SCE 3105 – Fizik dalam Konteks Hidupan Harian Kuliah 3 – Gerakan dalam Satu Dimensi
GERAKAN DALAM SATU DIMENSI
Kajian gerakan - kinematik
Cara menghuraikan gerakan dalam satu dimensi: Perkataan, rajah, graf dan persamaan (equations)
Meghuraikan Gerakan dengan Perkataan
Apakah perkataan-perkataan itu? Clue: d, v, a.
Jarak (distance)
Jarak satu laluan yang diambil antara dua titik
Sesaran (Displacement)
Berapa jauh dari asalan (origin)
Laju (Speed)
satu kuantiti skala yang merujuk kepada “berapa laju jarak itu bergerak" .
Halaju (Velocity)
Satu kuantiti vektor yang merujuk kepada “kadar (rate) di mana suatu objek megubah kedudukannya.
Pecutan (accelaration)
Adalah satu kuantiti vector yang didifinisikan sebagai “kadar (rate) di mana suatu objek mengubah halajunya."
Kereta/ kereta-kereta manakah (merah, hijau, dan /atau biru) sedang mengalami pecutan
Kereta merah bergerak dengan laju seragam, mencakupi jarak yang sama untuk setiap saat. Kereta hijau dan biru sedang memecut lantas mencakupi jarak yang bertambah dalam setiap saat.
Menghuraikan Gerakan dengan graf Kedudukan lawan Masa . Padankan garis graf yang sepadan dengan warna kereta.
Kereta merah bergerak dengan v seragam: B Kereta-kereta hijau dan biru mempunyai v yang berubah : A & C
Menghuraikan Gerakan dengan Gambarajah 1.
Rajah Pita Detik (Ticker Tape)
Menghuraikan Gerakan dengan Gambarajah 2.
Rajah Vektor
Bagi rajah di atas, halaju adalah seragam, jadi rajah menunjukkan gerakan dengan halaju seragam. Bagi rajah di bawah, saiz vektor halaju semakin bertambah, jadi rajah menunjukkan gerakan dengan halaju meningkat– iaitu dengan pecutan
Ingatkah anda?
Mennggambarkan Gerakan dengan Persamaan
Cuba ini
Kereta yang dipandu Ina menghampiri satu lampu trafik. Keretanya bergerak dengan halaju 30.0 m/s. Lampu trafik bertukar menjadi kuning. Ina menekan brek lalu kereta tersebut mula berhenti. Jika pecutan kereta ialah –8.00 ms-2, tentukan sesaran kereta dari mula Ina menekan brek sehingga ia berhenti.
(Nota: Arah vektor halaju dan pecutan adalah tanda positif (+) dan negatif (–), masing-masing.)
Diketahui:
vi = +30.0 m/s vf = 0 m/s a = –8.00 m/s2 Cari: d = ??
Apakah strategi anda?
d = 56.3 m
Daya dan Gerakan Jenis-jenis daya
Geseran Berat Normal Tegangan Julangan (Thrust)
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Geseran Daya yang melawan gerakan antara dua permukaan yang bersentuh :
Geseran statik Geseran Gelongsor (sliding friction)
Motion
Lecture 3
17
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Geseran Statik dan Kinetik • Geseran: bila objek bergerak atau cuba bergerak, kompon daya gerakan adalah selari (parallel) kepada permukaan. • Dalam beberapa situasi, kita perlu kurangan geseran untuk mengurangkan kesan ‘haus’ (wear and tear). • Terdapat sentuhan makroscopik dan mikroscopik. • Terdapat tarikan intermolecul •antara permukaan-permukaan •yang bersentuh Motion
Lecture 3
18
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Geseran Statik • Untuk jasad-jasad yang dalam kadaan rehat. • Geseran statik maksimum(fs-max) : Daya yang diperlukan untuk mula menggerakkan objek daripada keadaan rehat. • Jika F>Fs-max , objek akan memecut • Dua ciri utama geseran statik: - Tidak bergantung kepada sentuhan mikroskopik yang ketara antara objek - Fs-max adalah berkadar (proportional) dengan magnitud daya normal (FN)
Gerakan
Kuliah 3
19
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Geseran Statik
Fs-max = µs F N, di mana µs adalah koefisien bagi geseran statik Nota: Persamaan di atas hanya benar untuk magnitud- BUKAN ARAH Geseran adalah selari dengan pemukaan, FN, serenjang (perpendicular) kepada permukaan µs = Fs-max / FN µs juga bergantung kepada jenis bahan, suhu dan sebagainya. Nilai tipikal: 0.01 (permukaan licin) kepada 1.5 (permukaan kasar)
Motion
Lecture 3
20
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
• Daya geseran statik makimum: Fm = µ s N
• Daya geseran kinetik: Fk = µ k N
µ k ≅ 0.75µ s
Motion
• Daya geseran statik maksimum dan daya geseran kinetik adalah: - Berkadar dengan daya normal - Bergantung kepada jenis dan keadaan permukaan yang bersentuh - tidak bergantung kepada luar permukaan sentuhan Lecture 3
22
Berat
Berat adalah pengukuran daya graviti yang bertindak ke atas suatu objek
Berhampiran permukaan Bumi, pecutan akibat graviti adalah hampir sama; ini bermaksud berat objek adalah hampir berkadar kepada jisimnya.
