FORCES AND PRESSURE Fizik Tg4 B3 2015...bola hanya mempunyai luas permukaan sentuhan yang kecil pada permukaan padang. Tekanan yang cukup tinggi pada tapak kasut yang berpaku membuatkan

3

UNIT

© Nilam Publication Sdn. Bhd.139

MODUL • Fizik TINGKATAN 4

•Mendefinisikankonseptekanandanmenyatakanp= FA /Define pressure and state that p =

FA

•Menghuraikanaplikasitekanan/Describe applications of pressure

•Menyelesaikanmasalahberkaitandengantekanan/Solve problems involving pressure

•Mengaitkankedalamandengantekanandidalamcecair/Relate depth to pressure in a liquid

•Mengaitkanketumpatandengantekanandidalamcecair/Relate density to pressure in a liquid

•MenerangkankonseptekanandidalamcecairdannyatakanP = h ρ gExplain pressure in a liquid and state that P = h ρ g

•Menghuraikanaplikasitekanandidalamcecair/Describe applications of pressure in liquids•Menyelesaikanmasalahberkaitantekanandidalamcecair/Solve problems involving pressure in liquids

•Menerangkantekanangas/Explain gas pressure

•Menerangkantekananatmosfera/Explain atmospheric pressure

•Menghuraikanaplikasitekananatmosfera/Describe applications of atmospheric pressure

•MenyelesaikanmasalahberkaitantekananatmosferadantekanangasSolve problems involving atmospheric pressure and gas pressure

•MenyatakanPrinsipPascal/State Pascal’s Principle

•Menerangkansistemhidraulik/Explain hydraulic system

•MenghuraikanaplikasiPrinsipPascal/Describe applications of Pascal’s Principle

•MenyelesaikanmasalahberkaitanPrinsipPascal/Solve problems involving Pascal’s Principle

•Menerangkandayaapung(atautujahkeatas)/Explain buoyant force (or upthrust)

•MengaitkandayatujahkeatasdenganberatcecairyangdisesarkanRelate buoyant force to the weight of the liquid displaced

•MenyatakanPrinsipArchimedes/State Archimedes’ Principle

•MenghuraikanaplikasiPrinsipArchimedes/Describe applications of Archimedes' Principle•MenyelesaikanmasalahberkaitanPrinsipArchimedes/Solve problems involving Archimedes’ Principle

•MenyatakanPrinsipBernoulli/State Bernoulli’s Principle•Menerangkanbahawahalajumempengaruhitekanandidalambendalir

Explain that velocity affects the pressure in a fluid

•MenghuraikanaplikasiPrinsipBernoulli/Describe applications of Bernoulli’s Principle

3.1 MEMAHAMI KONSEP TEKANAN/UNDERSTANDING PRESSURE

3.2 MEMAHAMI TEKANAN DI DALAM CECAIR/UNDERSTANDING PRESSURE IN LIQUIDS

3.4 APLIKASI PRINSIP PASCAL/APPLYING PASCAL’S PRINCIPLE

3.5 APLIKASI PRINSIP ARCHIMEDES/APPLYING ARCHIMEDES’ PRINCIPLE

3.6 MEMAHAMI PRINSIP BERNOULLI/UNDERSTANDING BERNOULLI’S PRINCIPLE

3.3 MEMAHAMI TEKANAN GAS DAN TEKANAN ATMOSFERA UNDERSTANDING GAS PRESSURE AND ATMOSPHERIC PRESSURE

DAYA DAN TEKANANFORCES AND PRESSURE3

UNIT

Fizik Tg4 B3 2015(FSY4p).indd 139 10/20/15 2:11 PM

3

UNIT

© Nilam Publication Sdn. Bhd. 140


Definisi TekananDefinition of Pressure

Tekanan ialah daya yang bertindak secara

normal per unit luas permukaan sentuhan.

Pressure is the force acting perpendicularly to a

surface per unit area of contact.

Nyatakan formula tekananState the formula of pressure Tekanan =

DayaLuas permukaan =

FA

Pressure =

ForceArea

= FA

Unit SI: N m-2 = Pascal = PaSI unit: N m-2 = Pascal = Pa

Nyatakan hubungan antara tekanan, daya dan luas.State the relationship between pressure, force and area.

Tekanan meningkat apabila daya meningkat dan luas permukaan berkurang .

The pressure increases when the force increases and the surface area decreases .

Aplikasi berkaitan Tekanan TinggiApplications involving High Pressure

• Tekanan ditingkatkan dengan mengurangkan luas permukaan sentuhan (di mana daya dimalarkan).

Pressure can be increased by reducing the surface area of contact (where force is a constant).

Pisau yang tajam mempunyai luas

permukaan yang kecil pada bilahnya

supaya tekanan tinggi dapat dihasilkan untuk memotong daging.A sharp knife has a very small surface

area on its cutting edge so that high

pressure can be exerted to cut the meat.

Tapak kasut yang berpaku pada kasut bola hanya mempunyai luas

permukaan sentuhan yang kecil pada

permukaan padang. Tekanan yang

cukup tinggi pada tapak kasut

yang berpaku membuatkan kasut pemain mendap ke dalam padang sedikit, untuk memberikan lebih cengkaman.The studs on the football boots have

only a small area of contact with the

field . The pressure under the studs is

high enough for the boots to sink into the field. This gives extra grip.

Paku, jarum dan pin mempunyai

hujung yang tajam dengan luas

permukaan yang kecil . Apabila

suatu daya dikenakan pada

kepala paku, tekanan tersebutakan menyebabkan hujungnya yang tajam itu menembusi sekeping papan dengan mudah.Nails, needles and pins have very sharp

ends with very small surface areas .

When a force is applied to the

head of a nail, the pressure will drive its sharp end into a piece of wood easily.

Kepala paku tekanHead ofthumbtack

Kayuwood

Hujung tajampaku tekanTip of thumbtack

Ibu jariThumb

F

A

MEMAHAMI KONSEP TEKANANUNDERSTANDING PRESSURE3.1


3

UNIT



Aplikasi berkaitan Tekanan Rendah/Application involving Low Pressure

• Tekanan dikurangkan dengan menambahkan luas permukaan sentuhan (di mana daya dimalarkan).

Pressure is reduced by increasing the surface area of contact (where force is a constant).

Ski mempunyai luas permukaan

yang besar untuk mengurangkan tekanan ke atas salji supaya pemakainya tidak terbenam ke dalam salji itu.

Skis have a large surface area to

reduce the pressure on the snow so that they do not sink into the snow.

Traktor yang bergerak di atas tanah

yang lembut mempunyai tayar yang

lebar untuk mengurangkan tekanan ke atas tanah supaya tidak terbenam ke dalam tanah itu.A tractor moving on a soft ground has

broad tires to reduce the pressure on the ground so that they will not sink into the ground.

Pad bahu yang lebar pada beg yang berat akan mengurangkan tekanan yang dikenakan pada bahu orang yang menyandang beg tersebut.

A wide shoulder pad of a heavy bag will reduce the pressure exerted on the shoulder of the person carrying the bag.

Pad bahuShoulderpad

1 Terdapat sekotak barang runcit di atas meja yang beratnya 160 N. Luas tapak permukaan kotak itu ialah 0.2 m2. Berapakah jumlah tekanan yang dikenakan oleh kotak tersebut ke atas permukaan atas meja itu?There is a full box of groceries which has a weight of 160 N on a table. The area of the base of the box is 0.2 m2. What is the pressure exerted by the box on the surface of table?

Penyelesaian/Solution:

Tekanan, P = Berat

Luas permukaan

Pressure, P

= Weight

Surface area

= 160 N0.2 m2

= 800 N m-2

2 Suatu bongkah besi berukuran 0.05 m × 0.10 m × 0.20 m diletakkan di atas lantai. Jika jisim bongkah

besi tersebut ialah 0.5 kg, berapakahA metal block with the dimensions of 0.05 m × 0.10 m× 0.20 m is placed on a floor. If the mass of the metal block is 0.5 kg, what is

(a) nilai tekanan maksimum, danthe maximum pressure, and

(b) nilai tekanan minimum yang boleh dikenakan oleh bongkah besi itu ke atas permukaan lantai?the minimum pressure that can be exerted by the metal block on the floor?


