PCK 2KEAPUNGAN,TIMBUL DAN TENGGELAM (BUOYANCY,FLOATING AND SINKING)

Hasil PembelajaranUntuk menyiasat perkara-perkara berhubung dengan keapungan,terapung dan tenggelam.

Pengenalan/teori :Daya tujah dan keapungan

Satu objek yang berada dalam air secara amnya akan mengalami dua daya iaitu berat objek yang bertindak ke bawah dan daya tujah yang bertindak ke atas.Daya terhasil daripada berat objek Daya tujah bertindak ke atas

Daya tujah adalah satu daya yang menghasilkan tolakan ke atas terhadap suatu objek yang berada dalam air.Ia tidak mengira sama ada objek tersebut berada di dalam permukaan air atau tenggelam ke dalam permukaan air.Hal ini dapat dibuktikan dalam keadaan kita menolak satu gabus ke dalam air, selepas kita melepaskan gabus tersebut. Gabus itu akan naik ke permukaan air dengan serta merta kerana gabus itu mengalami daya tujah dari air yang lebih kuat daripada daya hasil dari berat gabus.Kekuatan daya tujah sebenarnya dapat dirasai semasa kita memegang gabus tersebut di dalam air lagi.Secara teorinya, objek mempunyai ketumpatan kurang daripada ketumpatan cecair yang mengapunginya. Daya tujah ke atas akan menyebabkan objek tersebut terapung di atas permukaan cecair. Walau bagaimana pun, jika objek tersebut lebih tumpat daripada cecair yang mengapunginya, daya tujah ke atas setiap tetap wujud tetapi objek tersebut tidak akan timbul sebaliknya akan tenggelam ke bawah kerana magnitude daya tujah yang bertindak ke atas ke atas tidak cukup untuk mengatasi daya yang terhasil oleh berat objek.

PRINSIP ARCHIMEDES

Prinsip Archimedes menyatakan bahawa jasad yang terendam sepenuhnya atai separa rendam akan mengalami satu daya tujah ke atas yang sama magnitudnya dengan berat bendalir yang disesarkan oleh jasad tersebut. Oleh kerana cecair bertambah berat maka ia akan mengalami satu tekanan yang lebih besar di bahagian bawahnya dan tekanan yang lebih kecil di bahagian atasnya. Dengan ini, ia akan menghasilkan satu tekanan yang berkadar langsung dengan daya pada permukaan yang sama.

F = maF = Daya (sama ada keatas/kebawah)m = Jisim cecair yang disesarkana = isipadu

Ringkasnya prinsip Archimedes adalah daya tujah ke atas sama dengan berat yang hilang atau berat cecair yang disesarkan.

Terdapat tiga faktor yang mempunyai daya tujah. Pertama,isipadu jasad yang lebih besar akan menghasilkan daya tujah yang lebih besar. Kedua ialah kekuatan medan gravity. Medan gravity yang kuat akan menghasilkan daya tujah yang lebih besar. Ketiga, ketumpatan cecair. Cecair yang lebih tumpat akan menghasilkan daya tujah yang lebih besar.

PRINSIP KEAPUNGAN

Prinsip keapungan menyatakan bahawa berat satu jasad yang terapung pada permukaan cecair adalah sama nilai dengan berat cecair yang disesarkan.

Terdapat tiga prinsip keapungan dalam air iaitu yang pertama ,jasad akan terus timbul atau naik ke atas permukaan air jika daya tujah ke atas melebihi berat jasad. Kedua, satu objek atau jasad akan tenggelam atau jatuh ke bawah air jika berat jasad melebihi daya tujah ke atas. Ketiga, satu jasad akan terapung atau pegun di permukaan air jika daya tujah ke atas adalah sama dengan berat objek. Fenomena keapungan ini menyebabkan sampan dan perahu dapat terapung dalam air.

Radas dan bahan :2 bikar,saline solution, 2 biji telur, 5 plastisin ( 50g setiap satu)

AktivitiMenyiasat sebab-sebab kenapa sesuatu jasad terapung atau tenggelam dalam bendalir.

