latihan 2.7 dam 2.8

3.5 APLIKASI PRINSIP ARCHIMEDESAPPLYING ARCHIMEDES’ PRINCIPLE

Definisi tujah ke atas atau daya apung/Definition of upthrust or buoyant forceTujah ke atas atau daya apung yang bertindak pada sesuatu objek bersamaan dengan berat bendalir yang tersesar apabila objek ini terendam dalam berdalir ini sepenuhnya atau separanya.

The upthrust or buoyant force acting on an object is equal to the weight of fluid displaced when the object is immersed completely or partly in the fluid.

Menghubungkaitkan daya apung ke atas dengan kehilangan berat/Relate buoyant force to the loss of weight

(a) Berat objek di udara ialah berat sebenarnya =

The weight of an object in air is its actual weight =

berat ketaranya = The weight measured when the object is immersed totally in water is its

apparent weight =

(c) menjadikan objek kelihatan lebih .

makes the object seem to be .

(d) Daya apung bertindak ke arah ./The buoyant force acts .

(e) Daya apung ke atas adalah bersamaan dengan .

The buoyant force is equal to the .

(f) = berat sebenar – berat ketara = 10 N – 7 N = 3 N

= actual weight – apparent weight = 10 N – 7 N = 3 N

(g) Berat ketara yang hilang = 3 N /The apparent loss in weight = 3 N

7 N

K

10 N

UdaraAir

K tergantungdi udaraK hanging in the air

K tenggelamsepenuhnya di dalam airK immersed totally in water

KAirWater

DayaapungBuoyantforce

Nota:Tujah ke atas= Daya apung= Daya julangan

06 FIZ Form 4 Ch3 2F.indd 124 9/10/13 4:33 PM

(b) Berat diukur apabila objek direndam sepenuhnya di dalam air dan

A. Suhaimi 12

Menghubungkaitkan daya apung dengan berat air yang disesarkan dan isi padu air yang disesarkan Relate buoyant force to the weight of the water displaced and volume of the water displaced

3

0

12

Air disesarkanWater displaced

N N

N

N

(a) Daya apung adalah bersamaan dengan .

Buoyant force is equal to the .

(b) Daya apung = .

Berat air yang disesarkan = .

Buoyant force = .

Weight of the water displaced = .

(c) Apabila berat air yang disesarkan itu bertambah, daya apung juga turut .

As the weight of the water displaced increases, the buoyant force also .

Isi padu air yangdisesarkanVolume ofwater displaced

101214161820222426

101214161820222426

(d) bersamaan dengan isi padu objek yang direndam di dalam air.

The is equal to the volume of the object immersed in the water.

Prinsip Archimedes/Archimedes’ Principle

Prinsip Archimedes menyatakan bahawa apabila suatu objek yang direndamkan sepenuhnya atau sebahagian di

dalam suatu bendalir, daya apung (tujah ke atas) adalah sama dengan berat bendalir yang disesarkan oleh objek tersebut.

Archimedes' Principle states that when a body is fully or partially immersed in a fluid, the buoyant force on the object

(upthrust) is equal to the weight of the fluid displaced by the object.


A. Suhaimi 13A. Suhaimi 13

Persamaan daya apung/Equation of buoyant force(a) daya apung = berat bendalir yang disesarkan/Buoyant force = weight of fluid displaced(b) daya apung = ρVg/buoyant force = ρVg(c) daya apung = berat objek di udara – berat objek di dalam air Buoyant force = weight of object in air – weight of object in water Daya apung dan keapungan/Buoyant force and flotation

(a) Jika objek terapung/If the object floats

Aplikasi Prinsip Archimedes/Application of Archimedes’ Principle

Kapal diperbuat daripada besi akan terapung di atas airShip made of steel will float on water• Sebuahkapalyangterapungdipermukaanlaut

.

A ship floating on the surface of the sea

.

• air yang disesarkan adalah sangat

besar, oleh itu yang disesarkan sangat besar pada kapal tersebut.

The of water displaced is very large,

so the acting on the ship is also very large.

•

, jadi ia terapung.

The weight of ship is equal to the , and therefore it floats.

• Disebaliknya,sebongkahlogamakanmenyesarkanisi

padu air yang sahaja.

volume of water only.

• Jadi, yang bertindak pada logam

itu adalah lebih daripada beratnya; maka ia tenggelam.

So the acting on it is than its weight, and therefore it sinks.

Sebuah bot akan tenggelam lebih dalam di sungai daripada air lautA boat will submerge deeper in the river than in the sea

• Ketumpatanairsungaiadalahlebih daripada ketumpatan air laut.