(a) PMaksimum = F

AMinimum

= mg

Luas permukaan minimum

= 0.5 kg × 10 m s–2

(0.05 × 0.10) m2 = 1 000 N m-2

(b) PMinimum = F

AMaksimum

= mg

Luas permukaan maksimum

= 0.5 kg × 10 m s–2

(0.2 × 0.10 m)2 = 250 N m-2

3 Jisim badan seorang budak lelaki ialah 60 kg. Tekanan yang dikenakan ke atas lantai oleh budak

itu ialah 2 × 104 Pa. Berapakah luas permukaan antara tapak kasut budak lelaki tersebut dengan lantai?

The mass of a boy is 60 kg. The pressure exerted by the boy on the floor is 2 × 104 Pa. What is the area of contact between the soles of the boy's shoes and the floor?

Penyelesaian/Solution: P =

mgA

2 × 104 Pa = 60 kg × 10 m s–2

A

A = (60 × 10) N2 × 104 Pa

= 3.0 × 10-2 m2

(g = 10 m s–2)

(Perhatian/Note:1 Pa = 1 N m–2)

KBAT

Latihan/Exercises


3

UNIT



Tekanan dalam cecairPressure in liquid

Cecair di dalam bekas mengenakan tekanan disebabkan beratnya .

A liquid in a container exerts pressure because of its weight .

Ciri-ciri tekanan dalam cecairCharacteristics of pressure in a liquid.

(a) Tekanan pada sebarang titik dalam cecair, pada kedalaman tertentu, bertindak

dengan magnitud yang sama dalam semua arah .

The pressure at any point in a liquid, at a particular depth, acts equally in all directions .

(b) Tekanan dalam cecair tidak dipengaruhi oleh luas permukaannya.

The pressure in a liquid does not depend on its surface area .

(c) Tekanan dalam cecair bertindak dengan magnitud yang sama dalam semua arah dan

tidak dipengaruhi oleh bentuk bekas.The pressure in a liquid acts equally in all directions and does not depend on the

shape of the container.

Hubungan antara tekanan cecair dan kedalamannyaRelationship between pressure of a liquid and its depth

• Tekanancecair berkadar langsung dengan kedalamannya.

Liquid pressure is directly proportional to its depth.

• Rajahmenunjukkanairterpancutkeluar lebih cepat dan lebih jauh dari lubang yang paling rendah, menunjukkan bahawa tekanan dalam cecair

bertambah dengan kedalaman .

The diagram shows water spurts out faster and furthest from the lowest hole

showing that the pressure in a liquid increases with depth .

• Tekanandalamcecair bertambah apabila kedalamannya bertambah.

The pressure in a liquid increases with depth.

0 Kedalaman cecair, h

Depth of liquid, h

Tekanan cecair, PLiquid pressure, P

AirWater

MEMAHAMI TEKANAN DI DALAM CECAIRUNDERSTADING PRESSURE IN LIQUIDS3.2


3

UNIT



Hubungan antara ketumpatan cecair dan tekanannyaRelationship between the density of a liquid and its pressure

• Tekananceairadalah berkadar langsung dengan ketumpatannya.

Liquid pressure is directly proportional to its density.

• RajahmenunjukkanairdidalambekasA terpancut keluar dengan lebih cepat

dan lebih jauh berbanding dengan minyak sawit di dalam bekas B,

menunjukkan bahawa tekanan dalam cecair bertambah dengan ketumpatan .

The diagram shows the water in can A spurts out faster and further than the palm

oil in can B, showing that liquid pressure increases with density .

Terbitkan persamaan untuk tekanan cecair.Derive the formula for liquid pressure.

Kedalaman, hDepth, hKetumpatan, ρ

Density, ρ

Luas tapak, ABase area, A

Bekas di sebelah kiri mempunyai luas tapak A. Ianya dipenuhi dengan cecair sehingga kedalaman h yang berketumpatan ρ. Hitungkan: The container on the left has a base area A. It is filled to a depth h with a liquid of density ρ. Calculate:

(a) isi padu cecair/volume of liquid = Ah

(b) jisim cecair/mass of liquid = ρV = ρ(Ah)

(c) berat cecair/Weight of liquid = mg = (ρAh)g

(d) daya pada tapak/force on base = ρAhg

(e) tekanan/pressure = FA

= ρAhgA

= ρgh

(f) tekanan cecair/liquid pressure = ρgh

0 Ketumpatan, ρ

Density, ρ

Tekanan cecair, PLiquid pressure, P

AirWater

Bekas ACan A

Minyak sawitPalm oil

Bekas BCan B


3

UNIT



1 Jika ketumpatan air laut ialah 1 150 kg m–3, kira tekanan air laut pada kedalaman 40 m.If the density of sea water is 1 150 kg m–3, calculate the water pressure at a depth of 40 m.

Penyelesaian/Solution:P = ρgh = (1 150 kg m–3) (10 m s–2) (40 m) = 460 000 Pa

2 Rajahmenunjukkansebuahsilindermengandungimerkuri.Berapakahtekananyang disebabkan oleh merkuri pada titik P?[Ketumpatan merkuri ialah 1.36 × 104 kg m-3]The diagram shows a cylinder containing mercury. What is the pressure caused by the mercury at the point P? [Density of mercury is 1.36 × 104 kg m-3]

Penyelesaian/Solution:P = ρgh = (1.36 × 104 kg m–3) (10 m s–2) (0.8 – 0.2)m = 8.16 × 104 Pa

3 Rajahmenunjukkanpermukaanairdidalamtangkiair rumahadalah5mdi atas paip air sejuk di tingkat bawah. Berapakah tekanan air dalam paip air itu? [Ketumpatan air = 1 000 kg m-3]The diagram shows the surface of the water in a domestic water tank is 5 m above the water tap downstairs. What is the water pressure in the tap? [Density of water = 1 000 kg m-3]

Penyelesaian/Solution:P = ρgh = (1 000 kg m–3) (10 m s–2) (5 m) = 50 000 Pa

0.8 m

0.2 mP

MerkuriMercury

PiliTap

Tangki airWater tank

5 m

(g = 10 m s–2)

Aplikasi tekanan dalam cecair/Applications of pressure in liquids

(a) Tangki air/Water tank

• Kebiasaannyatangkiairditempatkanditempatyang tinggi supaya tekanan air yang dihasilkan adalah

lebih tinggi .

Normally a water tank is placed at higher level so that the water pressure produced is higher .

(b) Empangan/Dam

• Dindingsebuahempanganadalahlebih tebal di bahagian dasar berbanding dengan bahagian atas supaya

dapat menampung lebih tekanan di bahagian bawah. Ini adalah kerana tekanan bertambah apabila

kedalaman air bertambah.

The walls of a dam is much thicker at the bottom than at the top so that it can withstand the greater

pressure at the bottom. This is because water pressure increases with depth.

• Dinding tersebut dibina menggunakan bahan/konkrit yang lebih kuat untuk meningkatkan ketahanan

dinding itu.

The wall is constructed using stronger materials/concrete to increase the strength of the wall

(c) Kapal selam/Submarine

• Kapalselamdibinadengan dinding yang tebal untuk menahan tekanan yang sangat tinggi di lautan

dalam

A submarine is built with thick walls to withstand high pressure at greater depth.

Latihan/Exercises


3

UNIT



Definisi tekanan gasDefinition of gas pressure

• Tekanangasialah daya per unit luas yang dikenakan oleh molekul-molekul gas ketika

berlanggar dengan dinding bekas .

Gas pressure is the force per unit area exerted by the gas molecules as they collide with the

walls of container .

• Apabilamolekul-molekulgasberlanggardengandindingbekas,iaakanmelantunpada laju yang

sama tetapi pada arah yang bertentangan . Ini menyebabkan perubahan momentum pada molekul.

When gas molecules collide with the wall of a container, they rebound with the same speed but in the

opposite direction resulting in a change of momentum .

• Dayayangdikenakankeatasdindingbekasituadalah sama dengan kadar perubahan momentum.

The force exerted by the wall on the molecules is equal to the rate of this change in momentum.

• HukumNewtonketigamenyatakan,molekul-molekulgasituakanmengenakansatu daya yang

sama tetapi pada arah yang bertentangan ke atas dinding bekas.

By Newton's third law, the molecules exert an equal but opposite force on the wall.

• Daya per unit luas ke atas dinding bekas merupakan tekanan yang dihasilkan oleh gas itu.

The force per unit area on the wall is then the gas pressure .

Menerangkan tekanan atmosferaExplain atmospheric pressure

• Tekananatmosferaialahtekananyangdisebabkanoleh berat udara ke atas kita.

