2 9 Prinsip Keabadian Tenagaa

PELAJARAN Prinsip Keabadian Tenaga (a) Pernyataan Prinsip Prinsip Keabadian Tenaga menyatakan tenaga tidak boleh dicipta atau dimusnahkan. Tenaga hanya boleh bertukar dari satu bentuk ke satu bentuk tenaga yang lain. Oleh itu jumlah tenaga adalah abadi(tetap) (b) Contoh satu fenomena untuk menunjukkan bagaimana prinsip keabadian tenaga berlaku (Ayunan Bandul Ringkas)

(c) Contoh-Contoh Pengiraan Melibatkan Prinsip Keabadian Tenaga Contoh 1 Seketul batu dilontar ke atas dengan halaju 20 ms-1. Berapakah tinggi maksimum yang dicapai oleh batu itu? Penyelesaian

Contoh 2

Berdasarkan kepada prinsip keabadian tenaga maka jumlah tenaga pada A,B,C dan D adalah sama. Tetapi bentuk pada setiap kedudukan adalah berlainan iaitu pada A dan D bandul mempunyai tenaga keupayaan graviti, pada kedudukan C bandul mempunyai tenaga kinetik, manakala pada kedudukan B bandul mempunyai tenaga keupayaan graviti dan tenaga kinetik. Walau bagaimana pun lama kelamaan amplitud ayunan bandul semakin berkurangan dan bandul pegun kerana berlakunya proses pelembapan. Apabila dilakarkan graf tenaga melawan kedudukan bandul adalah seperti berikut:-

Sebiji bola dilepaskan dari satu titik A yang tingginya 0.8 m supaya bola bergerak pada landasan melengkung yang licin.Berapakah halaju bola itu apabila tiba di titik B. Penyelesaian

Contoh 3 Contoh 4

Sebuah troli dilepaskan dari keadaan rehat pada titik Xpada landasan condong yang licin.Berapakah halaju troli apabila tiba di titik Y ? Penyelesaian

Sebiji bola bergerak dengan halaju 6 ms-1 manaikki satu landasan condong yang licin setinggi 1.5 m. Apabila tiba di titik B,berapakah halajunya. Penyelesaian

benar mengenai ayunan bandul tersebut? Contoh 5 Sebuah spring yang panjang asalnya 14 cm.Apabila sebiji bola berjisim 20 g digunakan untuk memampatkan spring dengan daya 2N panjang spring menjadi 10 cm.Apabila bola itu dilepaskan semula berapakah halaju bola itu bergerak? Penyelesaian 3 Sebuah lori yang sedang bergerak mempunyai tenaga kinetik.Apabila lori itu diberhentikan, tenaga kinetiknya menjadi sifar.Ini disebabkan tenaga kinetik itu A telah dilenyapkan B diguna untuk memberhenti lori C bertukar menjadi tenaga keupayaan graviti D bertukar kepada tenaga haba akibat geseran

TUTORIAL 1 Pernyataan yang manakah adalah benar mengenai prinsip keabadian tenaga ? A Jumlah tenaga adalah abadi B Tenaga tidak boleh bertukar bentuk C Tenaga boleh dicipta atau dimusnahkan D Semakin lama semakin berkurangan jumlah tenaga

4

2 Sebuah troli dijatuhkan dari keadaan rehat pada landasan lengkung yang licin.Halaju troli semasa tiba di bawah landasan tersebut adalah Rajah menunjukkan sebuah bandul ringkas diayunkan bermula dari X.Graf yang manakah berikut adalah

A 5 ms-1 C 8 ms-1 E 10 ms-1

B D

7 ms-1 9 ms-1

5

menaikki landasan kasar setinggi h ,menyebabkan halajunya berkurang menjadi 2 ms-1 .Berapakah nilai h ? A C E

0.9 m 1.2 m 1.6 m

B D

1.0 m 1.4 m

8 Sebuah ladung berjisim 150 g disesarkan pada titik A dan kemudian dilepaskan.Berapakah halaju ladung pada titik B? A ms-1 C E

√2 ms-1

2 ms-1 4 ms-1

B D

√3

3 ms-1

6 Sebiji bola tenis berjisim 10.0 g dilontarkan ke atas dengan halaju 20 ms-1.Tinggi maksimum yang boleh dicapai oleh bola itu adalah A C E

