Bab 2

Daya dan Gerakan

TINGKATAN 4

FIZIK

Cikgu Desikan

Disunting oleh

SMK Changkat Beruas, Perak

Cikgu Khairul AnuarDengan kolaborasi bersama

SMK Seri Mahkota, Kuantan

1. Menganalisis gerakan linear

2. Menganalisis graf gerakan

3. Memahami inersia

4. Menganalisis momentum

5. Memahami kesan daya

6. Menganalisis impuls dan daya impuls

7. Menyedari kepentingan ciri-ciri

keselamatan kenderaan

Pelajar-pelajar yang dikasihi,

Dua proses yang asas dalam pendidikan adalah mengetahui dan menghargai.

8. Memahami daya graviti

9. Menganalisis keseimbangan daya

10. Memahami kerja, tenaga,kuasa dan

kecekapan

11. Menghargai kepentingan memaksima

kan kecekapan alat

12. Memahami kekenyalan.

Bab 2

Daya dan Gerakan

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

P1 8 7 8 9 9 8 7 9

P2

A 1 1 1 1 1 1 2 1

B 1 1 - - -

C 1 1 - 1

P3A 1 1 - - 1

B 1 1 1 - -

Analisis Soalan-soalan Tahun Lepas

Objektif Pembelajaran :

FIZ

IK T

ING

KA

TA

N 4

2016

Peta Konsep

Pelajar-pelajar yang dikasihi,

Daya & Gerakan

Kinematik Dinamik

Jarak Sesaran

Laju Halaju

Graf Persamaan

Gerakan

Linear

Gerakan Linear

Pecutan/Nyahpecutan

Inersia Kesan Daya Momentum Linear

Jisim

Hukum

Gerakan

Newton

Pertama

Hukum

Gerakan

Newton

Kedua

F=ma

Prinsip

Paduan

Daya

Prinsip

Leraian

Daya

Pelanggaran

Kenyal/

Tak Kenyal

Letupan

Prinsip Keabadian

momentum

Yang penting bukan kad yang anda miliki tetapi bagaimana

anda bermain dengannya!!!

Kerja

TenagaKuasa

Bab 2

Daya dan Gerakan

Hukum Gerakan

Newton Ketiga

2.1 Gerakan Linear

Jarak

Jumlah panjang lintasan yang dilalui oleh

suatu jasad dari satu titik ke titik yang lain.

Sesaran

Jarak suatu jasad bergerak dari kedudukan

asal ke kedudukan akhir pada arah tertentu.

Halaju

kadar perubahan sesaran terhadap masa

Laju

kadar perubahan jarak terhadap masa.

Laju Purata Halaju Purata

Kuantiti Fizik

Laju seragam

laju yang mempunyai magnitud yang sama di

sepanjang lintasan

Halaju seragam

halaju yang mempunyai magnitud dan arah

gerakan yang sama.

4

Pecutan

kadar perubahan halaju terhadap masa

5

Laju

seragam

Halaju

seragam

10 ms-1

20 ms-1

30 ms-1

40 ms-1

10 ms-1

20 ms-1

30 ms-1

40 ms-1

Laju

seragam

Halaju

seragam

Malar =

Halaju sifar =

Halaju negatif =

Pecutan sifar =

Pecutan positif =

Pecutan negatif =

Suatu objek mempunyai halaju seragam jika :

6

Arah gerakan adalah sama atau

gerakan linear

Magnitud halajunya adalah

kekal sama+Suatu objek mempunyai laju seragam jika :

Magnitud lajunya kekal sama

tanpa mengambil kira arahnya

Laju

seragam

Halaju

seragam

Laju

seragam

Halaju

seragam

10 ms-1

10 ms-1

10 ms-1

10 ms-1

10 ms-1

10 ms-1

10 ms-1

10 ms-1

Contoh 1

Sebuah kapal terbang terbang ke arah utara

dengan halaju 300 km/jam selama satu jam.

Kemudian, kapal terbang itu terbang ke arah timur

dengan halaju 400 km/jam selama satu jam.

a) Apakah kelajuan purata kapal terbang itu?

b) Apakah halaju purata kapal terbang itu?

Contoh 2

Meter kelajuan bagi sebuah kereta yang

dalam perjalanan ke utara menunjukkan

bacaan 70 km/jam. Satu lagi kereta bergerak

pada kelajuan 70 km/jam ke arah selatan.

Adalah kelajuan kedua-dua kereta sama?

Adakah halaju kedua-dua kereta sama?

7

Masa, t =

=

Sesaran, s =

Halaju = =

PecutanElapse time, t

Halaju awal, u =

Halaju akhir, v =

Pecutan = 8

x cm

11 titik

Jangka masa detik Halaju

t

s

x1 cm

11 titik

x2 cm

Arah gerakan

• Menggunakan bekalan kuasa a.u. 12 V

• 1 detik =

• Masa yang diambil untuk menghasilkan 50

detik pada pita detik adalah 1 saat. Maka,

selang masa antara 2 titik yang berturutan

adalah 1/50 = 0.02 s.