Atmospheric pressure is the pressure caused by the weight of the air upon us.

• Tekananatmosferabertindakdenganmagnitudyang sama pada semua arah .

Atmospheric pressure acts equally in all directions .

a. Tekanan atmosfera dipengaruhi oleh ketinggian sesuatu objek di atas paras laut (altitud).

Atmospheric pressure is influenced by the height of an object above sea level (altitude).

b. Ia meningkat apabila altitud menurun.

It increases when the altitude drops.

c. Semakin tinggi altitud, semakin rendah ketumpatan dan suhu udara.

At higher altitudes, the density and the temperature of the air are lower .

d. Jadi frekuensi perlanggaran antara molekul-molekul dengan dinding bekas adalah kecil dan

ianya menyebabkan tekanan atmosfera menjadi rendah .

So the frequency of collisions between the molecules and the walls of the container is lower and causes

atmospheric pressure to be lower .

MEMAHAMI TEKANAN GAS DAN TEKANAN ATMOSFERAUNDERSTANDING GAS PRESSURE AND ATMOSPHERIC PRESSURE3.3


3

UNIT



Aktiviti untuk menunjukkan kewujudan tekanan atmosferaActivities to show the existence of atmospheric pressure

Gelas/Glass

Air/Water

KadbodCardboard

Tekanan atmosferaAtmospheric pressure

• Kadboditutidakterjatuhdanairtetapberadadidalamgelas.The cardboard does not fall and the water remains in the glass.

• Daya paduan yang terhasil disebabkan oleh tekanan atmosfera yang menekan pada permukaan

kadbod adalah lebih besar daripada berat air di dalam gelas itu.

The resultant force caused by the atmospheric pressure

acting on the surface of the cardboard is greater than

the weight of the water in the glass.

AirWater

AirWater

Tin logamMetal can

StimSteamTerbuka

Open

TertutupClosed

PanaskanHeat

• Tintersebuttelahdikemekkandandirenyukkan.The can is crushed and crumpled.

• Tekanan di dalam tin logam akan berkurang dan

tekanan atmosfera di luar yang lebih tinggi akan

menyebabkan tin tersebut dimampatkan .

The pressure inside the metal can decreases and

the external atmospheric pressure , which is higher will

compress the metal can.

Aplikasi tekanan atmosferaApplication of atmospheric pressure

Gelas airGlass of water

PenyedutminumanStraw


Air keluarWater removed

Air/Water

• Apabilakitamenyedutmenggunakanpenyedut

minuman, tekanan udara di dalam penyedut itu akan

berkurangan .

When we suck through a straw, the air pressure in the straw

is lowered .

• Jadi, tekanan atmosfera yang bertindak pada permukaan air di dalam gelas akan menolak air masuk ke dalam penyedut minuman dan kemudian ke dalam mulut.

Therefore, the atmospheric pressure acting on the surface of the water in the glass pushes the water up the straw and into our mouth.

Penyedut getahRubber sucker

Tekanan atmosferaAtmospheric pressurePermukaan

licinSmoothsurface

Separa vakumPartially vacuumed

Pam getah/Rubber dish

• Apabilapenyeduttersebutditekan,kebanyakanudaradibahagian belakang ditekan keluar dan ia

menghasilkan ruang separa vakum di dalam penyedut itu.When the sucker is pressed, most of the air behind it is squeezed

out and creates a partially vacuumed region inside the sucker.

• Tekananatmosferayang tinggi pada luar permukaan getah akan menolak penyedut tersebut supaya ia boleh melekat pada permukaan licin itu.

The higher atmospheric pressure on the outside surface of the rubber will push the sucker so that it will stick onto the smooth surface.


3

UNIT



Picagari/Syringe

Tekanan atmosferaAtmosphericpressure

CecairLiquid

PistonPiston

• Menarikpistonkeatas.Pulling up the piston.

• Tekananudaradidalamsilinder akan

berkurang .The air pressure inside the

cylinder will decrease .

• Tekananatmosfera

pada permukaan cecair kemudian menolak cecair tersebut ke dalam picagari.

The atmospheric pressure

on the liquid surface then pushes the liquid up into the syringe.

Sifon/SiphonSifon sangat berguna untuk mengeluarkan cecair daripada tangki air atau bekas. A siphon is very useful for removing liquids from a water tank or a fixed container.

Tekanan atmosfera + pgHAtmospheric pressure + pgH

Aras tekanan atmosferaAtmospheric pressure at this level

h B

H

D

CA

• Perbezaan paras air akanmenyebabkantekananyangberbeza.

The difference in water levels will cause a difference in pressure.

Tekanan air di C adalah sama dengan tekanan atmosfera di A dan B .

The water pressure at C is the same as the atmospheric pressure at A and B .

• TekananairdiD = tekanan atmosfera + ρgH .

The water pressure at D = atmospheric pressure + ρgH .

• Tekananairyang tinggi menyebabkan air mengalir keluar di D.

The higher water pressure causes water to flow out at D.

• Prosesiniakanberterusansehingga kedua-dua hujung tiub tersebut sama dengan paras air. (tekanan atmosfera sama di kedua-dua hujung tiub.)

This process will continue until both ends of tube are equal to the water level. (atmospheric pressure are equal at both ends of the tube.)

Mengukur tekanan atmosferaMeasuring atmospheric pressure

Barometer FortinFortin barometer

• Tekananatmosferaialah“h cm merkuri”. The atmospheric pressure reading is “h cm mercury”.

• Jika/If h = 76 cm ,

• Tekananatmosfera/The atmospheric pressure = 76 cm Hg

Barometer AneroidAneroid Barometer

• Apabilatekananatmosfera berkurang , kotak tersebut akan mengembang.When the atmospheric pressure decreases , the box will expand.

• Apabilatekananatmosfera meningkat , kotak tersebut akan termampat.When the atmospheric pressure increases , the box will compress.

• Pergerakankotaktersebutdikawalolehsistemtuasyangdisambungkanpadapenunjuk.The slight movement of the box is magnified by a lever system which is connected to a pointer.

• BarometerAneroidbolehdigunakansebagaialtimeteruntukpendakigunungataudidalamkapalterbanguntukmenentukan altitud (ketinggian atas paras laut).The Aneroid Barometer can be used as an altimeter by mountaineers or in an aeroplane to determine its altitude.

h cm

MangkukDish

VakumVacuum

MerkuriMercury

PenunjukPointer

Sistem tuasLever system

Kotak separa vakum Semi-vacuum box

SpringSpring

SkalaScale


3

UNIT



1 Tekanan atmosfera ialah 76 cm Hg. Hitung tekanan atmosfera di dalam unit Pa. The atmospheric pressure is 76 cm Hg. Calculate the atmospheric pressure in Pa.

[Ketumpatan merkuri = 1.36 × 104 kg m-3][Density of mercury = 1.36 × 104 kg m-3]


P = hρg = (0.76 m) × (1.36 × 104 kg m-3) × (10 m s–2) = 1.03 × 105 Pa

Mengukur tekanan gasMeasuring gas pressure

Manometer/Manometer

• Manometerterdiridaripadatiubkaca berbentuk U yang berisi cecair.

A manometer consists of a U-shaped glass tube filled with a liquid.

• Airdigunakandidalammanometeruntukmengukurtekanangasyangrendah.Water is used in a manometer to measure low gas pressures.

• Sebelahkiribahagianmanometerdidedahkanpada atmosfera manakala bahagian yang sebelah lagi disalurkan

dengan bekalan gas .

One arm of the manometer is exposed to the atmosphere whereas another arm is connected to the gas supply .

• Terdapattigacarauntukmembacatekanangasdenganmenggunakanmanometerapabilapilidibuka.There are three possible methods to read the pressure of a gas by using the manometer when the tap is opened.

i. Pgas = Patm ii. Pgas = Patm + h cm Hg iii. Pgas = Patm – h cm Hg




Gas

Pili ditutupTap is closed

Pili dibukaTap is opened

Pili dibukaTap is opened

h

Gas

h

GasMerkuriMercury

MerkuriMercury

MerkuriMercury

Tolok Bourdon/Bourdon Gauge

• ApabilagasdisalurkankeTolokBourdon, tekanan di dalam tiub yang melengkung itu akan cuba meluruskan tiub tersebut.

When the gas supply is connected to a Bourdon Gauge, the pressure in the curved tube will try to straighten it.

