2 4 Daya

PELAJARA N4

Daya dan gerakan Pendahuluan Daya adalah sesuatu yang dapat mengubah keadaan gerakan suatu jasad Daya adalah kuantiti vektor. Unit bagi daya adalah N atau kg m s-2 Kesan-kesan daya Daya boleh mengubah (i) laju jasad (ii) halaju jasad (iii) arah gerakan jasad (iv) keadaan rehat jasad (iv) bentuk jasad Hukum-Hukum Gerakan Newton mengenai daya Hukum 1 : Suatu jasad yang pegun terus pegun dan suatu jasad yang bergerak terus bergerak dengan halaju seragam kecuali jika ada daya luar bertindak kepada jasad itu. Hukum 2 : Daya yang dikenakan kepada suatu jasad berubah secara langsung kepada kadar perubahan momentum. Hukum 3 : Jika terdapat tindakan maka terdapat tindakbalas yang sama magnitud tetapi bertentangan arah. Hubungan antara pecutan,a ,daya,F dan jisim , m. (i) Eksperimen untuk menentukan hubungan pecutan dan daya jika jisim adalah malar. Hipotesis maka P.u. manupulatif P.u. respons P.u. dimalarkan

: Jika daya bertambah pecutan bertambah : Daya : Pecutan : Jisim

Hidupkan jangka masa detik. Tarik tali kenyal dengan panjang yang tetap supaya troli menuruni landasan. Pita detik yang diperolehi adalah seperti berikut:-

Berdasarkan pita detik, tentukan halaju akhir , v = L2 / 0.02 tentukan halaju awal , u = L1 / 0.02 tentukan masa untuk pecutan , t = (11 - 1 ) x 0.02 Kirakan pecutan a = v - u t Ulangi eksperimen sebanyak 5 kali dengan mengubah bilangan tali kenyal ( daya) Jadualkan data F a Plotkan graf pecutan,a lawan daya,F

Berdasarkan graf di atas didapati a α f jika m adalah malar (ii) Eksperimen untuk menentukan hubungan pecutan dan jisim jika daya adalah malar. Hipotesis maka

: Jika jisim bertambah

pecutan berkurang P.u. manupulatif : Jisim P.u. respons : Pecutan P.u. dimalarkan : Daya

maka

a

α f m

a =kF

Hidupkan jangka masa detik. Tarik tali kenyal dengan panjang yang tetap supaya troli menuruni landasan. Pita detik yang diperolehi adalah seperti berikut:-

m Tetapi jika daya 1 N bertindak ke atas satu jasad berjisim 1 kg maka pecutannya adalah 1 ms-2 1 = k (1 ) (1) maka k = 1 Oleh itu F = ma paduan(daya bersih)

F = daya m = jisim a = pecutan

Berdasarkan pita detik, tentukan halaju akhir , v = L2 / 0.02 tentukan halaju awal , u = L1 / 0.02 tentukan masa untuk pecutan , t = (11 - 1 ) x 0.02 Kirakan pecutan a = v - u t Ulangi eksperimen sebanyak 5 kali dengan mengubah bilangan troli ( jisim) Jadualkan data F a Plotkan graf pecutan,a lawan salingan jisim ,1

Hubungan antara pecutan,a ,daya,F dan jisim ,m. berdasarkan Hukum Gerakan Newton Kedua Daya yang dikenakan kepada suatu jasad berubah secara langsung kepada kadar perubahan momentum. F α m(v-u) t F

α ma

F = k ma Tetapi jika daya 1 N bertindak ke atas satu jasad berjisim 1 kg maka pecutannya adalah 1 ms-2 (1) = k (1)(1) maka , k = 1 Oleh itu F = ma

m

Berdasarkan graf di atas didapati a α 1 jika F m adalah malar

Pengiraan melibatkan rumus F = ma Contoh 1

(iii) Hubungan ,a , F dan m Daripada eksperimen-eksperimen di atas, a

α f

Dua daya bertindak kepada suatu jasad berjisim 4 kg. Tentukan pecutan jasad dan nyatakan arah gerakannya.