Langkah-langkah1. Isikan satu bikar dengan air paip dan satu lagi bikar dengan air saline. Letakkan telur ke dalam setiap bikar. Perhatikan apa yang berlaku.2. Ambil 1 plastisin berjisim 50g. Letakkan dalam besen berisi air. Apakah yang berlaku? Ambil 2 lagi plastisin setiap satu berjisim 50g. Binakan dua bot dari plastisin itu, satu dengan sisi yang rendah dan satu lagi dengan sisi yang lebih tinggi.3. Letakan dua bot plastisin ke dalam besen berisi penuh air supaya ia timbul. Catatkan pemerhatian anda.4. Sekarang dengan berhati-hati dan perlahan, letakkan satu plastisin ke dalam setiap bot yang telah dibina. Bot yang manakah yang masih timbul? Catatkan pemerhatian and.5. Apakah inferens dari pemerhatian di atas ?6. Tuliskan laporan ujikaji berkenaan aktiviti di atas dengan memasukkan objektif, bahan-bahan/peralatan yang digunakan, langkah-langkah, gambarajah ujikaji, keputusan dan perbincangan ujikaji.

Keputusan (Aktiviti 1)

Objektif Untuk menyiasat sesuatu benda akan terapung atau tenggelam dalam cecair.

Mengenal pasti masalah Adakah cecair yang berlainan jenis dan ketumpatan akan menghasilkan kesan keapungan yang berlainan.

HipotesisKetumpatan cecair akan mempengaruhi kadar keapungan telur.

KeputusanKandunganPemerhatian

Air pili + telurTelur terapung ke dasar air pili

Saline solution + telurTelur tenggelam di bawah permukaan air

InferensTelur lebih tumpat dari air pili tetapi air pili kurang tumpat berbanding dengan saline solution (larutan garam ).

Rajah 1 : Keputusan keapungan telur dalam air pili dan saline solution.

Perbincangan

Telur tenggelam sepenuhnya dalam air pili dan ini menunjukkan bahawa telur lebih tumpat daripada air pili. Tetapi telur berada pada permukaan saline solution ( larutan garam) menunjukkan bahawa ketumpatan larutan atau cecair mempengaruhi daya keapungan telur. Hal ini kerana jika makin tumpat sesuatu cecair tersebut atau larutan maka ketumpatan cecair akan menghasilkan daya tujah air yang lebih kuat yang boleh mengatasi berat sesuatu objek.

Dalam aktiviti ini, larutan garam membuktikan bahawa ia mempunyai daya tujah yang kuat hingga telur tersebut tidak tenggelam sepenuhnya. Berbanding dengan air pili yang mempunyai ketumpatan yang kurang menyebabkan daya tujah air pili tidak mampu untuk mengatasi berat objek menyebabkan objek tenggelam sepenuhnya.

Dalam eksperiment ini, terdapat beberapa perkara yang boleh ditambahbaik. Antaranya ialah menambah satu jenis larutan lagi seperti larutan air kolam untuk membandingkannya dari segi kepelbagaian cecair yang digunakan. Ia membolehkan pelajar menggembangkan lagi kemahiran dan pengetahuan mereka kerana terdapat lebih banyak contoh yang membolehkan pelajar melakukan perbandingan dengan lebih baik lagi.

Kesimpulan

Hipotesis diterima di mana ketumpatan cecair akan mempengaruhi kadar keapungan objek. Ini membuktikan dalam larutan garam , ia lebih tumpat kerana terdapat banyak bahan lain seperti garam yang akan menambahkan lagi ketumpatan air menyebabkan telur tidak tenggelam sepenuhnya. Sebaliknya hanya berada di bawah permukaan larutan garam sahaja berbanding dengan air pili.

Keputusan (Aktiviti 2)Mengenal pasti masalahAdakah bentuk dan ketinggian sisi perahu mempengaruhi keapungan dan tenggelam sesuatu objek.

KeputusanObjekPemerhatianInferens

Perahu sisi rendahPerahu terapung tetapi apabila 50 g bola plastisin diletakkan di dalam perahu, ia tenggelam sepenuhnya ke dalam dasar besen kerana tebing perahu di masuki air.

