terendam sepenuhnya, berat ketaranyaialah 2.2 N. Kira ketumpatan cecair itu jika isipadu batu ialah 25 cm3.

(2) Sebuah sfera logam berisipadu 5 x 10-4m3 ditenggelamkan ke dalam air yangberketumpatan 1 x 103 kgm-3. Berapakah daya apungan sfera itu?

(3) Berat suatu jasad di udara ialah 40 N dan beratnya dalam suatu cecair yangberketumpatan 800 kgm-3 ialah 36 N. Berapakah isipadu jasad tersebut?


19/23



Ketumpatan dan keapungan

Daya apungan, F = berat objek, W

Ketumpatan objek berat objek, W

Ketumpatan objek ketumpatan bendalir

Objek tenggelam atau turunke bawah dengan pecutan

Aplikasi Prinsip Archimedes

Kapal laut Berat kapal = Berat air yang tersesar = daya apungan

Sebongkah logam menyesarkan air dalam kuantitiyang kecil. Maka, daya apungan yang dihasilkanadalah kecil. Oleh itu bongkah logam akan tenggelamke dasar.

Kapal yang diperbuat daripada logam terapung dipermukaan air kerana isi padu air yang disesar olehkapal adalah tinggi. Maka, berat air tersesar adalahtinggi.

Berat air tersesar yang tinggi menghasilkan dayaapungan yang sama dengan berat kapal. Oleh itu,kapal terapung.

Bentuk badan kapal yang berbentuk larus dapatmenghasilkan isipadu air tersesar yang tinggi bagimenghasilkan daya apungan yang tinggi.

Sebagai langkah keselamatan, garis Plimsollditandakan pada sisi kapal untuk menunjukkan aras

yang selamat bagi sebuah kapal membawa muatanmengikut jenis perairan yang dilalui.

h

Berat

Daya apungan

Daya apungan

Berat

a

a

a

a


20/23



Hidrometer Hidrometer digunakan untuk menyukat ketumpatan suatucecair.

Kapal selam Sebuah kapal selam mempunyai ruang khas yangdinamakan tangki ballast. Semasa menyelam, tangki ballastdiisi dengan air untuk menambahkan berat keseluruhankapal selam itu sehingga melebihi daya apungan. Apabilakapal selam ingin timbul di permukaan, air dalam tangkiballast akan dipam keluar bagi mengurangkan beratkeseluruhan kapal selam.

Belon udara panas Udara di dalam belon dipanaskan. Apabila udara dalambelon menjadi panas, ketumpatannya berkurangberbanding ketumpatan udara persekitaran yang lebihsejuk.

Saiz belon yang besar dapat menyesarkan udarapersekitaran dalam jumlah yang tinggi. Maka, dayaapungan yang besar dihasilkan seterusnya menaikkanbelon itu ke altitud yang lebih tinggi.

Cecair berketumpatan

rendah

Cecair berketumpatan

tinggi

Asid bateri

kereta

Hidrometer

Batang

skala

Cecair

Bebuli

udara

Pemberat

Timbul Tenggelam

Air laut

Kapal selam

Tangki

ballast

Bukaan


21/23



3.6 Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli Prinsip Bernoulli menyatakan bahawa tekanan bendalirberkurang di kawasan bendalir bergerak dengan halaju yanglebih tinggi.

Aktiviti menjana idea tentang prinsip Bernoulli

Aktiviti 1: Apabila kertas ditiup di bahagian atas didapati kertasterangkat ke atas. Ini kerana, apabila udara di bahagian atasbergerak dengan halaju tinggi, udara di bahagian atas kertasbertekanan rendah.Manakala, tekanan udara di bahagian bawah kertas lebihtinggi berbanding di bahagian atas. Perbezaan tekanan inimenghasilkan daya angkat yang menggerakkan kertas keatas.

Aktiviti 2: Apabila udara di antara bola-bola ping pong ditiup, udara

bergerak dengan halaju tinggi. Ini menghasilkan kawasanbertekanan rendah di antara bola-bola ping pong.Tekanan atmosfera lebih tinggi daripada tekanan udara dikawasan antara bola ping pong.Perbezaan tekanan ini menghasilkan daya tolakan ke ataskedua-dua bola ping pong dan mendekati antara satu samalain.