a

α1

Penyelesaian m

Contoh 2 Suatu jasad berjisim 2 kg apabila ia ditarik di atas meja ufuk dengan daya 5 N , ia bergerak dengan halaju seragam.Tentukan (a) Daya geseran terdapat pada permukaan meja (b) Pecutan dihasilkan apabila jasad ditarik dengan daya 17 N

kemudian terkena kepala seorang pemain lain menyebabkan bola bergerak dengan halaju 60 ms-1 . Berapakah impuls yang dihasilkan oleh bola itu. Penyelesaian

Contoh 5

Penyelesaian

Contoh 3

Sebuah troli berjisim 2 kg bergerak dengan halaju 6 ms-1 memasukki permukaan kasar sejauh 2.8 m dan akhirnya berhenti.Tentukan daya geseran yang terdapat pada permukaan kasar itu.

Sebuah troli berjisim 1.5 kg bergerak dengan halaju 5 ms-1 . Troli tersebut kemudiannya berlanggar dengan dinding batu dan terpantul balik dengan halaju 4 ms-1 .Berapakah impuls troli itu. Penyelesaian

Penyelesaian Takrif daya impuls dan unit S.I: Daya impuls ialah daya yang bertindak dalam masa yang singkat bertindak ketika berlakunya perlanggaran atau hentaman. Impuls dan daya impuls Takrif impuls dan unit S.I nya: Impuls ialah perubahan momentum atau Impuls = perubahan momentum = m(v-u) m = jisim v = halaju akhir u = halaju awal

atau : daya impuls = impuls masa tindakan atau daya impuls = m ( v - u ) t m = jisim v = halaju akhir u = halaju awal t = masa tindakan @ masa singkat

Unit impuls = kg ms -1 atau N s

Unit daya impuls : N Contoh 6

Contoh 4 Sebiji bola berjisim 200 g disepak oleh seorang pemain dengan halaju 80 ms-1 dan

Sebiji bola tenis yang berjisim 100 g sedang bergerak dengan halaju 40 ms-1 .Bola tenis

itu terpantul balik dengan halaju 10 ms -1 dan masa tindakan ialah 20 m s.Tentukan daya impuls bola tenis itu.

kayu hoki singkat. Daya impuls yang besar dikenakan ke atas bola.

Penyelesaian

Contoh 7 Seorang budak lelaki berjisim 50 kg melompat dari satu tempat tinggi ke tanah.Halaju sejurus sebelum terkena tanah ialah 4 ms-1 .Berapakah daya impuls yang dikenakan oleh budak itu kepada tanah jika budak itu melompat dengan (a) membengkokkan kaki dan mengambil masa 0.5 saat untuk tiba ke tanah (b) meluruskan kaki dan mengambil masa 0.02 saat untuk tiba ke tanah Penyelesaian

Aplikasi daya impuls dalam kehidupan seharian 1. Bahagian depan dan belakang kereta dibuat daripada bahan yang mudah berlipat atau mudah remuk supaya menambahkan masa tindakbalas dan dengan itu daya impuls kurang 2. Menggunakan stering yang mudah kempis semasa perlanggaran untuk mengurangkan daya impuls ke atas pemandu semasa perlanggaran. 3.

4.

TUTORIA L4 1

Tilam diletakkan dalam acara lompat tinggi di tempat mendarat untuk menambahkan masa perlanggaran antara kaki dan tanah.Dengan itu daya impuls yang kecil akan mengelakkan pelompat tercedera ketika mendarat. Kayu hoki diperbuat daripada kayu yang keras supaya masa sentuhan bola dan

Daya tetap yang dikenakan kepada satu jasad mungkin akan dapat melakukan yang berikut kecuali, A B C D

2

mengubah mengubah mengubah mengubah

halaju jasad pecutan jasad momentum jasad arah gerakan jasad

1 N adalah bersamaan

A C 3

1 kg ms-1 1 ms kg-1

D

B 1 kg ms-2 1 kg s m-1

kereta itu berhenti selepas melalui jarak 50 m.Berapakah daya yang digunakan untuk memberhentikan kereta?