• 1 detik = 0.02 s

Bil. detik = Bil. titik - 1

Persamaan Gerakan Linear

u = halaju awal

v = halaju akhir

t = masa yang diambil

s = sesaran

a = pecutan malar

9

Rajah menunjukkan carta pita detik bagi

sebuah troli yang bergerak. Frekuensi

jangka masa detik yang digunakan ialah

50 Hz. Setiap bahagian mempunyai 11 titik.

a) Apakah masa antara dua titik?

b) Apakah masa yang diambil untuk satu

jalur pita detik?

c) Apakah halaju awal?

d) Apakah halaju akhir?

e) Apakah selang masa untuk berubah dari

halaju awal kepada halaju akhir?

f) Apakah pecutan troli tersebut?

10

Latihan 2.1

2010 30 40 50 60 70 80 90 1100

2

4

6

8

10

12

Panjang (cm)

Detik

100

1.

2. Sebuah roket mengalami pecutan 20 ms-2.

Kira halaju selepas 2.5 minit jika halaju

awalnya adalah 3000 ms-1.

11

3. Sebuah van naik suatu cerun dan berhenti

selepas 12 saat. Jika halaju awal adalah

18 ms-1, kirakan pecutan van tersebut.

12

4. Sekumpulan pelajar membuat roket dan

melancarkannya menegak ke atas dengan

halaju 27 ms-1. Berapakah jumlah jarak

yang dilalui oleh roket?

[Andaikan g = 10 ms-2]

13

6 cm

Latihan

Berdasarkan keratan pita detik di atas tentukan

a) Jumlah masa

b) Halaju purata.

Soalan 2

Berdasarkan keratan pita detik di bawah tentukan nilai pecutan.

Soalan 1

3 cm 5 cm

A B

Pita detik Carta Pita Detik Jenis Gerakan

Halaju seragam

(i)

(ii)

• Jarak di antara titik bertambah

secara seragam

• Halaju objek

________________________

• Objek bergerak dengan

________________________

• Jarak di antara titik berkurang

secara seragam

• Halaju objek

________________________

• Objek bergerak dengan

________________________

14

Len

gth

/cm

Len

gth

/cm

Len

gth

/cm

(i)

(ii)

Ja

rak

/ cm

Ja

rak

/ cm

Ja

rak

/ cm

2.2 Graf Gerakan

Graf Sesaran - Masa

Graf Halaju - Masa

15

s /m

t/sA

B C

D

v /m

t/sA

B C

D

Bhgn Kecerunan Pecutan Sesaran

A – B

B – C

C – D

Bhgn Kecerunan Halaju Pecutan

A – B

B – C

C – D

Halaju sifar

Halaju negatif dan

seragam

Halaju seragam

s lawan t v lawan t a lawan t

16Graf Gerakan

s

t

v

t

a

t

s

t

v

t

a

t

s

t

v

t

a

t

Pecutan malar

Nyahpecutan

malar

17

*** Kecerunan graf s-t mewakili halaju. Kecerunan ↑, Halaju ↑.

s lawan t v lawan t a lawan t

s

t

v

t

a

t

s

t

v

t

a

t

2.3 Inersia

Setiap objek akan terus

berada dalam keadaan pegun

atau terus bergerak dengan

halaju tetap pada satu garisan

lurus kecuali dikenakan oleh

suatu daya luar.

Hubungan inersia dan

jisim

Semakin besar jisim suatu

objek, semakin besar

inersianya.

Situasi-situasi yang melibatkan inersia

Apabila kadbod disentap, duit syiling

tidak bergerak bersama-sama kadbod.

Inersia duit syiling itu mengekalkan

kedudukan asalnya.

Duit syiling jatuh ke dalam gelas

disebabkan oleh daya tarikan graviti.

Apabila bas bergerak secara mengejut

dari kedudukan rehat, kaki kita

terbawa ke hadapan tetapi badan kita

cenderung untuk kekal dalam keadaan

rehat disebabkan inersia. Ini

menyebabkan badan kita terhumban

ke belakang.

Apabila bas berhenti mengejut, kaki

kita dalam keadaan rehat tetapi badan

kita cenderung untuk meneruskan

gerakan ke hadapan disebabkan

inersia. Ini menyebabkan badan kita

untuk terhumban ke hadapan.

** Cuba eksperimen

inersia menggunakan

baldi

18

Cara Penerangan

Tangki yang mengandungi cecair dalam

sebuah lori perlu dibahagikan kepada

beberapa bahagian yang kecil

Bahagian di antara tempat duduk pemandu

dan beban harus mempunyai struktur keluli

yang kukuh

Tali pinggang keledar

Beg udara

Cara menggurangkan kesan negatif inersia

Budak lelaki melarikan diri daripada seekor lembu

dengan gerakan zig zag. Inersia lembu yang

besar menyebabkannya sukar mengubah

gerakan semasa mengejar budak tersebut.

Inersia lembu besar kerana jisimnya yang besar.

19

Sos cili di dalam satu botol dikeluarkan secara mudah dengan

menggerakkan botol ke bawah dengan cepat dan diberhentikan secara

mengejut. Sos cili di dalam botol bergerak bersama-sama botol ke

bawah. Apabila botol diberhentikan secara mengejut, sos cili terus

berada dalam keadaan gerakan ke bawah disebabkan inersianya.

2.4 Momentum

Kedua-dua objek bergerak dengan halaju

yang berbeza selepas perlanggaran.

Momentum diabadikan

Tenaga kinetik diabadikan

Jumlah tenaga diabadikan

1. Momentum ialah

2. Momentum = Jisim x Halaju

p = mv

3. Momentum merupakan kuantiti vektor 4. Unit SI momentum : kg m s-1

Prinsip Keabadian Momentum

Dalam suatu perlanggaran, jumlah momentum sebelum perlanggaran adalah sentiasa sama

dengan jumlah momentum selepas perlanggaran jika tiada daya luar bertindak ke atas sistem itu.