The density of the fresh river water is than that of sea water.

Di sungai/In the riverDi laut/At sea

Rajah (a)/Diagram (a) Rajah (b)/Diagram (b)

• bot yang terapung itu adalah

sama dengan .

The on the floating boat is equal to

the .

• Semakin ketumpatan air, semakin isi padu air yang disesarkan.

The the density of the water, the the volume of water displaced.

•Ketumpatan =

jisim

isi paduDensity =

massvolume

• Apailabotterapungdipermukaanlaut,isipaduairlaut yang tersesar adalah kecil kerana ketumpatan air laut adalah besar.When the boat is at sea, the volume of sea water displaced is small because the density of sea water is large.

• Jadibotakantenggelamlebihdidalamairsungaiberbanding dengan air laut.So the boat will submerge deeper in river water compared to sea water.


(b) Jika objek dalam seturus cecair bergerak ke atas/If the object moves upward in a liquid column

(c) Jika objek dalam seturus cecair bergerak ke bawah/If the object moves downward in a liquid column

kapal adalah bersamaan dengan

On the other hand, a block of steel will displace a

A. Suhaimi 14

Sesebuah kapal akan tenggelam lebih dalam ke dalam air jika berat yang lebih diletakkan di dalamnya.The hull of the ship will sink deeper in the water if extra weight is put into it.

• Jikaberatbebanbertambah,isipaduairyangdisesarkanjugaturut .

.

• Apabilaisipaduairyangdisesarkanbertambah, juga akan

.

As the volume of the water displaced increases, the .• Badankapaltersebutperlutenggelamlebihdalamuntukmenyesarkan

lebih banyak air supaya dihasilkan untuk menampung berat yang lebih.

to support the extra weight.

Peranan simbol Plimsoll pada kapal lautThe purpose of the Plimsoll symbol on a ship

• Ketumpatanairlautberbezamengikut dan .

The density of sea water varies with and . • Untukmemastikankapaltersebutdiisidenganmuatanygsesuaiberatnya,tandagarisplimsollpadakapal

berfungsi sebagai penanda.To ensure that a ship is loaded within safe limits, the plimsoll line marked on the body of the ship acts as a guide.

Ciri-ciri sebuah kapalCharacteristics of a ship(a) Bentuk 'streamline' untuk mengurangkan rintangan air Streamlined shape to reduce water resistance

(b) Logam mempunyai kekuatan untuk menahan tekanan air yang tinggi

The strength of metal withstands high water pressure

(c) Luas keratan rentas badan kapal adalah supaya lebih stabil

The cross-sectional area of the hull is so that the ship is more stable

(d) Ruang udara di dalam badan kapal adalah untuk menghasilkan daya apung yang besar (membolehkan kapal terapung)

The volume of space in the hull of the ship is in order to produce a large buoyant force (which enables the ship to float)

Kapal A/Ship A

BadankapalHull

Kapal B (muatan yang lebih )Ship B (extra load)

TF : Air tropika tawar/Tropical fresh water F : Air tawar/Fresh water T : Air tropika masin/Tropical salt water S : Lautan musim panas/Salt water in summer F : Air tawar/Fresh water W : Lautan musim sejuk/Salt water in winter WNA : Musim sejuk di Lautan Atlantik Utara/Winter in North Atlantic

TFF T

SWWNA


If the weight of load increases, the volume of the water displaced will also

The hull of the ship must sink lower to displace more water so that there is

A. Suhaimi 15

Belon udara panas/Hot air balloons

• Belonditindakolehduadayautama( daya apung dan berat belon).

Balloon acted by two main forces ( buoyant force and weight of the balloon).

• Ketumpatangasheliumadalah lebih kecil dari ketumpatan udara di sekeliling.

The density of helium gas is smaller than the density of the surrounding air.

• Sebuahbelonudarapanasmenyesarkanisipaduudarayang besar .

A hot air balloon displaces a large volume of air.

• Daya apung adalah sama dengan berat udara yang disesarkan.

The buoyant force is equal to the weight of the air displaced.

• Apabiladayaapung lebih besar daripada berat belon tersebut, belon akan naik ke atas.

When the buoyant force is greater than the total weight of the balloon, the balloon will rise.

• Apabila jumlah berat belon sama dengan daya apung, ia akan kekal terapung di udara.

When the total weight of the balloon is equal to the buoyant force, it will remain floating in the air.

BeratWeight

Daya apungUpthrust/Buoyant force

Daya apungUpthrust/Buoyant force

BeratWeight

Kapal selam/SubmarineKapal selam tenggelam/Submarine sinks

• Kapalselammempunyaitangki-tangkibalastyangbesaryangdigunakanuntukmengawal

dan kapal selam tersebut dari permukaan laut.