Satu jasad berjisim 200 g ditarik dengan daya 8 N di atas permukaan meja yang licin.Pecutan yang dihasilkan adalah, A C E

20 ms-2 60 ms-2 160 ms-2

B D

40 ms-2 80 ms-2

A C E

10 000 N 6 000 N 2000 N

B D

8 000 N 4 000 N

8

Di antara rajah-rajah berikut yang manakah akan menghasilkan pecutan terbesar ?

9

Graf -graf yang manakah berikut adalah benar menunjukkan perhubungan pecutan,a , daya,F dan jisim,m?

4

Satu jasad berjisim 2 kg ditarik dengan daya 15 N dan daya geseran sebanyak 3 N bertindak pada permukaan kasar.Pecutan jasad tersebut adalah A C E 5

C E

5 ms-2 8 ms-2

0.5 N 1.5 N 2.5 N

B D

1.0N

2.0 N

Sebuah kereta berjisim 1000 kg bergerak dengan halaju 15 ms-1 mencapai halaju 5 ms-1 setelah bergerak selama 5 saat.Berapakah daya yang melambatkan kereta itu? A C E

7

B D

Satu jasad yang berjisim 3 kg ditolak oleh daya 10 N di atas permukaan ufuk yang kasar menyebabkan jasad bergerak dengan pecutan 3 ms-2 .Berapakah daya geseran pada permukaan kasar? A

6

2 ms-2 6 ms-2 10 ms-2

1000 N 5 000 N

B

2 000 N D 10 000 N

20 000 N

Sebuah kereta berjisim 2000 kg yang sedang bergerak dengan halaju 20 ms1ditekan breknya dengan tiba-tiba,dan

10 Manakah di antara kuantiti berikut yang mempunyai unit yang sama dengan impuls? A C

Daya Tenaga

B D

Momentum Kuasa

11 Sebuah troli berjisim 0.4 kg bergerak pada landasan licin yang ufuk dengan halaju 4 ms-1 dan kemudian berlanggar dengan dinding batu menyebabkan terpantul balik dengan halaju 3 ms-1 .Perubahan momentum troli itu adalah A C E

4.0 kg ms-1 1.6 kg ms-1 3.2 kg ms-1

B D

0.4 kg ms-1 2.8 kg ms-1

12 Seorang pelajar menarik sebuah troli berjisim 2kg dengan daya tetap 6N selama 4 saat dari keadaan pegun.Perubahan momentum troli adalah A C E

8 Ns 24 Ns 96 Ns

D

B 12 Ns 48 Ns

masa sentuhan antara bola tenis dan reket adalah 0.04 s? A C E

100 N 500 N 1000 N

B D

250 N 750 N

16 Sebiji bola berjisim 150 g disepak dengan halaju 60 ms-1 dari keadaan pegun. Jika masa tindakbalas adalah 5 ms berapakah daya impuls terhasil?

13

A C E Satu daya telah bertindak ketika ia berlanggar dengan sebuah dinding batu.Graf daya-masa di atas menggambarkan perlanggaran tersebut.Impuls yang telah bertindak pada kereta itu adalah, A C E

100 Ns 300 Ns 1000 Ns

B D

200 Ns 500 Ns

14 Sebuah kereta berjisim 1000 kg bergerak dengan halaju 15 ms-1 .Apabila daya dikenakan selama 5 saat ke atasnya halaju menjadi 5 ms-1 . Impuls yang dihasilkan adalah A

20000 Ns

B

10000 Ns

C

5000 Ns

D

4000 Ns

E

2000 Ns

300 N 1800 N 12000 N

B D

600 N 6000 N

17 Sebiji bola berjisim 0.6 kg berada dalam keadaan pegun bergerak setelah dikenakan suatu tendangan yang bertindakbalas selama 0.03 saat dan daya impuls terhasil adalah 200 N . Halaju bola itu adalah A C E

5 ms-1 20 ms-1 40 ms-1

B

10 ms-1 D 40 ms-1

18 Sebiji bola yang pegun berjisim 1 kg ditendang dengan daya 200N menyebabkan bola bergerak dengan halaju 40 ms-1.Kirakan masa tindakbalas bola itu mengenakan daya ke atas kaki penendang tersebut? A C E

200 s 2s 0.002 s

B

20 s

D

0.2 s

19 Sebuah troli berjisim 2 kg bergerak dengan halaju 3 ms-1 berlanggar dengan sebuah troli yang pegun berjisim 1 kg.Selepas perlanggaran kedua-duanya melekat dan masa perlanggaran ialah 0.005 saat.Berapakah daya impuls yang bertindak ke atas troli 1 kg itu?