Kedua-dua objek bergerak bersama-sama

dengan halaju sepunya.

Momentum diabadikan

Tenaga kinetik tidak diabadikan

Jumlah tenaga diabadikan

20

u1

m1 m2

u2 v1

m1 m2

v2

Selepas PerlanggaranSebelum Perlanggaran

u1

m1 m2

u2v1 = v2

m1 m2

Selepas PerlanggaranSebelum Perlanggaran

Jumlah momentum sebelum perlanggaran = Jumlah momentum selepas perlanggaran

Perlanggaran

Kenyal

21

Perlanggaran

Tak Kenyal

Perlanggaran Kenyal

dan Perlanggaran Tak Kenyal

Kedua-dua objek bercantum dan pegun

sebelum letupan dan bergerak

bertentangan arah selepas letupan.

Momentum diabadikan.

Jumlah

momentum

sebelum letupan

ialah sifar.

Jumlah momentum

selepas letupan :

m1v1 + m2v2

Berdasarkan Prinsip Keabadian Momentum :

0 = m1v1 + m2v2

m1v1 = - m2v2

tanda – menunjukkan objek bergerak pada

arah yang berlawanan selepas letupan.

22

v1

m1 m2

v2

m1 m2

Sebelum Letupan Selepas Letupan

Pegun

Jumlah momentum =

sebelum letupan

Jumlah momentum

selepas letupan

1. Troli A yang berjisim 3 kg bergerak dengan halaju 2 ms-1 dan berlanggar dengan troli B yang

pegun. Selepas perlanggaran, troli A bergerak dengan halaju 0.4 ms-1. Jika perlanggaran ini

adalah kenyal, tentukan momentum troli B selepas perlanggaran.

A

2 ms-1

B

pegun

A

0.4 ms-1

B

mA=3kg mB=? mA=3kg mB=?

vB=?

23

Latihan 2.4

2. Sebuah kereta bergerak dengan halaju 32 ms-1 berlanggar dengan sebuah lori yang bergerak

pada halaju 17ms-1 dari arah yang bertentangan. Jika jisim kereta dan lori adalah masing-

masing 1 200 kg dan 5 500 kg, kirakan

a) momentum kereta sebelum perlanggaran

b) jumlah momentum

c) halaju akhir kedua-dua kenderaan selepas perlanggaran jika perlanggaran tersebut adalah

tak kenyal.

A

32 ms-1

B

mC=1200kg mL=5500 kg

17 ms-1

AB

v=?

mC=1200kg mL=5500 kg

24

3. Sebutir peluru berjisim 5 g dengan kelajuan 150 ms-1 melanggar dengan ketulan ais berjisim

1.5 kg yang terletak pada permukaan yang licin. Peluru itu melalui kiub ais dan kemudiannya

bergerak dengan halaju 70 ms-1. Apakah halaju kiub ais?

25

4. Sebutir peluru yang berjisim 10 g yang ditembak dari sebuah senapang bergerak pada

kelajuan 300 ms-1. Jika jisim senapang adalah 7.5 kg, kirakan kelajuan sentakan senapang

tersebut.

26

2.5 Daya

Daya Seimbang

Apabila daya-daya yang bertindak ke atas suatu objek seimbang, ia akan saling memJawuh.

Daya paduan yang bertindak ke atas objek tersebut = 0 N.

Daya tak seimbang / Daya paduan

Kesan daya : Mengubah

● bentuk dan saiz objek ● gerakan objek dan ● kedudukan objek 27

Kesan :

Objek pegun [ halaju = 0] objek akan terus bergerak dengan halaju

seragam [ a = 0]

atau

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.

Daya, Jisim & Pecutan

Apabila daya bersih, F, bertindak ke atas

objek yang bejisim, m , objek tersebut

akan mengalami pecutan.

Pecutan suatu objek berkadar terus dengan

magnitud daya paduan yang bertindak ke

atasnya dan berkadar songsang dengan

jisimnya.

Arah pecutan objek tersebut sama dengan

arah daya paduan.

Daya Paduan = Jisim x Pecutan

Hubungan antara a & F Hubungan antara a & m

a

F0

a

m0

28

a

F

2. Tentukan nilai F.

1. Tentukan pecutan objek bagi kes di

bawah.

a)

b)

29

F = 10 N5 kg

Permukaan licin

FR = 15 N 3 kgF = 45 N

FR = 5 N 10 kg F

a = 4 ms-2

3. Tentukan nilai m.

FR = 10 N m kg

F = 60 N

a = 2 ms-2

Latihan 2.5

5. Ali mengenakan daya 50 N untuk

menggerakkan meja berjisim 10 kg dengan

halaju malar. Apakah daya geseran yang

bertindak di atas meja?

30

4. Berapakah daya diperlukan untuk

menggerakkan objek berjisim 2 kg dengan

pecutan 3 ms-2, jika

a) objek berada di atas permukaan yang

licin?

b) objek berada di atas permukaan di

mana daya geseran purata yang

bertindak ke atas objek itu adalah 2 N?

7. Yang mana satu sistem berikut akan

menghasilkan pecutan maksimum?