• Denganitupenunjukakanberputar. Hence the pointer will rotate.

• Magnitud tekanan gas boleh dibaca pada penimbang tolok itu.

The magnitude of the gas pressure can be read from the scale of the gauge.

Sistem tuasLever system

PenunjukPointer

Skalascale

Tiub melengkungdiratakanFlattenedcurved tube

GasGas

(g = 10 m s–2)Latihan/Exercises


3

UNIT



2 Rajahmenunjukkansebuahbarometer.RuangvakumtelahdiisidengangasX.The diagram shows a barometer. The vacuum space is filled with a gas X.

Berapakah tekanan gas X?What is the pressure of the gas X?

[Gunakan tekanan atmosfera = 76 cm Hg][Use atmospheric pressure = 76 cm Hg]

Penyelesaian/Solution:Tekanan gas X = (76 cm Hg) – (40 cm Hg) (Pressure of gas X) = 36 cm Hg

3 Rajahmenunjukkanbarometermerkuridiletakkandimakmal sekolah di mana tekanan atmosferanya adalah 75 cm Hg.

The diagram shows a mercury barometer placed in a school laboratory where the atmospheric pressure is 75 cm Hg.

(a) Berapakah nilai h?/What is the value of h?

(b) Berapakah nilai h apabila tiub kaca What is the value of h when the glass tube is

(i) dinaikkan sebanyak 5 cm?/lifted up by 5 cm? (ii) diturunkan ke dalam mangkuk sedalam 4 cm?

lowered into the dish by 4 cm?

(c) Jika ketumpatan merkuri ialah 1.36 × 104 kg m-3 dan ketumpatan air ialah 1 × 103 kg m-3, tentukan If the density of mercury is 1.36 × 104 kg m-3 and the density of water is 1 × 103 kg m-3, determine

(i) tekanan atmosfera dalam unit Pa./the atmospheric pressure in Pa.

(ii) nilai h jika merkuri tersebut digantikan dengan air. the value of h if the mercury is replaced by water.

(iii) tekanan jika barometer merkuri itu dimasukkan ke dalam air sebanyak 40.0 cm. (Beri jawapan dalam m air.)/the pressure if the mecury barometer is submerged in water at depth of 40.0 cm. (Give your answer in m water.)

Penyelesaian/Solution:(a) 75 cm(b) (i) 75 cm (ii) 75 cm(c) (i) P = hρg = (0.75 m) × (1.36 × 104 kg m–3) × (10 m s–2) = 1.02 × 105 Pa (ii) Tekanan atmosfera, P = hmerkuri × ρmerkuri × g, Atmospheric pressure, P = hmercury × ρmercury × g,

Tetapi Tekanan atmosfera, P = hair × ρair × g, But Atmospheric pressure, P = hwater × ρwater × g, ∴ hmerkuri × ρmerkuri × g = hair × ρair × g hmercury × ρmercury × g = hwater × ρwater × g ∴ 1.02 × 105 Pa = (hair/water) × (1 × 103 kg m–3) × (10 m s–2) ∴ hair/water = 10.2 m (iii) Tekanan = (10.2 + 0.40) m air (tekanan meningkat, jadi panjang h meningkat)

= 10.6 m air (pressure increases, so the length of h increases) Pressure = 10.6 m water

40 cm

Gas X

MerkuriMercury

h

10 cm VakumVacuum

Tiub kacaGlass tube

MangkukDish

MerkuriMercury

KBAT


3

UNIT



4 Rajahmenunjukkansebuahmanometermerkuridisambungkandenganbekalangas.The diagram shows a mercury manometer that is connected to a gas supply.

Hitung tekanan gas yang dibekalkan dalam unit/Calculate the pressure of the gas supply in (a) cm Hg (b) Pa

[Ketumpatan merkuri = 1.36 × 104 kg m-3 dan tekanan atmosfera = 76 cm Hg]

[Density of mercury = 1.36 × 104 kg m-3 andatmospheric pressure = 76 cm Hg]

Penyelesaian/Solution:(a) Pgas = Patm + h cm Hg = 76 cm Hg + 15 cm Hg = 91 cm Hg(b) Pgas = hρg = (0.91 m) × (1.36 × 104 kg m–3) × (10 m s–2) = 1.24 × 105 Pa

Nyatakan Prinsip PascalState Pascal's Principle

Prinsip Pascal menyatakan bahawa apabila tekanan yang dikenakan pada cecair yang

tertutup, tekanan akan dipindahkan secara seragam ke seluruh bahagian cecair itu.

Pascal’s Principle states that when a pressure is applied to an enclosed fluid, the pressure will be

transmitted equally throughout the whole fluid.

Eksperimen untuk mengesahkan Prinsip PascalExperiment to verify Pascal’s Principle

• Apabilapistonditekanpadakelalangsferakaca,airdidalamjetakan dipancutkan daripada lubang-lubang kecil pada sfera kaca

dengan kelajuan yang sama .When the piston is pushed into the round-bottom flask, the jet

of water spurts from the holes in the flask with the same speed .

• Iniadalahkerana tekanan yang dikenakan pada air dipindahkan secara seragam ke seluruh bahagian air.This is because the pressure acting on the water is transferred uniformly throughout the water.

PersamaanEquation DariRajah3.4.2,

Daya, F1

Luas keratan rentas pistonx, A1 = Tekanan P1

Mengikut Prinsip Pascal,Tekanan P2 (pada pistonY) = P1

Tetapi P2 = Daya, F2

Luas keratan rentas pistonY, A2

∴ F2

A2 =

F1

A1

From Diagram 3.4.2.,Force, F1

Cross-sectional area, A1 of pistonx = Pressure P1

From Pascal's Principle,Pressure P2 (at pistonY) = P1

But P2 = Force, F1

Cross-sectional area, A2 of pistonY

∴ F2

A2 =

F1

A1

Jet airJets of water

Gas

15 cm

MerkuriMercury

APLIKASI PRINSIP PASCALAPPLYING PASCAL'S PRINCIPLE3.4


3

UNIT



F

X Y

1 F

M

2

A2A1Inputpiston, A

Outputpiston, B

CecairFluid

Rajah 3.4.2/Diagram 3.4.2

Menjelaskan sistem hidraulikExplain a hydraulic system

Suatu daya input F1, yang kecil telah dikenakan pada piston kecil yang menyebabkan terhasilnya daya output F2 yang besar.A small input force, F1, is applied to the small piston resulting in a large output force, F2.• Apabiladaya F1, dikenakan pada piston

A, tekanan dihasilkan dan disebarkan secara

seragam ke dalam cecair dan seterusnya kepada piston B.

When force, F1, is applied to piston A, a pressure is produced and transmitted uniformly throughout the liquid towards piston B.

• Tekanan di X = Tekanan di Y/Pressure at X = Pressure at Y

• TekanandidarabkandenganluaspermukaanpistonB akan menghasilkan daya output, F2 yang mengangkat beban M.Pressure multiplied by the surface area of piston B will produce the output force, F2 to lift up load M.

• LuaskeratanrentaspistonA adalah lebih kecil daripada luas keratan rentas piston B untuk

menghasilkan daya output yang besar .

The cross-sectional area of piston A is smaller than that of piston B to produce a large output force.

Aplikasi Prinsip PascalApplication of Pascal’s Principle

Brek HidraulikHydraulic Brake

• Tekanan yang dikenakan pada pedal brek boleh menghasilkan tekanan yang sama ke semua tayar untuk memberhentikan kereta. Pressure acting on the brake pedal can transmit an

equal pressure to all wheels simultaneously to stop the car.

• Tekanpedalbrekdenganmengenakan daya .

Press on the brake pedal by applying a force .

• Pistondisilinderutamamengenakan

tekanan pada minyak brek .

The piston of the master cylinder applies a pressure on the brake fluid .

• Tekanan bertindak secara seragam pada silinder hamba di tayar. Pressure is transmitted uniformly to the slave cylinders at the wheel.

• Iamenyebabkan piston pada tayar menolak kasut brek untuk menekan pada permukaan gegendang brek.

This causes the pistons at the wheels to push the brake shoes to press against the surface of the brake drums.

• Geseran antara brek dan kasut brek menyebabkan kenderaan menjadi perlahan dan akhirnya berhenti.

The friction between the brakes and brake shoes causes the vehicle to slow down and finally stop.