A submarine has large ballast tanks, which are used to control its and from the surface of the sea.

• Apabilatangkidiisidenganair, kapal selam tersebut adalah lebih besar daripada daya apung.

When the ballast tanks are filled with water, the of the submarine is larger than the buoyant force.

• Kapalselamtersebutakan ./The submarine will .

Kapal selam timbul semula/Submarine rise up• Tangkibalastdiisidenganudara(semuaairdikeluarkan)./The ballast tanks are filled with air (all water is removed).

• Beratkapalselamtersebutadalahlebih daripada daya apung.

The weight of the submarine is than the buoyant force.

• Kapalselamakan .

The submarine .

Ciri-ciri kapal selam/Characteristics of a submarine(a) Bentuk 'streamline' untuk mengurangkan rintangan air/Streamline shape to reduce water resistance

(b) Bahan yang tebal dan kuat untuk menahan tekanan tinggi kerana tekanan meningkat mengikut kedalaman

Thick and strong materials to withstand high pressure because pressure increases with depth

(c) Mempunyai tangki-tangki balast untuk membolehkan kapal selam tenggelam atau terapung

Has ballast tanks to sink or float the submarine

(d) Mempunyai periskop untuk memantau objek di luar permukaan air

Has periscopes to observe objects above the water surface

(e) Dilengkapi tangki oksigen untuk pernafasan /Equipped with oxigen tanks for respiration

UdaraAir

AirWater

Tangki balast kosongBallast tank empty

Tangki balastpenuh denganairBallast tank fullof water

Permukaan lautSea surface

A. Suhaimi 16

Hidrometer/Hydrometer

SkalaScale

Batang halusThin stem

Kelalang kacadipenuhi udaraAir-�lled glass bulb

Butiran plumbumLead shots

cecair seperti susu dan asid di dalam bateri keretaA hydrometer is an instrument used to measure the

relative density of liquids such as milk and acid in accumulator• Ianyamempunyaikelalangkacayangmengandungi

butiran plumbum untuk membuat hidrometer itu terapung ke atasIt has a glass bulb which contains some lead shots to make it float upright

• Iamempunyaileheryangpanjangdansempitdengan tanda pengukur padanya menyebabkan

hidrometer menjadi It has long narrow neck with a scale marked on it which

makes the hydrometer • Kelalangkacayangbesarpenuhdenganudaraitu

digunakan untuk menyesarkan lebih cecair dan ianya

menyebabkan

menjadikan hidrometer terapungThe large air-filled glass bulb is used to displace more

liquid and it causes the

, hence the hydrometer floats

• Didalamcecairyang lebih kecil ketumpatannya ,

hidrometer akan tenggelam lebih dalam

In a liquid of lower density , the hydrometer is

more submerged

Ciri-ciri sebuah hidrometerCharacteristics of a hydrometer

(a) Letakkan di dalam kelalang kaca untuk memastikan hidrometer dalam keadaan tegak

Put in some in the glass bulb to ensure the hydrometer is upright

(b) Gunakan batang yang lebih untuk mendapatkan selang yang lebih besar

Use a stem to have bigger intervals on the scale

(c) Gunakan kelalang yang dan batang

yang supaya hidrometer tersebut tidak tenggelam sepenuhnya dalam cecair

yang berketumpatan

Use a bulb and stem so that the

hydrometer does not sink all the way in a density liquid

(d) Diperbuat daripada supaya ianya tidak mudah terhakis

Made from so it does not corrode easily

Ciri-ciri belon udara panas/Characteristics of hot air balloons

(a) Belon besar – untuk menghasilkan daya apung yang lebih besar // meningkatkan isi padu udara yang disesarkan

Large balloon – to produce a bigger buoyant force // increase the volume of air displaced

(b) Gunakan pembakar yang lebih – untuk menghasilkan api yang lebih besar // memanaskan gas di dalam belon dengan lebih cepat

Use more burners – to produce bigger flames // heat up the gas in the balloon faster(c) Nilon sintetik – lebih ringan, jisim kecil, kuat dan kalis udara Synthetic nylon – lighter, small mass, strong and air proof material

(d) Suhu udara yang tinggi dalam belon – untuk mengurangkan ketumpatan dan berat udara di dalam belon

High temperature of the air in the balloon – to reduce density and weight of the air in the balloon

(e) Bentuk sfera di atas – untuk mengurangkan rintangan udara , supaya dapat naik ke atas dengan lebih cepat

Spherical top shape – to reduce air resistance , so that can move up faster


• Hidrometeradalahsatuperalatanuntukmengukur

ketumpatan relatif

(tujah ke atas)

(upthrust) to

A. Suhaimi 17

Latihan/Exercises

1 Sebuah blok yang keras digantung di udara dengan menggunakan benang dari neraca spring. Neraca spring tersebut memberikan bacaan 65 N. Apabila blok itu tenggelam sepenuhnya di dalam air, neraca spring memberikan bacaan 30 N.A solid block is suspended in air by a thin thread from a spring balance. The spring balance gives a reading of 65 N.When the block is completely submerged in water, the spring balance gives a reading of 30 N.