Oleh kerana perahu sisi rendah, maka apabila terdapat muatan yang lebih berat, sisi perahu tidak dapat menampung atau menghalang air masuk menyebabkan ia tenggelam (karam).Sisi perahu yang rendah akan menyebabkan perahu tenggelam walaupun pada awalnya perahu terapung di atas air.

Perahu sisi tinggiPerahu terapung dalam besen. Apabila 50 g bola plastisin diletakkan, sisi perahu tenggelam sedikit tetapi ia masih berada dalam keadaan terapung. Tidak terdapat kemasukkan air di dalam perahu.Oleh kerana sisi perahu yang tinggi dan terdapat muatan yang diletakkan di dalamnya, perahu masih mampu untuk menampung berat 50 g bola plastisin tersebut. Sisi yang tinggi menyebabkan perahu tidak tenggelam (karam) seperti perahu sisi rendah.

50 g bola plastisinBebola plastisin akan tenggelam sebaik sahaja diletakkan di atas permukaan air.Oleh kerana bentuk bebola plastisin yang bulat dan tidak mempunyai tapak yang luas untuk menghasilkan daya tujah yang tinggi maka ia tenggelam.

Inferens Bentuk amat mempengaruhi keapungan sesuatu objek kerana berat yang sama tetapi berlainan bentuk akan menyebabkan terdapat tiga keadaan yang berbeza berlaku.

PerbincanganDalam eksperimen ini telah membuktikan terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi keapungan sesuatu objek. Berdasarkan pemerhatian di atas dapat di simpulkan bahawa dengan jisim yang sama iaitu plastisin 50 g tetapi berlainan bentuk di mana bentuk perahu dengan dengan sisi rendah dan tinggi serta berbentuk bulat. Ia menghasilkan tiga keadaan yang berbeza di mana bebola plastisin yang berbentuk bulat terus tenggelam ke dalam air manakala perahu masih terapung.Kemudian perahu di tambah dengan jisim yang sama iaitu 50 g lagi tetapi ia tenggelam. Keadaan ini jelas menunjukkan bahawa bentuk sesuatu objek mempengaruhi keapungan. Walaupun perahu sisi tinggi mempunyai jisim yang sama tetapi ia masih terapung berbanding dengan perahu sisi rendah.Eksperimen ini boleh ditambah baik untuk memperkukuhkan kefahaman dan teori yang diperolehi oleh pelajar. Contohnya bentuk yang akan di uji boleh dibentuk seperti bentuk segiempat, segi tiga, bebola tetapi di dalamnya kosong iaitu mempunyai rongga udara, tanah liat yang dileperkan nipis-nipis hingga ia menjadi besar. Ini bukan sahaja menambah daya tarikan eksperimen ini tetapi dapat memperkukuhkan lagi pemahaman dan ilmu yang diperolehi.

KesimpulanHipotesis diterima di mana bentuk dan ketinggian sisi objek mempengaruhi keapungan sesuatu objek. Hal ini dibuktikan dalam keputusan di mana jisim 50 g tetapi bebola yang berbantuk bulat dan dimampatkan akan tenggelam manakala perahu tidak tenggelam tetapi apabila ditambah beban sebanyak 50 g, perahu sisi rendah tidak mampu bertahan dan akhirnya tenggelam (karam), manakala perahu sisi tinggi pula mampu bertahan.

Refleksi

Dalam eksperimen ini terdapat banyak perkara yang saya pelajari antaranya betapa pentingnya bentuk dalam mempengaruhi daya keapungan objek. Sesungguhnya keapungan objek amat penting dalam kehidupan seharian. Dalam hal ini terdapat beberapa kelemahan yang dapat dikenalpasti antaranya perahu yang dibina tidak sama bentuk. Ini terjadi kerana pelajar harus mencipta perahu yang sama besar tetapi walau bagaimanapun memandangkan plastisin amat mudah berubah bentuk maka perahu yang dicipta tidak akan menjadi sama bentuk.Walapun terdapat kelemahan tetapi setiap kekurangan ada cara penyelesaiannya. Saya mencadangkan agar untuk membuat perahu, satu acuan harus disediakan. Ini membolehkan pelajar membina perahu yang sama saiz tetapi berlainan sisi (tinggi/rendah).Eksperimen ini membolehkan kami mencipta sebuah perahu yang selamat dalam masa yang sama membolehkan kami memahami akan cirri-ciri keselamatan dalam membentuk perahu seperti tebing tinggi, tapak yang tirus dan luas serta tapak yang kuat agar tidak mudah pecah atau bocor.