6. Sebuah kereta berjisim 1200 kg dengan

halaju 20 m/s dibawa kepada keadaan

rehat selepas bergerak 30 m. Cari

a) nyahpecutan purata,

b) daya brek purata.

31

80 Nm

100 NA.

14 Nm

6 NB.

15 Nm

5 NC.

28 Nm

52 ND.

2.6 Impuls dan Daya Impuls

Perubahan momentum

Unit : kgms-1 atau Ns

Impuls

Kadar perubahan momentum

dalam suatu perlanggaran

atau letupan

Unit = N

Daya Impuls, FI

Kesan Masa

t↓ FI ↑

t↑ FI ↓

Daya impuls, F berkadar

songsang dengan masa

sentuhan, t dalam suatu

perlanggaran.

• Masa sentuhan panjang

Daya impuls berkurang

• Masa sentuhan singkat

Daya impuls bertambah

***

32

FI

t

FI

t

1

Situasi dalam sukan di mana daya impuls perlu dikurangkan

33

Tilam tebal digunakan dalam acara lompat tinggi. Apabila atlit jatuh ke atas

tilam tebal, masa hentaman dapat dipanjangkan. Maka daya impuls yang

terhasil dapat dikurangkan. Dengan itu, ia dapat mengelak atlit mengalami

kecederaan akibat daripada daya impuls.

Apabila seorang gimnas mempersembahkan aksi

Squat Vault, dia akan bengkok kakinya ketika

mendarat. Ini adalah untuk memanjangkan masa

mendarat untuk mengurangkan daya impuls yang

bertindak ke atas kakinya. Ini akan

mengurangkan peluang mengalami kecederaan

serius.

Seorang pemain besbol mesti menangkap bola mengikut arah

gerakan bola. Menggerakkan tangannya ke belakang apabila

menangkap bola memanjangkan masa perubahan momentum,

seterusnya mengurangkan daya impuls.

Penjaga gol memakai sarung tangan tebal bagi meningkatkan

masa hentaman sewaktu menangkap bola yang bergerak laju.

Ini dapat menggurangkan daya impuls.

Situasi di mana daya impuls perlu ditingkatkan

34

Kepala tukul besar yang bergerak laju dibawa kepada

kedudukan rehat setelah memukul kuku. Perubahan besar pada

momentum dalam selang masa yang singkat menghasilkan daya

impuls besar yang memaksa paku tembus ke dalam kayu.

Bola sepak mesti mempunyai tekanan udara yang cukup di dalamnya

supaya masa sentuhan adalah pendek. Akibatnya, daya impuls yang

bertindak ke atas bola akan menjadi lebih tinggi dan bola akan bergerak

lebih pantas dan lebih jauh.

Antan dan lesung diperbuat daripada batu, kedua-duanya

mempunyai permukaan yang keras. Antan diangkat ke atas dan

cili di dalam lesung ditumbuk dengan cepat. Daya impuls yang

tinggi dihasilkan dalam proses ini dan menghancurkan cili dengan

mudah.

Lesung

Antan

Tangan ahli karate dihayun dengan pantas sebelum menghentam

kepingan kayu. Sebaik sahaja menyentuh permukaan kayu, tangan

diangkat dengan cepat. Teknik ini menyebabkan perubahan

momentum tangan berlaku dalam masa yang singkat. Maka daya

impuls yang besar dikenakan ke atas kepingan kayu dan

menyebabkan kayu pecah.

Soalan 1

Seorang penduduk berjisim 60 kg melompat

dari tingkat satu rumah yang terbakar.

Halajunya sebelum mendarat di atas tanah

adalah 6 ms-1.

a) Kira impuls apabila kakinya mencecah

tanah.

b) Apakah daya impuls yang bertindak pada

kaki penduduk itu jika dia

membengkokkan kakinya ketika mendarat

dan mengambil 0.5 s untuk berhenti?

c) Apakah daya impuls pada kaki penduduk

itu jika dia tidak membengkokkan kakinya

dan mengambil 0.05 s untuk berhenti?

d) Apakah kelebihan membengkokkan

kakinya ketika mendarat?

35

Soalan 2

Rooney menendang bola dengan daya 1500N.

Masa sentuhan but dengan bola adalah 0.01 s.

Apakah impuls yang dipindahkan pada bola?

Jika jisim bola ialah 0.5 kg, apakah halaju

bola?

Latihan 2.6

36

Soalan 3

A troli yang berjisim 500 g berada dalam

keadaan rehat di atas permukaan yang licin.

Troli itu diberi impuls mendatar 5 Ns.

Berapakah halaju troli selepas kesan impak?

Soalan 5

Sebuah roket 50 kg berjisim dilancarkan secara

menegak. Bahan api sedang dibakar pada

kadar 2 kg s-1 dan gas ekzos dihembus keluar

dengan kelajuan 1000ms-1. Apakah pecutan

awal roket?

Soalan 4

Impuls mendatar 500 Ns dikenakan pada

sebulah troli pegun dengan jisim 2 kg.

Berapakah halaju troli tersebut selepas

impak?

2.7 Ciri-ciri Keselamatan Kenderaan

37

Komponen Fungsi

Penghadang KepalaMengurangkan kesan inersia ke atas kepala semasa hentaman daripada

belakang

Bag UdaraMemanjangkan masa hentaman kepala pemandu dengan stereng.

Daya impuls yang dikenakan pada pemandu dapat dikurangkan.

