Form 4 Physics - Chapter 2 (BM version)

2.1  MENGANALISA GERAKAN LINEAR

Gerakan linear ialah gerakan sepanjang garis lurus.

Kuantiti skalar 

- kuantiti fizik yang mempunyai magnitud sahaja.

- contoh ialah jisim, masa, jarak, laju

Kuantiti vektor

- kuantiti fizik yang mempunyai magnitud dan arah.

- contoh ialah sesaran, halaju, pecutan, daya, momentum

Jarak (distance), s

- jumlah panjang lintasan yang dilalui oleh suatu objek.

- kuantiti skalar

- unit SI ialah meter, m

Sesaran (displacement), s

- jarak (terdekat) suatu objek daripada kedudukan asalnya, mengikut arah dari titik asal itu.

- kuantiti vektor

- unit SI ialah meter, m

Laju (speed), v

- kadar perubahan jarak:

- unit SI ialah ms ^-1
- kuantiti skalar  


Halaju (velocity), v 
- kadar perubahan  sesaran atau perubahan jarak pada suatu arah tertentu

- unit SI ialah ms ^-1

- kuantiti vektor mengikut arah sesaran paduan.

 Pecutan (acceleration), a

- kadar perubahan halaju.

  - kuantiti vektor.

- unit SI ialah ms ^-2

Pecutan seragam (constant acceleration)

- jika halaju objek (yang bergerak secara linear) berubah dengan kadar malar (constant).

Nyahpecutan (deceleration)

- halaju objek semakin berkurang

- pecutan negatif.

Contoh:

1. (a) Sebuah kereta bergerak dari keadaan pegun dan memecut secara seragam supaya  

          mencapai halaju 20 ms ^-1 dalam masa 5 saat. Berapakah pecutan kereta itu?

    Penyelesaian:

          halaju awal, u  = 0 ms ^-1

          halaju akhir, v  = 20 ms ^-1

          masa, t  =  5 saat

 

                           =   20 - 0  =  4  ms ^-2

                                     5

    (b) kemudian brek di tekan dan kereta itu semakin perlahan dengan kadar seragam 
          sehingga berhenti dalam masa 4 saat. Berapakah pecutan kereta itu?


     Penyelesaian
          halaju awal, u  = 20 ms ^-1

          halaju akhir, v  = 0 ms ^-1

          masa, t  =  4 saat

  

                           =  0  -  20   =  - 5 ms ^-2
                                   4 
         Kereta itu mengalami nyahpecutan dengan magnitud 5

LATIHAN

1. Sebuah lori memecut secara seragam dari halaju 5 ms ^-1 sehingga 20 ms ^-1 dalam masa 

    20 saat. Tentukan pecutan lori itu.

2. Hisham mula memandu keretanya dari rumah dengan pecutan seragam dan mencapai 

    halaju 15.0 ms ^-1 dalam masa 5.0 saat. Berapakah pecutan kereta Hisham?

Jangka masa detik (ticker timer)

- alat yang digunakan untuk mengkaji gerakan suatu objek bagi selang masa yang singkat.

- pita detik berkarbon dipasang melalui jangka masa detik dan ditarik oleh objek yang 

  bergerak.

- digunakan untuk menentukan masa, sesaran, halaju purata, pecutan dan jenis gerakan suatu 

  objek.

Contoh:

Jenis-jenis gerakan (yang digambarkan di pita detik)

- Jarak antara titik-titik sama - halaju objek adalah seragam (constant velocity)

- Jarak antara titik-titik bertambah secara seragam - pecutan seragam (constant acceleration)

22 Februari 2012


Hubungan kait sesaran, halaju, pecutan dan masa.


Gerakan dengan halaju seragam

1. Objek yang bergerak dengan halaju seragam - pecutannya sifar.
2. Sesaran, s selepas t saat :  

                                              s = v x t             [ v - halaju seragam objek ]

Gerakan dengan pecutan seragam 

Objek yang bergerak dengan pecutan seragam, a, sesaran, s objek :

Contoh:

Hisham mula memandu keretanya dari rumah dengan pecutan seragam dan mencapai halaju 15.0 ms^-1  dalam masa 5.0 s. Berapakah

(a) pecutan kereta Hisham?

(b) sesaran kereta Hisham 5.0 saat selepas mula bergerak?

(c) halaju kereta Hisham pada masa t = 4.0 saat?

(d) halaju kereta Hisham setelah bergerak sejauh 20.0 m dari tempat permulaan.