Soalan kemahiran dan penguasaan

1. Bagaimanakah daya tujah dikira bagi objek yang diletakkan dalam bendalir dan nyatakan faktor-faktor yang mempengaruhi keapungan objek dalam bendalir ?Daya tujah wujud dalam cecair disebabkan oleh tekanan cecair yang bertambah dengan kedalamannya samada objek itu akan terapung atau tenggelam adalah bergantung kepada beza antara dua daya.Ia dikira seperti berikut:

Fbuo = pvgBacaan mula = 1.0 NBacaan diletakkan dalam air = 0.4 N1.0 N 0.4 N = 0.6NIni bermakna berat air yang disesarkan = 0.6 NFbuo = 0.6N

Antara faktor keapungan objek ialah pertama bentuk, dimana jika bentuknya terdapat ruang udara atau bentuk perahu yang mempunyai sisi maka perahu tersebut mampu untuk terapung tetapi jika bentuknya sfera maka objek itu berkemungkinan akan tenggelam . Kedua,berat. Jika objek tersebut makin berat maka makin mudah ia untuk tenggelam. Sebagai contoh bebola plastisin 50 g tenggelam apabila diletakkan di atas permukaan air. Ketumpatan juga mempengaruhi daya keapungan objek dimana jika cecair lebih tempat dari objek maka ia akan timbul tetapi jika cecair kurang tumpat dari objek maka ia akan tenggelam.

2. Kenapakah sesuatu objek terapung atau tenggelam dalam bendalir ?Ini kerana setiap objek terdapat ketumpatannya. Jika bendalir lebih tumpat daripada objek maka ia akan terapung kerana terdapat daya tujahan yang bertindak dari bendalir manakala jika objek lebih tumpat daripada bendalir maka objek tersebut akan tenggelam kerana daya tujahan bendalir tidak mampu untuk mengatasi berat objek. Formula untuk keapungan objek ialah Ff = mv iaitu daya keapungan adalah berkadar terus dengan m, jika objek dengan v, isipadu.

3. Apakah kesan garam apabila dilarutkan dalam air dan terangkan kenapakah telur ayam boleh timbul dengan air saline ? Seterusnya,terangkan kenapa kita mudah timbul dalam air laut berbanding air sungai ?Ketumpatan air bertambah apabila lgaram dilarutkan kedalam air. Ini akan menyebabkan ketumpatan air garam lebih tinggi daripada berat telur ayamManusia boleh terapung didalam air laut kerana ketumpatan air laut adalah lebih tinggi daripada ketumpatan berat badan manusia. Jadi ketumpatan air laut akan menghasilkan daya tujah air yang lebih kuat yang boleh mengatasi berat badan manusia.

4. Terangkan Prinsip Archimedes dan huraikan bagaimana sebuah kapal yang diperbuat daripada besi dapat timbul dalam air ?Prinsip Achimedes berlaku apabila satu objek direndam sebahagiannya atau sepenuhnya di dalam suatu bendalir maka objek itu mengalami daya apungan ke atas yang sama dengan berat bendalir yang disesarkan. Contohnya kapal laut yang diperbuat daripada besi itu digumpalkan maka kapal itu akan tenggelam tetapi oleh kerana kapal yang diperbuat daripada besi itu diubah bentuknya menjadi perahu dan terdapat rongga udara di bawah kapal maka kapal yang diperbuat daripada besi yang lebih tumpat daripada air mampu untuk terapung.Rekabentuk kapal dibina supaya ia menyesarkan air supaya berat air yang disesarkan dapat mengapungkan kapal tersebut. Kesimpulannya, objek yang lebih tumpat boleh terapung dengan syarat diubahsuai bentuknya.