(a) Tentukan daya apung yang dikenakan oleh air pada blok tersebut.Determine the buoyant force exerted by the water on the block.

(b) Berapakah berat air yang disesarkan oleh blok tersebut?What is the weight of water displaced by the block?

(c) Tentukan isi padu air yang disesarkan oleh blok. [Ketumpatan air = 1 000 kg m-3]Determine the volume of water displaced by the block. [Density of water = 1 000 kg m-3]

2 Rajah menunjukkan sebiji belon berjisim 200 kg sedang terapung pada kedudukan pegun di udara. Berapakah daya apung belon itu?The diagram shows a balloon of mass 200 kg floating in a stationary position in the air. What is the buoyant force on the balloon?

3 Suatu jasad mempunyai berat 20 N di udara dan 15 N di dalam cecair. Jika isi padu cecair yang tersesar adalah 5 × 10-4 m3, berapakah ketumpatan cecair tersebut?A body has a weight of 20 N in air and 15 N in a liquid. If the volume of the liquid displaced is 5 × 10-4 m3, what is the density of the liquid?

TanahGround

(g = 10 m s–2)


A. Suhaimi 18

3.6 MEMAHAMI PRINSIP BERNOULLIUNDERSTANDING BERNOULLI’S PRINCIPLE

Prinsip Bernoulli/Bernoulli’s Principle

Prinsip Bernoulli menyatakan bahawa tekanan dalam bendalir berkurang apabila laju bendalir tersebut bertambah.

Bernoulli’s Principle states that the pressure of a fluid decreases as the speed of the fluid increases.

Aktiviti yang menerangkan daya paduan yang wujud akibat tekanan yang berbeza pada bendalir Activities that explain that a resultant force exists due to a difference in fluid pressure

Aktiviti/Activity 1

Kedudukan akhirFinal position

Kedudukan asalOriginal position

KertasPaper

Udara ditiupBlowing air

(a) Apabila udara ditiup kuat merentasi sebelah atas permukaan sehelai kertas, didapati bahawa kertas

itu akan When the air is blown across the surface of a piece of

paper, the paper

(b) Ini berlaku kerana

This happens because as

(c) Mengikut Prinsip Bernoulli, tekanan udara yang bergerak menjadi rendah apabila laju udara

According to Bernoulli’s Principle, the pressure of the

moving air decreases as the speed of the air

bawah kertas adalah daripada tekanan udara di sebelah atas permukaan kertas tersebut.The atmospheric pressure which acts at the bottom of

the paper is than the air pressure at the top surface of the paper.

(e) Terdapat perbezaan tekanan,maka

yang menghala ke atas akan menolak kertas tersebut ke atas.

There is a difference in pressure, so a acting upwards will push the paper up.

Aktiviti/Activity 2

PenyedutminumanStraw

Bola pingpongPing-pong ball

BenangString

X ZY

Udara ditiupBlowing air

(a) Apabila udara ditiup dengan kuat dengan penyedut

minuman, kedua-dua bola ping pong akan

When air is blown hard through the straw, the two ping-

pong balls will

(b) Udara bergerak pada

The air moves at a very

(c) Mengikut Prinsip Bernoulli,

.

According to Bernoulli’s Principle,

.(d) Tekanan atmosfera yang bertindak pada bola ping

pong di X dan Y adalah daripada tekanan udara di Z di antara bola ping pong

menyebabkan .The atmospheric pressure which acts on the ping-pong

balls at X and Y is than the air pressure at Z

between the balls causing a .

(e) dihasilkan dan menolak dua biji bola ping pong bergerak mendekati antara satu sama lain.

A is produced and pushes the ping-pong balls to move closer to each other.


(d) Tekanan atmosfera yang bertindak di sebelah

A. Suhaimi 19

Aktiviti/Activity 3

Bola ping pongPing-pong ball

A B

C

CorongturasFilterfunnel

Kedudukan asal/Original position

Udara ditiup/Blowing air

(a) Apabila udara ditiup lebih kuat, bola tidak akan jatuh.When the air is blown harder, the ball does not fall down.

