Sunday, August 23, 2009

NOTA SAINS GUNAAN 2

Merujuk kepada prinsip keabadian tenaga, tenaga tidak boleh dicipta dan dimusnahkan namun ia boleh dipindahkan. Dalam proses transformasi, sebahagian tenaga ditukar menjadi haba bagi mengekalkan keseimbangannya. Haba yang terhasil perlu disebarkan melalui proses seperti pancaran atau radiasi dan sebahagiannya ditukar menjadi tenaga.


KERJA, KUASA DAN TENAGA

Manusia menggunakan tenaga untuk membuat kerja. Tenaga datang dalam berbagai bentuk. Antara masaalah utama dunia sekarang ialah krisis tenaga. Tajuk ini akan membincang apa yang dimaksudkan dengan tenaga, kerja dan juga kuasa.

8.1 KERJA

Untuk melakukan sesuatu pekerjaan, tenaga diperlukan. Kerja dilakukan keatas satu jasad apabila daya yang dikenakan keatas jasad itu menyebabkan jasad itu tersesar. Kerja ditakrifkan sebagai,

Kerja = Daya . sesaran
W = F . s ( darab titik dua vector)
= kos
= F. s.kos …8.1

dimana F = magnitude daya yang dikenakan
s = magnitude sesaran
= sudut antara daya dengan sesaran

Unit SI bagi kerja ialah Newton.meter(Nm) atau Joule(J)

Kerja yang dilakukan boleh jadi positif atau negative bergantung kepada nilai .

i. Jika = 0o, maka W = F.s kos 0o = Fs = nilai positif
ii. Jika 0o < < 90o, maka W = nilai positif
iii. Jika = 90o , maka W = 0, tiada kerja dilakukan apabila daya berserenjang dengan sesaran.
iv. Jika 90o < 180o, maka W = nilai negative. Kerja yang dilakukan menentang arah gerakan sebagai contoh kerja yang dilakukan oleh geseran.

Jika lebih dari satu daya bertindak keatas satu jasad yang menyebabkan jasad itu bergerak, maka jumlah kerja yang dilakukan adalah hasil tambah kerja yang dilakukan oleh setiap daya keatas jasad melalui sesaran s iaini,

Jumlah kerja = = FP.s dimana FP –daya paduan ..8.2



8.3 TENAGA

Untuk melakukan kerja memerlukan tenaga. Ada berbagai bentuk tenaga yang dikenalpasti oleh ahli sains. Antaranya ialah tenaga kinetik, keupayaan, kimia, haba, nuclear, bunyi dan banyak lagi. Tetapi dalam tajuk ini kita akan hadkan perbincangan kepada dua jenis tenaga yang lazim iaini tenaga keupayaan dan tenaga kinetic. Gabungan kedua-dua tenaga ini juga dipanggil tenaga mekanikal.

Tenaga Keupayaan

Tenaga keupayaan pula boleh dibahagikan kepad tiga jenis iaitu,

(a) tenaga keupayaan gravity
(b) tenaga keupayaan kenyal
(c) tenaga keupayaan kenyal gas

Tenaga keupayaan gravity

Tenaga keupayaan gravity ialah tenaga yang dipunyai oleh sesuatu jasad disebabkan kedudukannya atau ketinggiannya.

Tenaga keupayaan gravity, U = jisim x gravity x ketinggian
= mgh …8.5 , g = 9.81ms-1

Tenaga keupayaan akan bertambah bila objek itu semakin bertambah ketinggian nya. Katakan satu objek berjisim m = 2 kg diangkat dari satu ketinggian h1 kepada ketinggian h2 seperti Rajah 8.4 dibawah.



h2 = 10 m
h1 = 2 m
paras bumi
Rajah 8.4

Pada ketinggian h1, U1 = mgh1 = 2(9.8)(2) = 39.2 J
Pada ketinggian h2, U2 = mgh2 = 2(9.8)(10) = 196 J


Kerja yang dilakukan untuk mengangkat jasad = kerja untuk mengatasi daya gravity. Kerja untu mengatasi gravity ini dianggap negative kerana daya berat bertindak bertentangan dengan arah gerakan. Oleh itu, kerja untuk mengangkat objek dalam Rajah 8.4 dari kedudukan h1 ke h2 diberi seperti berikut,

Kerja, W = - U2 - (-U1) = U1 – U2 = Uawal - Uakhir = - (U2 – U1) …8.6

Maka, W (h1 ke h2) = 39.2 – 196 = - 156.8 J (kerja negative)

Tetapi jika objek yang sama dalam Rajah 8.4 diturunkan dari kedudukan h2 ke h1,

Maka, W(h2 ke h1) = 196 – 39.2 = 156.8 J (kerja positif)

Tenaga Keupayaan Kenyal

Tenaga keupayaan kenyal ialah tenaga yang dipunyai oleh jasad disebabkan keadaannya.Contoh nya ialah tenaga yang dipunyai oleh satu spring yang diregangkan atau dimampatkan.