Cermin hadapanMelindung pemandu dan penumpang.

Direka bentuk supaya retak dan berbentuk bulat daripada berkecai

Bamper Memanjangkan masa hentaman semasa perlanggaran supaya daya

impuls dapat dikurangkan

Sistem Brek ABS Membantu pemandu memberhentikan kenderaan dengan cepat tanpa

menyebabkan brek terkunci.

Zon mudah remukMeningkatkan jumlah masa kereta berhenti sepenuhnya dan seterusnya

mengurangkan daya impuls.

Tali Pinggang

Keledar

Mengurangkan kesan inersia dengan menghalang penumpang

terhumban ke hadapan.

Palang Impak Sisi Meningkatkan ketegaran pintu dan mengagihkan tenaga sekiranya

berlaku perlanggaran dari bahagian tepi

Tayar berbunga Menambahkan daya geseran pada permukaan jalan raya semasa cuaca

hujan

3810 Teknologi Keselamatan Kereta yang Canggih

Pengeluar automotif sangat bersaing menggabungkan prestasi dan keselesaan dengan teknologi

keselamatan canggih yang cuba untuk kekal satu langkah di hadapan untuk anda - dan semua orang

lain di jalan raya. Klik pautan di bawah untuk melihat beberapa teknologi keselamatan yang canggih.

2.8 Graviti

39

Daya graviti

• Suatu objek jatuh ke bumi kerana ia ditarik ke

arah Bumi oleh daya graviti.

• Daya ini dikenali sebagai Daya tarikan graviti

atau Daya graviti bumi.

• Daya graviti bumi cenderung untuk menarik

semua objek ke arah pusat bumi.

• Suatu objek jatuh bebas apabila ia jatuh hanya di

bawah pengaruh daya graviti. Halaju objek bertambah

(pecutan seragam).

• Jatuh bebas hanya berlaku apabila suatu objek berada

di dalam ruang vakum. Ruang vakum ialah suatu ruang

kosong tanpa molekul udara.

• Ketiadaan udara bermaksud tiada rintangan udara yang

akan menentang gerakan jatuhan suatu objek.

• Di dalam ruang vakum, kedua-dua objek ringan dan

berat mengalami jatuh bebas. Mereka jatuh dengan

pecutan yang sama iaitu pecutan graviti, g.

Jatuh bebas

40

• Medan graviti merupakan kawasan di sekeliling Bumi di mana suatu objek mengalami daya

tarikan ke pusat Bumi.

• Daya tersebut ialah daya tarikan graviti.

• Kekuatan medan graviti ditakrifkan sebagai daya graviti yang bertindak ke atas suatu objek

berjisim 1 kg.

Unitnya ialah N kg-1.

F= Daya graviti

m= Jisim

• Kekuatan medan graviti, g = 10 Nkg-1

• Pecutan graviti, g = 10 ms-2

Medan graviti

• 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 kekuatan medan graviti.

• Bagi memudahkan penyelesaian berangka, nilai g biasanya dianggap sebagai 10 ms-2.

Pecutan graviti,g

Langkah pertama dalam memperoleh kebijaksanaan adalah senyap,

kedua mendengar, ketiga memori , keempat amalan, kelima mengajar

orang lain.41

Jisim Berat

Berat ialah daya graviti yang bertindak

pada suatu objek.

Tetap di semua tempat

Kuantiti vektor

Kuantiti asas

Unit SI: Unit SI: Newton (N)

• Berat suatu objek ialah daya graviti yang bertindak ke atas

objek tersebut.

• Berat = jisim x pecutan graviti.

• Kuantiti vektor.

• Unit SI : Newton, N.

Berat

Perbandingan antara jisim dan berat

Perbezaan antara

jatuhan di udara dan

jatuh bebas di dalam

ruang vakum bagi

satu syiling dan bulu

ayam.

Kedua-dua objek

dijatuhkan serentak

pada suatu ketinggian

yang sama.

Dalam ruang vakum Dalam ruang udara

• Tiada rintangan udara

• Syiling dan bulu ayam

mengalami jatuh bebas.

• Hanya daya graviti

bertindak ke atas

kedua-dua objek.

• Kedua-dua objek jatuh

mencecah lantai dalam

masa yang sama

• Kedua-dua objek jatuh kerana daya

graviti.

• Wujud rintangan udara ke atas

permukaan objek yang sedang jatuh

(Bertindak ke atas).

• Bulu ayam mempunyai permukaan

yang lebih luas maka mengalami

rintangan udara yang lebih tinggi.

• Syiling akan jatuh terlebih dahulu.

Kedudukan

asal

42

Kedudukan

akhir

Dalam ruang vakum Dalam ruang udara

Objek jatuh bebasObjek yang dilontar ke atas

dan jatuh bebas

Objek yang dilontar ke

bawah dan jatuh bebas

Dua sfera keluli

jatuh di bawah

pengaruh graviti.

Kedua-duanya

digugurkan pada

masa yang sama

dari ketinggian

yang sama.

Dalam ruang vakum Dalam ruang udara

Kedua-dua sfera jatuh

dengan pecutan. Jarak

antara kedua-dua imej

sfera yang berturutan

bertambah

menunjukkan bahawa

kedua-dua sfera jatuh

dengan halaju semakin

meningkat; jatuh

dengan pecutan.