Penyelesaian:

GRAF GERAKAN LINEAR


GRAF SESARAN - MASA

• Kecerunan graf = halaju objek

 

GRAF HALAJU  - MASA

2.2 JISIM DAN INERSIA


Jisim

- jumlah atau kuantiti jirim yang terkandung dalam sesuatu objek.
- bergantung kepada bilangan dan jenis atom dalam objek itu
- unit SI ialah kilogram )kg)
- merupakan kuantiti skalar
- sentiasa tetap dan tidak dipengaruhi oleh faktor seperti daya tarikan graviti.


2.2 INERSIA
- merupakan sifat semula jadi suatu objek yang cenderung untuk menentang sebarang
  perubahan keadaan asal gerakannya, sama ada keadaan pegun atau keadaan bergerak.


Situasi tentang inersia jika 


keadaan asal objek:  pegun

- apabila kadbod disentap (tarik serta merta) secara mengufuk (horizontal), duit syiling akan
   terjatuh ke dalam gelas.
- inersia duit siling menentang perubahan keadaan asalnya, iaitu keadaan pegun. Oleh itu ia
  tidak bergerak bersama kepingan kadbod lalu jatuh ke dalam gelas kerana daya tarikan
  graviti.


keadaan asal objek: bergerak

                  sedang bergerak                           berhenti secara tiba-tiba

- apabila sebuah kereta bergerak, pemandu dan penumpang juga bergerak bersama-sama.
- apabila kereta itu di perlahankan atau berhenti secara tiba-tiba, pemandu dan penumpang
  akan terhumban ke hadapan.
- inersia pemandu dan penumpang itu menentang perubahan keadaan asalnya iaitu keadaan
  bergerak. Oleh sebab itu mereka meneruskan pergerakkan ke hadapan.

Applikasi konsep inersia.

                 A                                    B                                      C                                    D

A  - Sos cili lebih mudah keluar daripada botol jika botol digoncang ke bawah dengan kuat 

       dan dihentikan secara mendadak.

     - Sos cili dalam botol itu cuba mengekalkan keadaan asalnya yang bergerak ke bawah 

       apabila botol dihentikan secara tiba-tiba.

B - Payung diputarkan laju untuk menanggalkan titisan air di permukaannya.

    - Titisan air cuba mengekalkan keadaan asalnya pegun apabila payung diputar.

C - Budak lelaki berlari secara zig-zag (lintang pukang) ketika dikejar oleh lembu.

    - Jisim lembu yang besar maka inersianya juga besar, menyukarkannya mengubah arah

      gerak secara pantas.

D - Bahagian pemegang tukul dihentakkan ke lantai/permukaan yang keras untuk   

      mengetatkan kepala penukul yang longgar.

    - Kepala penukul cuba mengekalkan keadaan asalnya yang bergerak ke bawah apabila 

      pemegangnya terhentak ke tanah yang keras.

Kaedah mengurangkan kesan negatif inersia.

                                        A                                                      B

A  Penggunaan beg udara dan tali pinggang keledar

• Beg udara akan mengembang apabila berlaku perlanggaran.
• Pemandu dan penumpang yang cuba mengekalkan keadaan asalnya yang bergerak akan terhumban ke hadapan.
• Beg udara akan menghalang mereka daripada terhentak ke stering atau cermin kaca dan ini membantu mengurangkan kecederaan mereka.
• Tali pinggang keledar pula menghalang mereka daripada terhumban ke hadapan.

B  Mengangkut barangan berat menggunakan lori.

• Muatan mesti diikat kuat supaya tidak jatuh semasa lori berhenti atau mula bergerak.
• Barangan yang berat cuba mengekalkan keadaan asalnya samada pegun atau bergerak menyebabkan ia terjatuh apabila lori mula bergerak atau berhenti.

2.3 MOMENTUM LINEAR

        Momentum 

• ialah hasil darap jisim dengan halaju.

         Momentum = jisim x halaju

                            = mv

• merupakan kuantiti vektor, dengan arah mengikut arah halaju.

• unit SI nya ialah kg ms^-1

• bertambah apabila - jisim bertambah, halaju bertambah atau kedua-dua jisim dan halaju bertambah.

 Prinsip keabadian momentum   menyatakan bahawa

• jumlah momentum dala suatu sistem adalah dikekalkan sekiranya tida daya luar yang bertindak

• momentum sebelum ...  =  momentum selepas ...