15 Sebiji bola tenis dipukul beberapa kali dengan reket.Graf perubahan momentum lawan masa sentuhan adalah seperti pada rajah di atas.Berapakah daya impuls yang dialami oleh bola jika

A C E

200 N 600 N 1000 N

B D

400 N 800 N

20 Pernyataaan yang manakah berikut adalah benar mengenai impuls dan daya impuls kecuali?

A B C D

Impuls adalah kadar perubahan momentum Impuls mempunyai unit yang sama dengan momentum Daya impuls bertambah apabila masa perlanggaran adalah berkurangan Bumper kereta dibuat mudah berlipat untuk mengurangkan daya impuls

…………………………………………………… …................ (c) (i) Jika daya tarikan kemudian kemudiannya ditambah menjadi 18 N, berapakah pecutan bongkah itu? (ii) Berapakah halaju bongkah selepas 4 saat?

21 Rekabentuk –rekabentuk keselamatan dalam sebuah kereta adalah berdasarkan daya impuls kecuali A B C

Penggunaan beg udara Penggunaan tali pinggang keledar Penggunaan bahan mudah remuk bagi membuat bumper D Penggunaan cermin anti-pecah berselerak 22

(d) Dua bongkah kayu lagi,B dan C yang serupa dengan bongkah A diletakkan di atasnya,seperti rajah(b) (i) Berapakah daya geseran bertindak sekarang?

(ii) Berapakah jumlah daya yang diperlukan untuk mengerakkan bongkah-bongkah itu dengan pecutan yang sama dengan c(i) di atas?

Rajah (a) menunjukkan satu bongkah kayu A ditarik dengan daya 10 N. Bongkah itu bergerak dengan halaju seragam 2 ms-1. (a) Berapakah geseran antara bongkah dan dengan landasan itu?

(b) Jika bongkah A ditarik dengan permukaan yang kecil sekali di atas landasan ,nyatakan apakah yang terjadi kepada bacaan neraca spring dan nyatakan sebabnya. …………………………………………………… …................

23 Sebuah kereta berjisim 800 kg bergerak dengan halaju 20 ms-1 berlanggar dengan sebuah lori berjisim 1200 kg bergerak dengan halaju 10 ms-1 .Selepas perlanggaran kedua-duanya melekat dan masa perlanggaran ialah 0.4 saat. (a) Tentukan halaju kedua-duanya selepas perlanggaran

(b) Berapakah daya yang dikenakan oleh lori kepada kereta

yang dikenakan ke atas kereta itu apabila kereta tersebut melanggar (i) (c) Berapakah daya yang dikenakan oleh kereta kepada lori

(d) Bandingkan nilai daripada (b) dan (c) dan nyatakan Hukum yang berkaitan …………………………………………………… …................ …………………………………………………… …................ (e) Mengapakah kereta mengalami kerosakkan lebih teruk daripada lori. …………………………………………………… …................ …………………………………………………… …................ …………………………………………………… …................

24 (a) Terangkan mengapakah apabila seseorang menolak sebuah kereta yang enjinnya mati adalah lebih perlahan berbanding beliau bersamasama rakannya menolak bersamasama. (b) Huraikan satu rangka eksperimen untuk menentukan hubungan antara dua pemboleh ubah yang terlibat dalam (a) (c) Mengapakah seorang pemain bola apabila Menyepak bola yang kempis ,bola tersebut tidak akan pergi jauh. (d) Sebuah kereta berjisim 800 kg sedang bergerak dengan halaju 40 ms1 . Bandingkan magnitud daya impuls

tiang lampu dan mengambil masa 0.04 saat untuk berhenti. (ii) tiang konkrit yang dibalutkan dengan tayar-tayar lama dan mengambil masa 0.5 saat untuk berhenti.