(b) Ini kerana aliran udara pada halaju

yang antara bola dan corong turas, jadi tekanan menjadi

di kawasan A dan B.

velocity between the ball and the wall of the filter funnel, the pressure

becomes in regions A and B. (c) Mengikut Prinsip Bernoulli, tekanan

According to Bernoulli’s Principle, the

pressure of the moving air as the speed of the air increases.

(d) Tekanan atmosfera di kawasan C

yang lebih daripada tekanan udara di kawasan A dan B menyebabkanperbezaantekanan.The atmospheric pressure in region C,

being than the air pressure in region A and B.

(e) ke atas akan terhasil dan menahan bola tersebut daripada jatuh ke bawah.

Aktiviti/Activity 4(1)

P Q RAirWater

Aliran airWater �ow

Halaju rendahTekanan tinggiLow velocityHigh pressure

Halaju sederhanaTekanan sederhanaModerate velocityModerate pressure

Halaju tinggiTekanan rendahHigh velocityLow pressure

• Tekananbendalirberkurangsecara dari P ke R dalam tiub.

The pressure of fluid decreases from P to R in the tube.

• Halajubendalir dari P ke R.

The velocity of fluid from P to R.• PP > PQ > PR , VP < VQ < VR

(2)

P

Q

R AirWater

Aliran airWater �ow




• BahagiantengahQ adalah paling sempit, jadi halaju pada Q

adalah dan tekanannya adalah . The middle part of Q is the narrowest, so the velocity at Q is the

and its pressure is the .• PP > PR > PQ , VP < VR < VQ

(3)

Aliran udaraAir �ow P

QR

AirWater




• BahagiantengahQ adalah paling sempit, jadi halaju pada Q

adalah paling dan tekanannya adalah paling . The middle part of Q is the narrowest, so the velocity at Q is the

and its pressure is the .• PP > PR > PQ , VP < VR < VQ

A is produced upwards and holds the ball thus preventing it from falling down.


This is because the air moves at a very

apabila kelajuan udara meningkat.

udara yang bergerak menjadi

A. Suhaimi 20

Aplikasi Prinsip BernoulliApplications of Bernoulli’s Principle

Penyembur racun seranggaInsecticide spray(a) Apabila omboh ditolak, udara akan dipaksa keluar melalui pada

kelajuan yang dan menyebabkan tekanan udara menjadi rendah.When the piston is pushed, a jet of air is forced out through the jet of

gas at a speed which causes the air pressure to be low.(b) Mengikut Prinsip Bernoulli, tekanan udara yang bergerak itu

apabila laju udara meningkat.

as the speed of the air increases.

(c) di dalam bekas racun serangga adalah lebih tinggi daripada tekanan di luar

menyebabkan wujudnya .

.

(d) Ini menghasilkan yang menolak cecair racun serangga ke atas melalui tiub logam yang sempit.

This produces a which pushes the insecticide up through the narrow metal tube.

Cecair racun seranggaInsect poison liquid

Tiub logam sempitNarrow metal tube

Jet udaraJet of air

OmbohPiston

Aerofoil/Aerofoil

(a) Rajah di sebelah menunjukkan bentuk aerofoil bagi keratan rentas sayap kapal terbang.The figure here shows an aerofoil shape for a cross-sectional area of the wing of an aeroplane.

(b) Ia kelihatan aliran udara lebih panjang di sebelah permukaan atas

daripada di bawah dan menyebabkan

pada permukaan atas tetapi di atas.It will be seen that the path of air is longer over the upper surface than

the lower, and therefore the on the upper surface but

the at the upper surface.

(c) Daya di antara kedua-dua permukaan, yang membantu kapal terbang untuk berlepas (mula naik ke udara).

The between the two surfaces, which helps the plane to take off.

(d) Selain digunakan di kapal terbang, aerofoil juga digunakan pada kereta lumba. Dalam kes ini, aerofoil diterbalikkan, dan daya ke bawah membantu menstabilkan kereta pada kelajuan yang tinggi.In addition to its use in airplanes, aerofoil is also used in racing cars. In this case, the aerofoil is upside down and the downward force helps to stabilise the car at high speeds.

AerofoilAerofoil

Laju udara lebih rendah, tekanan tinggiSpeed of air is lower, higher pressure

Laju udara lebih tinggi, tekanan rendahSpeed of air is higher, lower pressure


According to Bernoulli’s Principle, the pressure of the moving air

latihan 2.7 dam 2.8

Documents