Pedal brekBrake pedal

PistonPiston

PistonPiston

Silinder utamaMaster cylinder

Silinder hambaSlave cylinder

Gegendang brekBrake drum

SpringSpring

KasutbrekBrakeshoe


3

UNIT



1 Untuk menghasilkan daya sebanyak 2 500 N ke sistem hidraulik yang berkeluasan 20 m2, hitung jumlah daya yang harus digunakan untuk keluasan 50 cm2.To produce a 2 500 N force over a 20 m2 area of a hydraulic system, calculate the magnitude of the force that must be applied to a 50 cm2 area.

Penyelesaian/Solution:F1

A1 =

F2

A2

F1

50 cm2 = 2 500 N20 m2

F1 = 50 cm2 × 2 500 N

20 × 104 cm2

= 0.625 N

2 Di dalam sebuah sistem hidraulik, suatu piston yang besar mempunyai luas keratan rentas

A2 = 200 cm2 dan piston yang kecil pula mempunyai luas keratan rentas A1 = 5 cm2. Jika daya sebanyak 250 N dikenakan pada piston kecil, berapakah daya F yang dikenakan pada piston yang besar?In a hydraulic system, the large piston has a cross-sectional area A2 = 200 cm2 and the small piston has cross-sectional area A1 = 5 cm2. If a force of 250 N is applied to the small piston, what is the force, F, on the large piston?


F1

A1 =

F2

A2

250 N5 cm2 =

F200 cm2

F = 10 000 N

3 Rajah menunjukkan sistem hidraulik asas yang mempunyai piston kecil dan besar masing-masing dengan luas keratan rentas 0.005 m2 dan 0.1 m2. Daya sebanyak 20 N dikenakan pada piston kecil.The diagram shows a basic hydraulic system which has a small piston and a large piston with cross-sectional areas of 0.005 m2 and 0.1 m2 respectively. A force of 20 N is applied to the small piston.

20 N 0.1 m2

PistonkecilSmall piston

Piston besarLarge piston

0.005 m2

Beban/Load

Tentukan/Determine (a) tekanan yang disebarkan dalam cecair hidraulik the pressure transmitted in the hydraulic fluid. (b) jisim beban tersebut/the mass of the load.

Penyelesaian/Solution:(a) tekanan yang dipindahkan/the pressure transmitted,

P = 20 N

0.005 m2 = 4 000 N m-2

(b) P = mgA2

4 000 N m–2 = jisim/mass × 10 m s–2

0.1 m2

∴ jisim/mass = 40 kg

Ciri-ciri/Characteristics

(a) Cecair brek menggunakan minyak kerana minyak tidak boleh dimampatkan.

The brake fluid used oil because it cannot be compressed.

(b) Cecair itu perlu mempunyai takat didih yang tinggi supaya tidak mudah berubah menjadi gas.

The fluid must have a high boiling point so that it does not easily change to gas.

(c) Bahan untuk paip saluran diperbuat daripada keluli kerana ianya kuat dan mampu menghalang daripada kebocoran.

The material for the transmission pipe is made from steel because it is strong and can prevent the pipe from leakage.

Faktor mengapa brek tidak berfungsi secara berkesan A factor why the brake does not work effectivelyApabila terdapat gelembung udara di dalam cecair, sebahagian daripada daya yang dikenakan akan digunakan untuk

memampatkan gelembung udara tersebut. Ianya akan menambahkan masa untuk tindak balas brek tersebut.When there are air bubbles in the liquid, part of the force applied will be used up in compressing the air bubbles. It will

increase the response time of the brake.

Latihan/Exercises


3

UNIT



Definisi tujah ke atas atau daya keapunganDefinition 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 keapungan ke atas dengan kehilangan beratRelate buoyant force to the loss of weight

(a) Berat objek di udara ialah berat sebenarnya = 10 N

The weight of an object in air is its actual weight = 10 N

(b) Berat yang diukur apabila objek direndam sepenuhnya di dalam air ialah berat ketara = 7N

The weight measured when the object is immersed totally in water is its apparent weight = 7N

(c) Daya keapungan menjadikan objek kelihatan lebih ringan . The Buoyant force makes the object seem to be lighter .

(d) Daya keapungan bertindak ke arah atas .

The buoyant force acts upwards .

(e) Daya keapungan ke atas adalah bersamaan dengan berat ketara yang hilang .

The buoyant force is equal to the apparent loss in weight.

(f) Daya keapungan = berat sebenar – berat ketara = 10 N – 7 N = 3 N Buoyant force = 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 keapungan= Daya julangan

APLIKASI PRINSIP ARCHIMEDESAPPLYING ARCHIMEDES’ PRINCIPLE3.5


3

UNIT



Menghubungkaitkan daya keapungan 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 keapungan adalah bersamaan dengan berat cecair yang disesarkan .

Buoyant force is equal to the weight of the liquid displaced .

(b) Daya keapungan = 3 N – 1 N = 2 N .

Berat air yang disesarkan = 2 N .

Buoyant force = 3 N – 1 N = 2 N .

Weight of the water displaced = 2 N .

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

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

Isi padu air yangdisesarkanVolume ofwater displaced

101214161820222426

101214161820222426

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

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

Prinsip ArchimedesArchimedes’ Principle

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

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

tersebut.

Daya keapungan (tujah ke atas) = berat bendalir yang disesarkan

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.

Buoyant force (upthrust) = weight of water displaced


3

UNIT



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

(a) Jika objek terapung/If the object floats

Daya keapungan = berat objek/Buoyant force = weight of object

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

Daya keapungan > berat objek/Buoyant force > weight of the object

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

Daya keapungan < berat objek/Buoyant force < weight of the object

Aplikasi Prinsip ArchimedesApplication of Archimedes’ Principle

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

menyesarkan isi padu air yang sangat besar .

A ship floating on the surface of the sea displaces a

very large volume of water .

• Berat air yang disesarkan adalah sangat besar,

oleh itu daya keapungan yang disesarkan sangat besar pada kapal tersebut.

The weight of water displaced is very large, so

the buoyant force acting on the ship is also very large.

• Berat kapal adalah bersamaan dengan daya keapungan , jadi ia terapung.

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

• Sebaliknya,sebongkahlogamakanmenyesarkanisipadu

air yang kecil sahaja.On the other hand, a block of steel will displace a

small volume of water only.

• Jadi, daya keapungan yang bertindak pada logam

itu adalah lebih kecil daripada beratnya; maka ia tenggelam.

So the buoyant force acting on it is smaller 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 kecil daripada ketumpatan air laut.

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

Di sungai/In the riverDi laut/At sea

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

• Daya keapungan bot yang terapung itu adalah

sama dengan berat air yang disesarkan .

The buoyant force on the floating boat is equal to the

weight of water displaced .

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

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

•Ketumpatan =

jisim

isi paduDensity =

massvolume

• Apailabotterapungdipermukaanlaut,isipaduairlautyang 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.


3

UNIT



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

increase .

• Apabilaisipaduairyangdisesarkanbertambah, daya keapungan juga akan

bertambah .

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

• Badankapaltersebutperlutenggelamlebihdalamuntukmenyesarkanlebih

banyak air supaya daya keapungan yang lebih besar dihasilkan untuk menampung berat yang lebih.The hull of the ship must sink lower to displace more water so that there is

larger buoyant force to support the extra weight.

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

• Ketumpatanairlautberbezamengikut lokasi dan musim .

The density of sea water varies with location and season .

• Untukmemastikankapaltersebutdiisidenganmuatanygsesuaiberatnya,tandagarisplimsollpadakapalberfungsisebagai 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 tinggi untuk menahan tekanan air yang tinggi

The high strength of metal withstands high water pressure

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

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

(d) Ruangudaradidalambadankapaladalah besar untuk menghasilkan daya apung yang besar (membolehkan kapal terapung)

The volume of space in the hull of the ship is high 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 W : Lautan musim sejuk/Salt water in winter WNA : Musim sejuk di Lautan Atlantik Utara/Winter in North Atlantic

TFF T

SWWNA


3

UNIT



Belon udara panas/Hot air balloons

• Belonditindakolehduadayautama( daya keapungan 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 keapungan adalah sama dengan berat udara yang disesarkan.

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

• Apabiladayakeapungan 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 keapungan, 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 keapunganUpthrust/Buoyant force

Daya keapunganUpthrust/Buoyant force

BeratWeight

Kapal selam/SubmarineKapal selam tenggelam/Submarine sinks

• Kapalselammempunyaitangki-tangkibalastyangbesaryangdigunakanuntukmengawal kedudukan

dan kedalaman kapal selam tersebut dari permukaan laut.