Kedua-dua sfera yang jatuh ke

bawah dengan pecutan yang

sama Kedua-dua bidang adalah

pada ketinggian yang sama pada

setiap masa. Oleh itu, objek yang

berat dan ringan jatuh dengan

pecutan graviti yang sama.

Pecutan graviti tidak bergantung

kepada jisim.

Graf gerakan untuk objek jatuh bebas

v

t

a

t

v

t

a

t

v

t

a

t

-10 -10 -10

43

Soalan 1 Soalan3

Suatu objek jatuh dalam vakum. Antara kuantiti

berikut, yang mana tidak berubah?

A. Momentum

B. Pecutan

C. Halaju

D. Impuls

Sebiji kelapa mengambil masa 2 saat untuk

jatuh ke tanah. Tentukan

a) kelajuannya apabila menyentuh tanah

b) ketinggian pokok kelapa.

Soalan 2

Pecutan graviti di bulan adalah hampir 6 kali

kurang daripada yang di bumi. Jika berat

seorang angkasawan di Bumi ialah 720N,

apakah jisimnya di Bulan? (gbumi = 10ms-2)

44

Latihan 2.8

45

Soalan6

Sebiji batu dilemparkan ke atas dengan halaju

awal 10 ms-1. Jika rintangan udara diabaikan

dan kekuatan medan graviti Bumi adalah

10 Nkg-1, kira masa yang diambil untuk batu

tersebut untuk sampai semula ke kedudukan

asal.

Soalan5

Seorang angkasawan melompat dari ketinggian

10 m dari permukaan Bulan. Apakah masa

yang diambil untuk dia mencapai permukaan

Bulan?

Prinsip

keseimbangan

daya

Apabila suatu jasad dikenakan beberapa daya, jasad akan berada dalam

keadaan keseimbangan jika daya paduan, F adalah sifar.

Objek dikatakan berada dalam keadaan keseimbangan daya apabila objek itu

1. sedang pegun atau

2. sedang bergerak dengan halaju seragam.

Hukum Gerakan

Newton Ketiga

2.9 Keseimbangan Daya

46

Contoh ( Label daya yang bertindak pada setiap objek)

Paduan Daya

Daya paduan, F =

Daya paduan, F =

47

F1F2

F1F2

Contoh ( Label daya yang bertindak pada setiap objek)

Daya Paduan

Paduan daya

48

Langkah 2 :

Lengkapkan segiempat selari.

Langkah 1 : Menggunakan pembaris dan jangka sudut,

lukiskan dua daya F1 dan F2 dari suatu titik yang

sama.

Dua bot tunda menarik

sebuah kapal besar dengan

daya F1 dan daya

F2 . Berapakah daya paduan

dan arah tindakannya?

Kaedah segiempat selari

F1

F2

49

Langkah 3 :

Lukiskan pepenjuru segiempat selari itu. Pepenjuru mewakili daya paduan, F dalam magnitud dan

arah.

Skala: 1 cm = k

Leraian daya-daya

50

FY

FX

F

θ

θ

θmg

N

θ

Fx = F cos θ

Fy = F sin θ

Komponen berat yang selari

dengan satah

= mg sin θ

Komponen berat yang normal

dengan satah

= mg cos θ

Suatu daya F boleh dileraikan kepada dua komponen daya yang berserenjang antara satu

sama lain, iaitu :

(a) komponen mengufuk, FX

(b) komponen mencancang, FY

Satah condong

Tentukan daya paduan.

1. 4.

2.

51

12 N

20 N

12 N

3 N 8 N

5 N

3.

3 N12 N

6 N

Latihan 2.9.1

F1

F2

F1

F2

Fy

Fx

F

F

222

1 F)(FF

FcosθFX

θ

θ)-(90

θ)-Fcos(90FY

2Y2

X F)(FF

Paduan daya

Leraian daya

• Satu daya tunggal berleraikan kepada 2 komponen (2 daya).

• Kedua-dua daya baru mesti serenjang antara satu sama lain.

• Dua daya yang serenjang antara satu sama lain digabungkan menjadi satu

kuasa tunggal (Paduan daya).

θ FsinFY

120°

8 N

8 N

120°

5 N

2 N

5. 7.

6.

53

1200 N

800 N

Boat 40°

Box

30 º

8.Rajah menunjukkan sebuah kotak dengan jisim 3kg

diletakkan pada satah condong. Kotak itu ditolak dengan

daya 50N di sepanjang satah yang condong pada sudut

30º dari tanah. Daya geseran antara kotak dan satah

condong ialah 11 N.

Kira:

a) daya yang dikenakan oleh kotak pada arah satah

condong

b) daya paduan pada arah satah condong

c) pecutan kotak

54

Lif

Lif pegun Lif memecut ke atas Lif memecut ke bawah

Daya Paduan = Daya Paduan = Daya Paduan =

Bacaan skala penimbang = Bacaan skala penimbang = Bacaan skala penimbang =

+

***

Pecutan → +a Nyahpecutan → - a 55

+

***

aa

Jatuh bebas Lif nyahpecut ke atas Lif nyahpecut ke bawah

Daya Paduan = Daya Paduan = Daya Paduan =

Bacaan skala penimbang = Bacaan skala penimbang = Bacaan skala penimbang =

a=g

56

+

***

+

***

aa+

***

Pecutan → +a Nyahpecutan → - a

Lif

Penimbang

1. Seorang budak lelaki 45 kg berdiri pada penimbang dalam Lif. Apakah bacaan penimbang jika

a) lif tidak bergerak

b) lif memecut 2 ms-2 ke atas

c) lif memecut 2 ms-2 ke bawah

d) lif menyahpecut 2 ms-2 ke bawah

e) kabel lif terputus

57

Latihan 2.9.2

Takal

Kaedah Alternatif

1. Cari daya paduan,

F

2. Cari jisim yang

bergerak, m

3. Cari pecutan, a

4. Cari tegangan

tali, T

ATAU

58

4 kg

3 kg

Kaedah Alternatif

1. Cari daya

paduan, F

2. Cari jisim yang

bergerak, m

3. Cari pecutan, a

4. Cari tegangan

tali, T

59

ATAU

4 kg

3 kg

2 N

2.10 Kerja, tenaga, kuasa dan kecekapan

Unit SI : Joule, J

Kerja

Kerja ialah hasil darab daya yang bertindak dan

sesaran objek tersebut dalam arah daya yang

dikenakan.

W = Fs W = Kerja

F = Daya, s = sesaran

1 Joule kerja dilakukan apabila satu daya 1 N menggerakkan satu

objek sejauh 1 m dalam arah daya dikenakan.

60

F = 1 N

1 m

F = 1 N

F

s

Tiada kerja dilakukan, jika :

Objek pegun

Seorang pelajar mengalas beg

dan sedang berdiri di suatu

tempat.

Arah gerakan objek

serenjang dengan daya

yang dikenakan

Seorang pelayan sedang

membawa sedulang makanan

dan berjalan.

Tiada daya dikenakan ke

atas objek dalam arah

sesarannya (objek bergerak

kerana inersianya)

Cth: Satelit mengorbit

dalam angkasa. Tiada

geseran di angkasa. Tiada

daya bertindak pada arah

gerakan orbit.

Konsep Definisi Formula & Unit

Kuasa

P = Kuasa,

W = Kerja/Tenaga,

t = masa

Kuasa

61

1. Sebuah troli pegun yang dilepaskan dari

titik X bergerak di sepanjang trek

terpampas geseran. Berapakah halaju troli

tersebut pada titik Y?

2. Sebiji bola dilepaskan dari titik A dengan

ketinggian 0.8 m. Bola tersebut bergelonsor

sepanjang trek melengkung terpampas

geseran. Apakah halaju bola apabila ia

sampai di titik B?

62

Y

X

2.5 m

1.0 m

Z

A

0.8 m

B

Latihan 2.10

3. Sebiji bola bergerak ke atas melalui trek

terpampas geseran setinggi 1.5 m dengan

halaju 6 ms-1. Apakah halaju bola tersebut

pada titik B?

4. Seketul batu yang dilemparkan ke atas

dengan halaju awal 20 ms-1. Apakah

ketinggian maksimum yang boleh dicapai

oleh batu tersebut?

63

B

1.5 m

A

6 ms-1

5. Seorang budak lelaki berjisim 20 kg berada di

bahagian atas gelonsor konkrit setinggi 2.5 m.

Apabila dia menggelonsor ke bawah, dia

melakukan kerja sebanyak 140 J untuk

mengatasi geseran. Apakah halajunya di akhir

gelonsor?

64

2.5 m

• 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 mengubah

kedudukan 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, EGP Tenaga kinetik, EK

Tenaga keupayaan graviti ialah tenaga yang

dipunyai oleh suatu objek kerana

kedudukannya.

Kinetic energy is the energy of an object due to

its motion.

m = jisim

h = ketinggian

g = pecutan gravitim = jisim

v = halaju

Prinsip Keabadian Tenaga

Menyatakan bahawa tenaga tidak dicipta atau dimusnahkan, tetapi boleh berubah daripada

satu bentuk ke bentuk yang lain.

Tenaga

65

Dawai diregangkan dengan daya luaran

2.11 Kekenyalan

• Atom-atom dawai dijauhkan sedikit antara

satu sama yang lain dan daya tarikan

bertambah sehingga melebihi daya tolakan

antara atom-atom.

• Daya tarikan yang bertambah ini akan

menarik atom-atom untuk mengembalikan

bentuk asal dawai selepas daya yang

dikenakan dialihkan. 66

• Dua jenis daya yang wujud antara atom-atom pepejal ialah daya tarikan dan daya tolakan.

• Dalam keadaan biasa, kedua-dua daya ini diseimbangkan kerana jarak pemisah antara atom-

atom adalah tetap.

• Maka pepejal mempunyai bentuk tetap dan permukaan yang keras.

Dawai dimampatkan dengan daya luaran

• Atom-atom dirapatkan dan daya tolakan

bertambah sehingga melebihi daya tarikan

antara atom-atom.

• Daya tolakan yang bertambah ini akan

menolak atom-atom untuk mengembalikan

bentuk asal dawai selepas daya yang

dikenakan dialihkan.

Daya tolakan Daya tolakanDaya

tarikan

Daya

tarikanDaya tolakan Daya tolakanDaya tarikanDaya

tolakanDaya

tolakan

F= daya yang dikenakan

x = pemanjangan/ mampatan

k = pemalar spring

67

F

x0

Spring

Penunjuk

Jisim

berslot

Kaki retort

Pembaris Hukum Hooke

Contoh situasi / aplikasi yang melibatkan kekenyalan

Penyerap

hentakan

Lastik

Trampoline Memanah

Tilam

Had kekenyalan spring

68

F

x0

Had

kekenyalan

F

x

0

Had

kekenyalan

Pemalar daya spring, k

F

x0

spring keras

spring lembut

• Pemalar daya spring, k ditakrifkan

sebagai daya yang diperlukan untuk

menghasilkan seunit pemanjangan/

mampatan spring itu.