Aktiviti 3: Bola ping pong akan bergerak ke arah aliran air yang keluardari pili. Ini kerana tekanan atmosfera yang lebih tinggimenolak bola ping pong ke arah aliran air yang bertekananlebih rendah.

Aktiviti 4: Apabila udara ditiup melalui penyedut minuman, air daripadabikar akan naik melalui penyedut minuman yang tegak dantersembur.Ini kerana, apabila udara bergerak dengan halaju tinggimelalui penyedut minuman, kawasan hujungnya akanbertekanan rendah.Tekanan atmosfera yang lebih tinggi di permukaan air akanmenolak air untuk naik melalui penyedut minuman dantersembur sewaktu tiupan dilakukan.

Bola ping pong

Kawasan

tekanan

rendah

Tekanan biasa Tekanan biasaUdara

ditiup

Air

Patm

Kawasan

tekanan

rendah


22/23



Aplikasi prinsipBernoulli

Perbezaan tekanan bendalir di antara dua kawasan akanmenghasilkan satu daya paduan.

1. Aerofoil Bentuk aerofoil pada sayap kapal terbangmenyebabkan aliran udara lebih laju di bahagian atasberbanding dengan di bahagian bawahnya.

Tekanan udara di bahagian atas menjadi lebih rendahberbanding tekanan udara di bahagian bawah sayap.

Perbezaan tekanan ini menghasilkan satu daya paduaniaitu daya angkat.

Daya angkat akan bertindak ke atas permukaan sayapkapal terbang.

Semakin besar luas permukaan bawah sayap kapalterbang, semakin besar daya angkat akan dihasilkan.

2. Penunu Bunsen Apabila penunu Bunsen disambung kepada bekalangas, gas terpancut keluar melalui jet dengan kelajuantinggi.

Ini menghasilkan suatu kawasan R yang tekanannyarendah sekitar jet itu.

Udara dari luar pada tekanan atmosfera yang lebihtinggi seterusnya disedut masuk ke kawasan R.

Gas yang bercampur dengan udara yang masuk bolehterbakar untuk menghasilkan nyalaan yang lebih panasdan kurang berkilau.

3. Botol minyak wangi Apabila getah pam dipicit, udara terpancut keluardengan halaju tinggi melalui muncung sempit.

Ini menghasilkan kawasan bertekanan rendah di sekitarmuncung.

Tekanan dalam botol yang lebih tinggi menekan minyakwangi supaya naik ke atas melalui tiub saluran.

Minyak wangi yang bercampur dengan udara akandikeluarkan sebagai semburan halus.

Tekanan

rendah

Tekanan

tinggi

Aliran udara laju

Aliran udara perlahan

Tekanan rendah

Tekanan tinggi

Daya angkat

RUdara

gas

Gas

terpancut


23/23


Cikgu Khairul Anuar SMK Seri Mahkota Kuantan 23

Kereta lumba Kereta lumba mempunyai aerofoil terbalik supayadapat menghasilkan daya ke bawah, sekali gusmeningkatkan kestabilan kereta.

Bola ping pong Apabila bola bergerak melalui udara, ia akanmengalami geseran udara yang mengakibatkannyaberputar. Putaran bola akan menghasilkan duakawasan berhalaju udara tinggi dan rendah.Maka, akan wujud kawasan bertekanan tinggi danbertekanan rendah. Oleh itu, bola bergerak ke arahkawasan bertekanan rendah.

Penyembur serangga Apabila udara di dalam omboh dipaksa keluar denganhalaju tinggi maka akan wujud kawasan bertekananrendah di bahagian muncungnya.Tekanan atmosfera yang lebih tinggi akan menekancecair dan cecair akan naik melalui salur logam dantersembur semasa omboh ditekan.

Latihan 3.6 (Prinsip Bernoulli)

Tandakan aras air pada setiap turus berdasarkan kefahaman tentang Prinsip Bernoulli

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

Udara Udara

air air

P Q R P Q R

PP Q R

Q R P Q R P Q R

udara

Tekanan tinggi

Tekanan

rendah Daya

Aliran udara

air

P Q R

Tekanan

rendah

MuncungOmboh

Tekanan

atmosfera Salur

logam

Daya ke bawah

bab 3 - daya dan tekanan modul fizik spm bahasa melayu

Documents