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

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

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

• Kapalselamtersebutakan tenggelam ./The submarine will sink .

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

• Beratkapalselamtersebutadalahlebih kecil daripada daya apung.

The weight of the submarine is smaller than the buoyant force.

• Kapalselamakan timbul semula .

The submarine will rise .

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 oxygen tanks for respiration

UdaraAir

AirWater

Tangki balast kosongBallast tank empty

Tangki balastpenuh denganairBallast tank fullof water

Permukaan lautSea surface


3

UNIT



Hidrometer/Hydrometer

SkalaScale

Batang halusThin stem

Kelalang kacadipenuhi udaraAir-�lled glass bulb

Butiran plumbumLead shots

• Hidrometeradalahsatuperalatanuntukmengukur ketumpatan relatif 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

• Ianyamempunyaikelalangkacayangmengandungibutiran 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 lebih sensitif

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

makes the hydrometer more sensitive

• Kelalangkacayangbesarpenuhdenganudaraitudigunakan untuk menyesarkan lebih cecair dan ianya

menyebabkan daya keapungan (tujah ke atas) bertambah menjadikan hidrometer terapungThe large air-filled glass bulb is used to displace more

liquid and it causes the buoyant force (upthrust) to

increase , 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 bebola plumbum di dalam kelalang kaca untuk memastikan hidrometer dalam keadaan tegak

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

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

Use a small stem to have bigger intervals on the scale

(c) Gunakan kelalang yang besar dan batang yang

lebih panjang supaya hidrometer tersebut tidak

tenggelam sepenuhnya dalam cecair yang berketumpatan

rendah

Use a big bulb and longer stem so that the hydrometer

does not sink all the way in a low density liquid

(d) Diperbuat daripada kaca supaya ianya tidak mudah terhakis

Made from glass so it does not corrode easily

Ciri-ciri belon udara panasCharacteristics of hot air balloons

(a) Belon besar – untuk menghasilkan daya keapungan 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 bahan pembakar yang banyak – 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


3

UNIT



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 keapungan 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]

Penyelesaian/Solution:(a) Daya keapungan/Buoyant force = berat di udara/weight in the air – berat ketara/apparent weight = 65 N – 30 N = 35 N(b) Berat air yang disesarkan/Weight of water displaced = daya keapungan/buoyant force = 35 N(c) Daya keapungan/Buoyant force = mg = (ρV)g 35 N = (1 000 kg m–3)(V)(10 m s–2)

V = 35 N

(1 000 kg m–3 × 10 m s–2) = 0.0035 m3

Perhatian/Note:

ρ = mV

m = ρV

Blok tenggelam sepenuhnya, maka isi padu blok = isi padu air yang disesarkan = 0.0035 m3

The block is completely submerged, so volume of the block = volume of water displaced = 0.0035 m3

2 Rajahmenunjukkansebijibelonberjisim200kgsedangterapungpadakedudukan 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?

Penyelesaian/Solution:Apabila sesuatu objek terapung dalam keadaan pegun, daya apungan = berat objekWhen an object floats in a stationary position, the buoyant force = weight of object

Oleh itu, F(daya apung)/Therefore, F(buoyant force) = W F = mg F = (200 kg) (10 m s–2) = 2 000 N

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?

Penyelesaian/Solution:Daya keapungan/Buoyant force = Berat sebenar/Actual weight – Berat ketara/Apparent weight = 20 N – 15 N = 5 NJadi, daya keapungan/Hence, buoyant force = Berat cecair yang disesarkan/Weight of the liquid displaced = 5 NJisim cecair yang disesarkan/Mass of the liquid displaced = 0.5 kg

Oleh itu/Then, ρ = mV

Perhatian/Note:Berat/Weight = mg 5 N = m(10 kg m–2) m = 0.5 kg

ρ = 0.5 kg

5 × 10-4 m3 = 1 000 kg m-3

TanahGround

(g = 10 m s–2)

KBAT

KBAT

Latihan/Exercises


3

UNIT



4 Sebuah blok logam mempunyai isi padu 0.5 m3 diikat pada tali. Blok itu ditenggelamkan di dalam air. Berapakah tegangan tali itu? [ketumpatan blok logam = 8 × 103 kg m-3, ketumpatan air = 1 × 103 kg m-3], A metal block with a volume 0.5 m3 is tied to a string. The block is immersed in water. What is the tension of the string? [density of metal block = 8 × 103 kg m-3, density of water = 1 × 103 kg m-3]

Penyelesaian/Solution:Daya keapungan + Tegangan = Berat blok di udara ρL = Ketumpatan logam/Density of metal

VL = Isi padu blok logam/Volume of metal blockρa = Ketumpatan air/Density of waterVL = Isi padu air tersesar/Volume of water displaced

Buoyant force + Tension = Weight of block in airTegangan = Berat blok di udara – Daya apungTension = Weight of block in air – Buoyant forceT (tegangan/tension) = ρLVLg – ρaVag = (8 000 kg m–3)(0.5 m3)(10 m s–2) – (1 000 kg m–3)(0.5 m3)(10 m s–2) = 35 000 N

5 Rajah menunjukkan satu tabung uji berjisim 0.012 kg dengandiameter seragam dan luas keratan rentas 4 × 10-4 m2, dan diisi dengan pasir, supaya ianya terapung menegak di dalam bikar yang berisi air dengan kedalaman 0.08 m.

[Ketumpatan air ialah 1 000 kg m-3]The diagram shows a test-tube of mass 0.012 kg with uniform diameter and cross-sectional area 4 × 10-4 m2, and it is filled with sand, so that it floats vertically in a beaker containing water at a height of 0.08 m. [Density of water is 1 000 kg m-3]

Tentukan/Determine (a) daya keapungan terhadap tabung uji.

the buoyant force on the test tube.

(b) berat pasir di dalam tabung uji.the weight of the sand in the test tube.

Penyelesaian/Solution:(a) Daya keapungan/Buoyant force = berat air tersesar/weight of water displaced = mg = (ρV)g = (1 000 kg m–3) × (0.08 m) (4 × 10-4) m2 × 10 m s–2 = 0.32 N(b) Daya keapungan/Buoyant force = berat tabung uji/weight of test tube + berat pasir/weight of sand Berat pasir/Weight of sand = Daya keapungan/buoyant force – berat tabung uji/weight of test tube = 0.32 N – (0.012 kg) (10 m s–2) = 0.32 N – 0.12 N = 0.2 N

6 Sebuah objek mempunyai isi padu 5 × 10-4 m3 digantung pada neraca spring di udara. Bacaan pada neraca spring ialah 8 N. Jika objek itu ditenggelamkan sepenuhnya ke dalam cecair yang berketumpatan 600 kg m-3,

tentukan bacaan neraca spring sekarang. An object with a volume of 5 × 10-4 m3 is hung from a spring balance in the air. The reading of the spring balance is 8 N. If the object is immersed fully in a liquid with a density of 600 kg m-3, determine the reading of the spring balance now.

Penyelesaian/Solution:Jisim cecair yang disesarkan/Mass of liquid displaced = Vcecair/liquid × ρcecair/liquid m

v = ρ m = 5 × 10-4 m3 × 600 kg m-3

= 0.3 kg∴Berat cecair yang disesarkan/Weight of liquid displaced = (0.3 kg) (10 m s–2) = 3.0 NJadi, daya apung/Hence, buoyant force = Berat cecair yang disesarkan/Weight of liquid displaced = 3 N Jadi, daya apung = Berat sebenar objek di udara – Berat ketara objek (di dalam cecair) Hence, buoyant force = Real weight of object in air – Apparent weight of the object (in the liquid) 3 N = 8 N – Berat ketara/Apparent weight∴ Berat ketara = Bacaan neraca spring bagi objek dalam cecair = 5 N Apparent weight = Reading of spring balance for object in liquid = 5 N

BikarBeaker

AirWater

PasirSand 0.08 m

KBAT


3

UNIT



Prinsip Bernoulli/Bernoulli’s Principle

Prinsip Bernoulli menyatakan bahawa tekanan dalam bendalir berkurang apabila kelajuan 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 terangkat ke atas

When the air is blown across the surface of a piece of paper,

the paper moves up

(b) Ini berlaku kerana udara bergerak pada halaju yang

tinggi, maka tekanan menjadi rendah di sebelah atas

kertas

This happens because as the air above the paper moves at

a very high velocity, the pressure decreases above the paper

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

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

air decreases as the speed of the air increases

(d) Tekanan atmosfera yang bertindak di sebelah bawah

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

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

(e) Terdapat perbezaan tekanan,maka daya paduan d

yang menghala ke atas akan menolak kertas tersebut ke atas.