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Contoh Satu kotak yang berjisim m = 2 kg menggelongsor di atas satu permukaan mendatar yang tiada geseran. Satu daya Fx = 10 N menolak kotak itu pada arah x . Apakah pecutan kotak itu? y F = Fx i
a=? x
m
Motion
Lecture 3
24
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Contoh...
Lukis satu rajah yang menunjukkan semua daya. Asingkan daya-daya yang bertindak ke y atas kotak itu. x Lukis rajah F bebas jasad (free body). Fnormal
mg Motion
Lecture 3
25
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Contoh...
Lukis satu rajah menunjukkan semua daya. Asingkan daya-daya yang bertindak ke y atas blok. Lukis satu rajah bebas jasad. Selesaikan persamaan Newton untuk F setiap komponen.
x
normal
Motion
FX = maX
Fnormal - mg = maY
F
mg Lecture 3
26
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Example...
F X = m aX
So aX = FX / m = (10 N)/(2 kg) = 5 m/s2. y
FB,F - mg = maY
But aY = 0
So Fnormal = mg.
x
The vertical component of the force of the floor on the object (FB,F ) is often called the Normal Force (N). Motion
FX
Since aY = 0 , N = mg in this case. Lecture 3
N
mg 27
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Mengingat.. (dari contoh)
FX
N = mg aX = FX / m mg
Motion
Lecture 3
y x
28
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Graviti:
Adakah daya graviti yang dikenakan oleh bumi ke atas pelajar fizik yang tipikal? Jisim tipikal pelajar m = 55kg g = 9.81 m/s2. Fg = mg = (55 kg)x(9.81 m/s2 )
Motion
Fg = 540 N = BERAT Lecture 3
F = Fg = mg F = -m - g
29
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Jism lawan Berat
Seorang angkasawan di atas bumi menendang satu bola boling dan kakinya rasa sakit. Setahun kemudian, angkasawan yang sama menendang bola boling itu di atas bulan dengan daya yang sama. Kesan ke sakit ke atas kakinya
Motion
(a)
lebih
(b)
kurang
(c)
sama Lecture 3
Ouch!
30
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Penyelesaian
Motion
Jisim-jisim untuk keduadua bola boling dan angkasawan adalah masih sama, jadi kakinya merasa rintangan (resistance) yang sama dan sakit sama seperti sebelumnya. Lecture 3
Ouch!
31
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Penyelesaian
Walau bagaimana pun, berat bola boling dan angkasawan adalah kurang less:
Wow! Ringannya..!
W = mgBulan gBulan < gBumi
Maka lebih mudah untuk untuk angkasawan itu mengangkat bola boling itu di bulan berbanding di bumi.
Motion
Lecture 3
32
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Daya Normal • Komponen serenjang daya yang dikenakan oleh meja ke atas jasad. DEFINISI DAYA NORMAL Daya normal F N adalah satu komponen daya yang dikenakan oleh satu permukaan ke atas objek yang bersentuhan- khasnya komponen yang serenjang kepada permukaan
• Bagaimana meja mengenakan daya ke atas objek? • Hukum Newton Ketiga(tindakan- tindakbalas [action- reaction]) – berat adalah tindakan dan daya normal adalah tindakbalas. • Magnitud Daya Normal: Sekuat mana dua objek menekan satu sama lain. • Bagi satu objek yang rehat di atas permukaan mendatar (ufuk), tidak ada data menegak bertindak ke atas ke atas objek kecuali berat dan daya normal, manitu kedua-dua daya adalah sama: Lecture 3 33 Motion |FN| = |W|
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Daya normal dengan kehadiran daya-daya lain • Jika ada daya-daya laint, FN ≠ W •Daya normal tidak semestinya mempunyai magnitud yang sama dengan berat objek. • Nilai daya normal bergantng kepada daya-daya lain yang bertindak •Ia juga bergantung kepada samada objek-objek yang bersentuh itu ‘memecut’ – berat ketara (apparent weight) Motion
Lecture 3
34
Apakah daya-daya yang bertindak ke atas satu kapal terbang yang sedang terbang?