5. Apakah yang telah dipelajari melalui aktiviti ini dan dalam bahagian manakah topik ini diletakkan dalam sukatan kurikulum sains rendah ?Saya telah mempelajari konsep keapungan berlaku dimana terdapat tiga faktor utama iaitu ketumpatan cecair. Jika cecair lebih tumpat akan menyebabkan objeknya timbul manakala jika kurang daripada objek maka objek akan tenggelam. Selain iru, bentuk,saiz dan berat juga mempengaruhi keapungan sesuatu objek iaitu objek yang sama berat tetapi berlainan saiz maka ia akan menyebabkan keputusan yang berlainan.Contohnya jisim yang sama iaitu plastisin 50 g mempunyai bentuk yang berlainan di mana bentuk perahu dengan sisi rendah dan tinggi serta bentuk bulat menghasilkan tiga keadaan yang berbeza di mana bebola plastisin yang berbentuk bulat akan tenggelam dalam air. Manakal perahu masih terapung. Kemudianperahu ditambah dengan jisim 50 g jisim yang sama lahi tetapi perahu sisi rendah tenggelam. Keadaan ini jelas menunjukkan bahawa bentuk sesuatu objek mempengaruhi keapungan. Oleh yang demikian saya mempelajari cirri-ciri utama kapal yang selamat seperti mempunyai rongga udara yang banyak di bawah perahu, tebing yang tinggi dan keadaan tapak yang tirus. Ini merupakan satu pengetahuan yang penting kerana keselamatan adalah bergantung kepada ciri-ciri di atas.Dalam Kurikulum Sains Sekolah rendah topik ini diajar kepada muri-murid Tahap 1 di bawah tajuk mengenalpasti bahan yang terapung dan tenggelam.

RUJUKAN

1. www.thefreedictionary.com/floting2. http://www.spartechsofware.com/reeko/experiments/floting.htm3. http://www.super-science-experiments.com/cat_floating.html4. http://www.kids-science-experiments.com/diverinabottle.html5. http://www.kids-science-experiments.com/floatorsinkexercise.html

Buku Chong Chee Sian (2011) , Referens Ekspres SPM Fizik , Selangor, Pelangi Sdn BhdLee Cheng Xi,Lee Beng Hin (2012). Fizik SPM Nota Ekspres,Selangor,Oxford Fajar Sdn Bhd.

Toh Kim Kau,(2009). Nexus Vista Fizik SPM, Selangor, Sasbadi Sdn.Bhd.

Yap Eng Keat,Kho Goh Kow (2013).Longman Esensi Fizik SPM,Selangor,Pearson Malaysia Sdn Bhd

Kho Goh Kow (2011).Referens Ekspress SPM, Selangor,Pelangi Sdn Bhd

SEKAPUR SIREH

Bersyukur kami ke hadrat Ilahi kerana akhirnya kami berjaya menyiapkan kerja kursus ini dalam tempoh yang telah ditetapkan. Pada mulanya kami berasa agak sukar untuk memahami kehendak soalan yang dikemukakan. Setelah membuat kajian berkali-kali ke atas soalan,akhirnya kami berjaya menyiapkan tugasan yang diberikan.Tugasan yang disiapkan ini memerlukan kami mencari bahan-bahan rujukan dari pelbagai sumber seperti buku rujukan dan internet. Namun bahan yang diperlukan itu akhirnya berjaya ditemui dan diaplikasikan di dalam kerja kursus ini.Kami juga ingin merakamkan jutaan terima kasih kepada Encik Ahmad Rushdi B. Ramli selaku pensyarah SCE 3105 yang telah banyak memberikan panduan dan tunjuk ajar untuk membolehkan kami menyiapkan tugasan ini. Tidak lupa juga kepada rakan-rakan sekuliah yang sentiasa bersedia untuk membantu memberikan idea dan tunjuk ajar bagi menyiapkan tugasan ini. Semoga tugasan yang disiapkan ini dapat memenuhi kehendak soalan yang diberikan.

Sekian dan terima kasih.