There is a difference in pressure, so a resultant force 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 bergerak

mendekati antara satu sama lain

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

balls will move closer to each other

(b) Udara bergerak pada halaju yang tinggi di antara

bola-bola tersebut, maka tekanan menjadi rendah

The air moves at a very high velocity between the balls, and

so the pressure becomes low

(c) Mengikut Prinsip Bernoulli, tekanan pada udara yang

bergerak berkurang apabila kelajuan udara bertambah .

According to Bernoulli’s Principle, the pressure of the

moving air decreases as the speed of the air increases .

(d) Tekanan atmosfera yang bertindak pada bola ping pong

di X dan Y adalah lebih tinggi daripada tekanan

udara di Z di antara bola ping pong menyebabkan

perbezaanpadatekanan.The atmospheric pressure which acts on the ping-pong balls at

X and Y is higher than the air pressure at Z between the

balls causing a difference in pressure .

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

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

MEMAHAMI PRINSIP BERNOULLIUNDERSTANDING BERNOULLI’S PRINCIPLE3.6


3

UNIT



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 tinggi antara bola dan corong turas, jadi tekanan menjadi rendah di kawasan A dan B.This is because the air moves at a very

high velocity between the ball and the wall

of the filter funnel, the pressure becomes low in regions A and B.

(c) Mengikut Prinsip Bernoulli, tekanan udara

yang bergerak menjadi rendah apabila kelajuan udara meningkat.According to Bernoulli’s Principle, the pressure

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

(d) Tekanan atmosfera di kawasan C

yang lebih tinggi daripada tekanan udara di kawasan A dan B menyebabkan perbezaantekanan.The atmospheric pressure in region C, being

higher than the air pressure in region A and B.

(e) Daya paduan 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 seragam dari P ke R dalam tiub.

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

• Halajubendalir bertambah dari P ke R.

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

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

(3)

Aliran udaraAir �ow P

QR

AirWater




• BahagiantengahQ adalah paling sempit, jadi halaju pada Q

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

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

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


3

UNIT



Aplikasi Prinsip BernoulliApplications of Bernoulli’s Principle

Penyembur racun seranggaInsecticide spray

(a) Apabila omboh ditolak, udara akan dipaksa keluar melalui pada kelajuan

yang tinggi 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

high speed which causes the air pressure to be low.

(b) Mengikut Prinsip Bernoulli, tekanan udara yang bergerak itu berkurang apabila laju udara meningkat.According to Bernoulli’s Principle, the pressure of the moving air

decreases as the speed of the air increases.

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

wujudnya perbezaantekanan .The atmospheric pressure in the insecticide container is higher than the pressure outside, thus causing the

difference in pressure .

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

This produces a resultant force 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

AerofoilAerofoil

(a) Rajahdisebelahmenunjukkanbentukaerofoilbagikeratanrentassayapkapal 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 halaju yang lebih tinggi pada

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

lower, and therefore the speed is greater on the upper surface but the

pressure is lower at the upper surface.

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

The lift (resultant force) is produced by the difference in pressure 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


3

UNIT



Penunu BunsenBunsen burner

(a) Apabila gas mengalir keluar melalui jet X dengan halaju yang tinggi , tekanan di X di dalam penunu Bunsen menjadi rendah (Prinsip Bernoulli).

When a gas jet flows out from the nozzle, X, with high velocity, the pressure at X in the Bunsen burner becomes low (Bernoulli’s Principle).

(b) Tekanan atmosfera di luar yang lebih tinggi akan menyebabkan udara disedut ke dalam liang udara dan dicampur dengan gas tersebut untuk pembakaran gas yang lebih sempurna.

A higher external atmospheric pressure will cause air to be sucked into the air hole and be mixed with the gas for a more complete combustion of the gas.

(c) Tekanan atmosfera adalah lebih tinggi daripada tekanan di dalam jet gas tersebut menyebabkan wujudnya

perbezaantekanan .

The atmospheric pressure is higher than the pressure inside the jet of gas and this causes a

difference in pressure .

Jet gasGas jetX

UdaradisedutmasukAir sucked in Gas masuk

Gas in

1 DalamRajah1,tekananyangdikenakanolehairP1, P2 dan P3 dibandingkan. In Diagram 1, the pressure exerted by water P1, P2 and P3 are compared.

AirWater

AirWater

AirWater

P1

P

P2

Q

P3

R

Rajah 1 / Diagram 1

Antara berikut, perbandingan yang manakah betul?Which of the following comparisons is correct?

A P1 = P2 = P3 B P1 < P2 < P3 C P1 > P2 > P3 D P2 < P1 < P3

Latihan Pengukuhan/Enrichment Exercises

2 Sebuah kuboid yang ditunjukkan dalam Rajah 2mempunyai jisim 1.5 kg. The cuboid shown in Diagram 2 has a mass of 1.5 kg.

KuboidCuboid

Meja / Table

15 cm10 cm

20 cm

Rajah 2 / Diagram 2

Apakah tekanan maksimum yang dikenakan oleh kuboid itu apabila diletakkan di atas meja?What is the maximum pressure exerted by the cuboid when placed on a table?A 0.1 N m–2

B 10 N m–2 C 100 N m–2

D 1 000 N m–2


3

UNIT



Jika ketinggian turus merkuri ialah 40 cm dan tekanan atmosfera ialah 76 cm Hg, berapakah tekanan udara di dalam tiub kaca?If the height of the mercury column is 40 cm and the atmospheric pressure is 76 cm Hg, what is the air pressure in the glass tube?A 36 cm HgB 40 cm Hg C 76 cm HgD 116 cm Hg

6 Antara berikut, yang manakah menunjukkan bahawa tekanan daripada bekalan gas adalah yang paling tinggi?Which of the following shows that the pressure from the gas supply is the highest?A

Bekalan gasGas supply




C Bekalan gasGas supply




B





D





7 DalamRajah7,suatuobjeklogam,X, direndamkan ke dalam seturus air pada tiga kedudukan yang berasingan. TP, TQ dan TR masing-masing ialah ketegangan tali pada kedudukan P, Q dan R.

In Diagram 7, a metal object, X, is lowered into a column of water at three different positions. TP, TQ and TR are the tensions in the string at positions P, Q and R respectively.

AirWater

AirWater

XP

X R

TP

AirWater

XQ

TQ TR

Rajah 7 Diagram 7

Pernyataan yang mana satukah benar?Which of the following statements is true?

A TP > TQ > TR

B TP < TQ < TR

C TP = TQ = TR

3 CarijumlahtekanandiPdalamRajah3dalamunit"meter air" (m-air).

[Tekanan atmosfera = 10 m air].Find the total pressure at P in Diagram 3 in unit “meter of water” (m-water).[Atmospheric pressure = 10 m-water]

AirWater 50 m

20 mP

Rajah 3 / Diagram 3

A 10 C 30B 15 D 40

4 Rajah4menunjukkanmanometeryangdiisidenganmerkuri.Diagram 4 shows a manometer filled with mercury.

4 cm

Permukaan lantaiFloor surface

Tiub getah / Rubber tubeMerkuri / Mercury

Tiub kacaGlass tube


16 cm

Rajah 2 / Diagram 2

Apabila satu hujung manometer dibekalkan dengan gas, aras turus merkuri didapati meningkat ke paras tertinggi. Jika tekanan atmosfera ialah 76 cm Hg, berapakah tekanan gas yang dibekalkan?When one end of the manometer is supplied with gas, the mercury column is found to rise to a higher level. If the atmospheric pressure is 76 cm Hg, what will be the pressure of the gas supply?

A 16 cm Hg C 76 cm HgB 60 cm Hg D 92 cm Hg

5 Rajah5menunjukkansatuturusmerkuridalamtiubkaca dengan udara yang terperangkap di dalamnya. Diagram 5 shows a mercury column in a glass tube with air trapped in it.

40 cm

Udara / Air

MerkuriMercury

Rajah 5 / Diagram 5


3

UNIT



8 DalamRajah8,tigakapalmainanyangserupayangberatnya 7.0 N masing-masing terapung di atas tiga cecair yang berlainan.

In Diagrams 8, three identical toy ships, of weight 7.0 N, float on three different liquids respectively.