• Unit : N m-1 @ N cm-1 @ N mm-1

• Spring yang mempunyai nilai

pemalar daya spring, k yang besar

sukar diregangkan dan ia dikatakan

lebih keras.

• Spring yang mempunyai nilai

pemalar daya spring, k yang kecil

lebih mudah diregangkan dan ia

dikatakan kurang keras atau lebih

lembut.

• Had kekenyalan spring ialah daya maksimum yang

boleh dikenakan ke atasnya selagi ia boleh kembali

kepada panjang asal apabila daya yang dikenakan

dialihkan.

• Jika spring tersebut dikenakan suatu daya melebihi

had kekenyalan, ia tidak boleh kembali kepada

panjang asal apabila daya yang dikenakan

dialihkan.

• Suatu spring yang dikenakan daya melebihi had

kekenyalannya tidak akan kenyal lagi dan

mengalami pemanjangan kekal.

• Apabila suatu daya yang dikenakan melebihi had

kekenyalan, maka Hukum Hooke tidak lagi dipatuhi.

• Had kekenyalan boleh ditentukan sebagai titik di

mana graf garis lurus berakhir dan mula

melengkung.

Graf daya, F melawan pemanjangan, x

69

F

x0

Pemalar daya spring, k

F

x0

F

x

=

Kerja dilakukan untuk

memanjangkan/

mampatkan spring

=

=

=

=

Faktor yang

mempengaruhi

Kekenyalan

70

Kekenyalan bergantung kepada

jenis bahan

D D

Kekenyalan Kekenyalan

k k

d d

Kekenyalan Kekenyalan

k k

LL

KekenyalanKekenyalan

kk

k = pemalar daya

spring

k ↑

Kekerasan ↑

Kekenyalan↓F

x0

kSteel > kCopper > kAl

* Nilai k dirujuk

sebagai ukuran

kekerasan suatu

spring

Susunan spring

71

Beban dikenakan bagi setiap spring

adalah sama

Beban dikongsi sama rata bagi setiap

spring

Ketegangan bagi setiap spring= Ketegangan bagi setiap spring =

Pemanjangan bagi setiap spring = Pemanjangan bagi setiap spring =

Jumlah pemanjangan spring = Jumlah pemanjangan spring =

Jika n spring digunakan :

Ketegangan bagi setiap spring= Ketegangan bagi setiap spring =

Jumlah pemanjangan spring = Jumlah pemanjangan spring =

W

W

x

xx

Pemalar spring = k

Pemalar spring =k

2

Pemalar

spring = k W W

x

2

Pemalar spring = 2k

x

72

Spring yang panjang

Diameter spring yang besar

Diperbuat daripada kuprum

Dawai spring yang nipis

Disusun secara sesiri

Sistem

spring yang

lemah

Faktor-faktor yang mempengaruhi Kekenyalan spring (i)

73

Spring yang pendek

Diameter spring yang kecil

Diperbuat daripada keluli

Dawai spring yang tebal

Disusun secara selari

Sistem spring

yang kuat

Faktor-faktor yang mempengaruhi Kekenyalan spring (ii)

74

2. Suatu spring ditarik daripada panjang 15 cm kepada 21 cm menggunakan daya 50 N. Apakah

tenaga keupayaan elastik yang tergandung dalam spring tersebut?

1. Sebuah spring mempunyai panjang asal 10 cm. Apabila digantung beban 10 g, panjangnya

menjadi 12 cm. Tentukan panjang spring tersebut apabila digantung beban 30 g.

Latihan 2.11

3. Panjang asal setiap spring dalam rajah

sebelah ialah 10 cm. Pada dikenakan

beban 10 g, setiap spring tersebut akan

memanjang sebanyak 2 cm.

Apakah panjang sistem spring (a), (b)

dan (c) ?

75

20 g

50 g

40 g

(a) (b) (c)

Sebagai seorang penyelidik, anda ditugaskan untuk mengkaji ciri-ciri lima spring iaitu A,

B, C, D dan E yang boleh digunakan untuk menghasilkan tilam kanak-kanak.

Berdasarkan maklumat dalam jadual di bawah,

4.

SpringPemalar daya

spring

Ketumpatan/

kg m-3

Kadar

pengaratanKos

A 200 7 800 Sederhana Rendah

B 600 2 200 Tinggi Sederhana

C 1 000 5 100 Rendah Tinggi

D 1 500 3 000 Rendah Rendah

E 5 000 10 500 Rendah Tinggi

(i) terangkan ciri-ciri spring yang sesuai supaya dapat digunakan dalam tilam kanak.

[8 marks]

(ii) tentukan spring manakah paling sesuai untuk digunakan dalam penyelidikan anda

dan berikan sebab-sebab untuk pilihan anda.

[2 marks]

76

Pelajar-pelajar yang dikasihi,

Anda dinasihatkan menjawab soalan ini (dalam Bahagian B dan C) dalam bentuk

jadual.

Ciri-ciri Penerangan

Jawapan :

77