Tenaga Keupayaan Kenyal Gas

Apabila gas mengembang, tenaga keupayaan kenyal nya juga akan bertambah. Ini disebabkan isipadu yang berubah akan menyebabkan kerja dilakukan untuk mengatasi tekanan atmosfera yang bertindak keatas permukaan belon.


Tenaga Kinetik

Tenaga kinetic ialah tenaga yang diperolehi oleh objek yang bergerak.Tenaga kinetic diberi sebagai,
Tenaga kinetic, K = …8.10
Dimana m - jisim objek dan v - halaju objek.


8.5 PRINSIP KEABADIAN TENAGA

Tenaga boleh berubah bentuk. Ia tidak dicipta atau dimusnahkan. Tenaga itu diabadikan. Inilah yang dimaksudkan dengan Prinsip Keabadian Tenaga (PKT). Makanan merupakan sejenis tenaga kimia. Apabila makanan dimakan dan diproses didalam badan, tenaga kimia tadi dibertukar kepada tenaga haba, tenaga kimia dan lain-lain bentuk tenaga. Begitu juga apabila satu objek yang jatuh daripada satu kedudukan yang tinggi, tenaga keupayaannya berubah pada ketinggian yang berbeza dan tenaga kinetic juga berubah disebabkan halajunya yang berubah-ubah tetapi jumlah tenaga tetap sama pada mana-mana kedudukan.


LATIHAN

1. Satu blok kayu berjisim 2 kg digerakkan diatas satah condong 400 pada garis ufuk oleh satu daya F = 20 N. Jika pekali geseran permukaan ialah 0.05, kirakan

Permukaan kasar

F = 20 N

2 m

400

i. daya geseran
ii. pecutan blok
iii. kerja yang dilakukan oleh daya F untuk gerakkan blok sejauh 2 m.
iv. kerja yang dilakukan oleh daya geseran sejauh 2 m itu.
v. Peratus kerja yang terlesap oleh geseran.


V = 5 ms-1
2.

C 10 m
v? h?

B


Satu objek berjisim 4 kg menuruni sebuah bukit seperti rajah diatas dengan halaju 5 ms-1. Cari halaju objek di B dan ketinggian bukit di C jika geseran diabaikan dan halaju di C ialah 1.5 kali ganda halaju pada awal di A.

3.
A

Kasar C
5 m
3 m


B licin

Sebiji bola berjisim 1 kg dijatuhkan dari kedudukan A pada ketinggian 5 m. Bola itu menuruni satu permukaan kasar AB yang panjangnya 10 m. Jika daya geseran ialah 1 N, cari
i. tenaga yang hilang melalui geseran.
ii. halaju bola dikedudukan B.
iii.landasan BC licin dan titik C pada ketinggian 3 m. Bolehkah bola itu sampai ke titik C ? Buktikan jawapan anda.

4 a. Sebuah objek ditarik dengan daya 10 N yang bersudut 60o dengan sesaran objek diatas satu permukaan yang kasar. Jika daya geseran ialah 2 N dan objek disesarkan sejauh 3 m, cari kerja yang dilakukan keatas objek.

b. Sebiji bola dijatuhkan dari ketinggian k m darilantai. Cari halaju bola, u , sebaik
sebelum mengenai lantai dalam sebutan k. Cari ketinggian bola dalam sebutan k
bila halaju bola ialah separuh daipada u

5. Sebiji bola yang pada mulanya pegun jatuh dari ketinggian 20m melalui satu gelongsor yang kesat seperti rajah 2 di bawah. Jika halaju bola di kedudukan bawah gelongsor ialah 19 ms-1, cari

i. Tenaga bola pada kedudukan tertinggi.
ii. Tenaga bola pada bahagian bawah gelongsor.
iii. Tenaga yang hilang disebabkan geseran
iv. Daya geseran jika panjang gelongsor ialah 30m.

bola
gelongsor

20m
19 ms-1



Rajah 2




6. 2 kg

A


3 m

45o
B C

Satu blok yang berjisim 2 kg menggelongsor kebawah melalui satu satah condong AB yang tingginya 3 m dan bersudut 45o dari satah ufuk seperti rajah diatas. Pekali geseran kinetik bagi satah condong Ab ialah 0.06. Blok itu kemudiannya bergerak terus diatas satah ufuk BC dan berhenti di titik C. Kirakan
a. Daya geseran antara satah condong dengan blok
b. Panjang AB dan seterusnya kerja yang dilakukan oleh daya geseran sepanjang AB
c. Tenaga keupayaan blok di A dan tenaga kinetik blok apabila ia tiba dibawah satah condong AB itu
d. Halaju blok di B
e. Jarak satah ufuk BC yang dilalui oleh blok jika pekali geseran satah BC ialah 0.07
f. Nisbah kerja yang dilakukan daya geseran diatas satah condong dengan satah ufuk.