AirWater

Air lautSea water

Kapal mainan denganberat 7.0 N

Toy ship of weight 7.0 N





MinyakOil

X Y Z

Rajah 8 / Diagram 8

Antara pernyataan berikut, yang manakah benar?Which of the following statements is true?

A Daya apung yang bertindak ke atas kapal mainan di minyak < daya apung bertindak ke atas kapal mainan di air laut.

The buoyant force acting on the toy ship in oil < the buoyant force acting on the toy ship in sea water.

B Daya apung yang bertindak ke atas kapal mainan di air laut > 7.0 N.

The buoyant force acting on the toy ship in sea water > 7.0 N.

C Daya apung yang bertindak ke atas kapal mainan di minyak < 7.0 N.

The buoyant force acting on the toy ship in oil < 7.0 N. D Daya apung yang bertindak ke atas kapal mainan

di air = 7.0 N. The buoyant force acting on the toy ship in water =

7.0 N.

9 Rajah9menunjukkansebuahjekhidraulikringkas.Diagram 9 shows a simple hydraulic jack.

X

Cecair hidraulikHydraulic �uid

DayaForce

DayaForce

Metal Logam

Rajah 9 / Diagram 9

Antara berikut, yang manakah ciri baik bagi bendalir hidraulik?Which of the following is a good characteristic of a hydraulic fluid?

A Bendalir boleh dimampatkan Compressible fluidB Ada gelembung dalam bendalir There are bubbles in the fluid

C Bendalir tidak mengkakis logam Fluid is not corrosive to metalD Bendalir diwapkan dengan mudah Fluid vaporises easily

10 Rajah10menunjukkanbahawasebijibolapingpongtidak terjatuh ke bawah apabila air mengalir dengan kuat dari sebuah pili.Diagram 10 shows a ping-pong ball that does not fall when the water flows down strongly from the tap.

Air / WaterCorong turasFilter funnel Bola ping pong

Ping-pong ball

Rajah 10 Diagram 10

FenomenadalamRajah10dapatditerangkanolehThe phenomenon in Diagram 10 is explained by

A Prinsip Pascal Pascal's PrincipleB Prinsip Archimedes Archimedes' PrincipleC Prinsip Bernoulli Bernoulli's PrincipleD Inersia Inertia

11 Dalam Rajah 11, seorang budak perempuan yangberdiri di bawah kipas angin siling didapati bajunya berkembang.In Diagram 11, a girl who was standing under a ceiling fan is found that her skirt was bulging.

Rajah 11 / Diagram 11

Fenomena ini diterangkan olehThis phenomenon is explained by

A Prinsip Pascal Pascal's PrincipleB Prinsip Archimedes Archimedes' PrincipleC Prinsip Bernoulli Bernoulli's PrincipleD Inersia Inertia


3

UNIT



1 Rajah1menunjukkanstruktursistemhidraulikyangmanadayayangkecildigunakanuntukmenghasilkandayayang lebih besar. A dan B adalah luas keratan rentas omboh.Diagram 1 above shows the structure of a hydraulic system where a small force is used to produce a bigger force. A and B are the cross-sectional areas of the pistons.

F20 N P Q BA MinyakOil

Luas keratan rentas 10 cm2

Area of cross-section 10 cm2Luas keratan rentas 40 cm2

Area of cross-section 40 cm2

Rajah 1 / Diagram 1

(a) Daya 20 N dikenakan ke atas omboh yang lebih kecil. A force of 20 N is applied to the smaller piston.

(i) Hitung tekanan pada omboh kecil. Calculate the pressure on the smaller piston.

P = 20 N———

10 cm2 = 2.0 N cm–2

(ii) Hitung daya, F, dikenakan pada omboh yang lebih besar. Calculate the force, F, exerted on the larger piston.

F = 40 cm–2 ( 20 N———10 cm2 ) = 80 N

(iii) Cari nisbah tekanan pada omboh kecil kepada tekanan pada omboh yang lebih besar. Find the ratio of the pressure on the smaller piston to the pressure on the larger piston.

Nisbah / Ratio = 2.0 N cm–2—–———–2.0 N cm–2 = 1

(iv) Namakan prinsip yang digunakan dalam (a)(ii). Name the principle applied in (a)(ii).

Prinsip Pascal. / Pascal’s Principle

(c) Omboh P ditolak dan bergerak ke kanan melalui jarak 15 cm dan ini telah menyebabkan omboh Q bergerak sedikit ke kanan. / Piston P is pushed and moved to the right through a distance of 15 cm and this has resulted in the piston Q moving a bit to the right.

(i) Berapakah jarak omboh Q telah bergerak? How far has the piston Q moved?

(ii) Apakah andaian yang dibuat dalam menghasilkan jawapan dalam (c)(i)? What is the assumption made in obtaining the answer in (c)(i)?

Tekanan omboh kecil dipindahkan sepenuhnya kepada omboh yang lebih besar.

The pressure of the smaller piston is fully transmitted to the larger piston. (iii) Nyatakan satu sifat yang penting cecair yang digunakan dalam brek hidraulik. State one important property of the liquid used in the hydraulic brake.

Tidak boleh mampat / tidak mudah meruap / tidak mengkakis.

Not compressible / does not evaporate easily / is not corrosive.

(15 cm)(10 cm) = (40 cm)x ∴x = 3.75 cm

Soalan Struktur/Structure Questions


3

UNIT



2 Rajah2menunjukkansebuahbotkayuberjisim700kgdenganisipadu2.2m3 terapung di laut.Diagram 2 shows a wooden boat of mass 700 kg with a volume of 2.2 m3 floating at sea.

Bot kayu / Wooden boat

F W

Rajah 2 / Diagram 2

(a) (i) DalamRajah2,Wialahberatbotitu.Namakankuantitifizikal,F. In Diagram, W is the weight of the boat. Name the physical quantity, F.

Daya apung / Buoyant force, Upthrust

(ii) Apakah hubungan di antara F dengan W? / What is the relationship between F and W?

F = W

(b) Hitung magnitud F. / Calculate the magnitude of F.

(c) Sebuah bot dengan jisim dan isi padu yang sama dibina dengan menggunakan aluminium untuk menggantikan bot kayu. / Another boat of the same mass and volume is built from aluminium to replace the wooden boat.

(i) Berikan satu sebab mengapa aluminium dipilih. Give one reason why aluminium is chosen.

Ketumpatan yang lebih rendah, tidak berkarat / Lower density, does not rust

(ii) Hitung berat maksimum kargo dan orang yang boleh dibawa masuk ke dalam bot aluminium tanpa tenggelam. (Ketumpatan air laut = 1 020 kg m–3)

Calculate the maximum weight of cargo and people which can be brought into the aluminium boat without sinking. (Density of sea water = 1 020 kg m–3)

(iii) Apakah yang akan terjadi sekiranya bot aluminium yang membawa berat maksimum tersebut bergerak dari laut ke sungai?

What will happen if the aluminium boat carrying the maximum weight moves from sea to a river?

Bot itu akan tenggelam / The boat will sink

(iv) Terangkan jawapan anda dalam (c)(iii). / Explain your answer in (c)(iii).

Ketumpatan air sungai lebih rendah daripada ketumpatan air laut.

River water has a lower density than density of sea water.

Berat (bot + kargo + orang) lebih besar daripada daya apung.

Weight of (boat + cargo + people) is greater than buoyant force.

F = W = mg = 700 kg × 10 m s–2

= 7 000 N

Berat maksimum air laut yang tersesar / Maximum weight of sea water displaced= ρ gV= 1 020 kg m–3 × 10 m s–2 × 2.2 m3

= 22 440 NMaka, berat maksimum tambahan yang dibenarkan ke dalam bot + berat bot = 22 440 NTherefore, maximum additional weight allowed into the boat + weight of boat = 22 440 N

Maka, berat maksimum tambahan yang dibenarkan ke dalam bot = 22 440 N – berat bot Therefore, maximum additional weight allowed into the boat = 22 440 N – weight of boat = 22 400 N – 7 000 N = 15 440 N


Documents

FORCES AND PRESSURE Fizik Tg4 B3 2015...bola hanya mempunyai luas permukaan sentuhan yang kecil pada permukaan padang. Tekanan yang cukup tinggi pada tapak kasut yang berpaku membuatkan