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Motion
Lecture 3
36
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Motion
Lecture 3
37
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Motion
Lecture 3
38
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Motion
Lecture 3
39
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Motion
Lecture 3
41
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Motion
Lecture 3
42
Tujahan
daya yang menyebabkan kapal terbang bergerak melalui udara. Digunakan untuk mengatasi daya seretan satu kapal terbang dan mengatasi berat roket. Dihasilkan oleh enjin-enjin kapal udara
http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/guided.htm
Tujahan: Adalah daya yang menolak kapal terbang ke depan. Contoh-contoh tujah adalah: Bila anda berjalan, kaki anda menolak anda ke depan. Enjin kereta menolak kereta itu ke depan Dalam kapal terbang, kipas atau enjin jet menolak kapal terbang itu ke hadapann. Berat: Adalah daya yang menarik kapal terbang ke arah tanah. Lebih berat sesuatu objek itu, semakin besar nilai beratnya. Untuk suatu kapal terbang terang, ia memerlukan daya untuk menolakknya ke atas yang sama dengan berat yang menariknya kebawah ke arah bumi
Berat Ketara, Daya Normal
Daya berat yang kita sebenarnya rasa sebenarnya bukan daya graviti ke arah bawah, tetapi sebenarnya daya normal (daya sentuhan ke atas) yang dikenakan oleh permukaan di mana kita berdiri, yang melawan graviti dan mengelakkan kita daripada jatuh ke pusat bumi. Daya normal in, yang dinamakan berat ketara, adalah yang kita ukur menggunakan neraca spring.
Tegangan
Bila suatu objek ditarik menggunakan tali, satu daya dikenakan ke atasnya. Magnitud daya ini di panggil tegangan Daya yang selari dengan tali ini adalah sama pada kedua-dua hujung tali.
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Tegangan Tegangan ke atas tali yang bertindak ke atas kotak Tali tanpa jisim- tiada daya hilang
Motion
Lecture 3
47
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Tutorial Dua slaid yang menyusul menunjukkan beberapa situasi berkenaan daya dalam kehidupan harian kita. Bincangkan situasi-situasi di atas dan cuba hasilkan soaan-soalan yangberkaitan dengan situasi tersebut.
Motion
Lecture 3
48
Bob seorang pencuci tingkap, tergantung dari sebuah takal (pulley) dengan tali yang disambung kepada bakul seperti ditunjukkan dalam rajah di sebelah kiri. Tali itu boleh menerima tegangan maksimum 1000 N sebeum putus. Bob dan bakul mempunyai berat 1500 N. Satu hari, Bob membuat keputusan untuk mengikat tali itu kepada satu tiang bendera yang berhampiran seperti ditunjukkan pada rajah sebelah kanan .
Manakah antara berikut benar untuk susunan baru ini? Tali itu kurang berkebolehan untuk putus dari sebelumnya. Tali itu akan berkebolehan untuk putus seperti sebelumnya. Bob perlu insuran nyawa yang baik.
Program Perguruan Pendidikan Rendah Pengajian 4 Tahun - Sains
Berat Ketara
•Berat suatu objek boleh ditentukan dengan menggunakan neraca •Dalam beberapa situasi, neraca adalah kurang tepat- ia memberi nilai daya yang objek kenakan ke atas neraca pada bahagian yang bersentuh. • Mengalami hilang berat dalam lif • “Berat ketara” boleh difahami melalui Hukum Newton Kedua
∑ Fy = FN − W = ma ∑F
Motion
y
= FN − mg = ma
• FN adalah magnitud daya normal yang dikenakan ke atas orang oleh neraca • Menggunakan Hulum Newton Ketiga, ia juga merupakan magnitud daya kebawah yang dikenakan oleh orang tu ke Lecture 3 50 atas neraca- berat ketara