   Perlanggaran

• elastik / kenyal / anjal
• tidak elastik            

      Perlanggaran elastik

• Semua objek yang terlibat berpisah selepas perlanggaran dengan halaju masing-masing.
• momentum dikekalkan
• tenaga kinetik dikekalkan
• jumlah tenaga dikekalkan

                        sebelum perlanggaran                                      selepas perlanggaran

                              jumlah momentum sebelum  =  jumlah momentum selepas

                                                                   

                                                     m₁u₁ + m₂u₂  =  m₁v₁ + m₂v₂

       Perlanggaran tidak elastik

• Semua objek yang terlibat bercantum selepas peerlanggaran dengan halaju yang sama.
• momentum dikekalkan
• tenaga kinetik berubah / tidak dikekalkan
• jumlah tenaga dikekalkan

                     sebelum perlanggaran                                          selepas perlanggaran

                              jumlah momentum sebelum  =  jumlah momentum selepas

                                                                   

                                                     m₁u₁ + m₂u₂  =  ( m₁ +  m₂) v

    Letupan

• Sebelum letupan semua jasad / objek dalam keadaan bercantum dan pegun / rehat.
• Selepas letupan semua jasad / objek yang terlibat bergerak dalam arah yang berlawanan.

        Jumlah momentum sebelum letupan    =    Jumlah momentum selepas letupan                                    

                                                                    0   =   m₁v₁ + m₂v₂

                                                                 

                                                              m₁v₁  =   - m₂v₂

• tanda ( - ) menunjukkan arah berlawanan

  APLIKASI PRINSIP KEABADIAN MOMENTUM

Enjin jet

• Udara disedut masuk dan dimampatkan dalam bahagian kompresor. Udara termampatmengalir ke ruang kebuk pembakaran (combustion chamber), bercampur dengan bahanapidan terbakar lalu membebaskan gas-gas panas.
• Gas panas berkelajuan tinggi dibebaskan ke belakang dengan momentum yang tinggi.
• Momentum yang sama magnitudnya tetapi dalam arah bertentangan dihasilkan, lalumenggerakkan jet ke hadapan.

 Enjin roket

• Campuran hidrogen dan bahan api oksigen dalam kebuk enjin terbakarhebat.
• Gas-gas panas dibebaskan dengan kelajuan sangat tinggi melalui ekszos,akan menghasilkan momentum ke bawah yang besar.
• Berdasarkan prinsip keabadian momentum, menyebabkan  momentum yangsama magnitudnya tetapi berlawanan arah akan terhasil.  Maka roket akanbergerak keatas

 Mennggunakan bot kipas di kawasan paya.

• Kipas menghasilkan halaju udara yang tinggi ke belakang, lalu momentum yang besar dalam arah yang sama terhasil.
• Berdasarkan prinsip keabadian momentum, momentum yang sama tetapiberlainan arah dihasilkan dan bertindak ke atas bot itu. Maka bot akanbergerak ke hadapan.

LATIHAN
 

1.

Kereta A berjisim 1000 kg bergerak pada kelajuan 20 ms ^-1 berlanggar dengan kereta B yang berjisim 1200 kg,  berkelajuan 10 ms ^-1  dalam arah yang sama.  Jika kereta B terdorong ke hadapan  pada 15 ms ^-1 kesan daripada impak tersebut, apakah halaju, v, kereta A sebaik sahaja perlanggaran itu terjadi?

2.

Sebuah trak berjisim 1200 kg bergerak pada kelajuan 30 ms ^-1 berlanggar dengan sebuah kereta berjisim 1000 kg yang bergerak dalam arah bertentangan dengan kelajuan 20 ms ^-1. Selepas perlanggaran, kedua-dua kenderaan bergerak bersama.  Berapakah halaju kedua-dua kenderaan sebaik sahaja selepas perlanggaran terjadi?

3.

Seorang lelaki menembak menggunakan pistol berjisim 1.5 kg. Jika jisim peluru ialah 10 g dan mencapai halaju 300 ms ^-1 selepas tembakan, berapakah halaju sentakan (recoil velocity) pistol itu?

2.5 MENGANALISA KESAN DAYA

Keseimbangan daya (Balanced Force)

Keseimbangan daya suatu objek tercapai apabila paduan beberapa daya yang bertindak ke atasnya  adalah sifar.

                                           Weight, W = Lift, U    

                                           Thrust, F = Drag, G