5.0 m 20.0 m 60.0 m

B D

Sebuah troli yang bergerak dengan halaju 8 ms-1 pada titik A menaikki landasan condong setinggi 1.95 m.Berapakah halajunya ketika berada di titik B ? A C E

10.0 m 40.0 m

5.0 ms-1 6.4 ms-1 9.2 ms-1

B D

5.6 ms-1 8.0 ms-1

9 7

Sebiji bola berjisim 0.05 kg bergerak dengan halaju 6 ms-1

Sebiji bola besi berjisim 0.08 kg diletakkan pada permukaan licin dan bersentuhan dengan sebuah sping yang termampat.Apabila spring itu dilepaskan bola bergerak dengan halaju 5 ms-1 .Tenaga keupayaan kenyal yang tersimpan dalam spring semasa ia dimampatkan adalah

A C E

0.125 J 1.00 J 1.50 J

B D

0.50 J 1.25 J

itu apabila spring dilepaskan semula ketika jarak pemampatan adalah 20 cm ? A C E

1 ms –1 3ms-1 6ms-1

B D

2 ms-1 4 ms-1

12 Pernyataan yang manakah adalah benar mengenai prinsip keabadian tenaga?

10 Sebuah spring mempunyai panjang asal 20 cm.Apabila diletakkan sebiji bola berjisim 0.1kg,panjangnya menjadi 14 cm.Spring itu kemudiannya dilepaskan menyebabkan bola naik setinggi h.Berapakah nilai h ? A C

6 cm 3 cm E 1 cm

B D

A B C abadi D

Tenaga boleh dicipta Tenaga boleh dimusnahkan Jumlah tenaga kinetik adalah Tenaga boleh bertukar dari satu bentuk ke satu bentuk yang lain.

13

4 cm 2 cm

Pada kedudukan manakah bandul di atas mempunyai tenaga kinetik dan tenaga keupayaan graviti ? A C 11 Satu spring kenyal dimasukkan dalam satu tiub dan satu hujungnya dilekatkan sekeping papan penahan yang jisimnya diabaikan.Sfera berjisim 0.1 kg diletakkan di atas papan penahan seperti rajah (a).Papan penahan kemudian ditolak dengan daya F dan jarak pemampatan x dihasilkan pada rajah(b).Graf F lawan x dilukis pada rajah (c).Berapakah halaju sfera logam

P R

B D

Q S

(b) Berapakah halaju batu pada ketinggian maksimum? ................................................. ................... 14 Pernyataan yang manakah benar mengenai rajah di atas? A B C D

(c) Hitungkan ketinggian maksimum yang dicapai oleh batu itu.

Halaju bola di A dan di C adalah sama Jumlah tenaga pada semua kedudukan adalah sama Tenaga keupayaan graviti di A dan di E adalah sama Tenaga kinetik di B adalah sama dengan tenaga keupayaan graviti di C

(d) Berapakah masa yang diambil oleh batu itu untuk jatuh semula ke permukaan bumi dari tinggi maksimum? (e) Hitungkan tenaga keupayaan graviti pada tinggi maksimum.

15 Satu jasad berjisim 2 kg berada setinggi 10 m dari permukaan bumi.Jasad itu kemudiannya dijatuhkan dari keadaan rehat.Pernyataan yang manakah berikut adalah benar? A Daya yang bertindak pada jasad adalah 200 N B Tenaga keupayaan graviti maksimum adalah 2000 J C Tenaga kinetik maksimum adalah 2000 J D Pada tinggi 5 m tenaga jumlah keupayaan graviti dan jumlah tenaga kinetik adalah sama. 16 Seketul batu berjisim 100 g dilontarkan tegak ke atas dengan halaju 30 ms-1 dari permukaan bumi. (a) Apakah jenis gerakan yang berlaku kepada batu itu semasa gerakan ke atas. ................................................. ...................

(f) Hitungkan tenaga kinetik batu itu sejurus sebelum terkena permukaan bumi.

17

Rajah menunjukkan sebuah ladung A dan sfera logam B yang berjisim 2.5 kg dan 1.0 kg masingmasing.Ladung A diikat dengan tali tak kenyal yang panjangnya 2.0 m,manakala sfera logam B berada

dalam keadaan pegun di Q iaitu pada permukaan kasar PS.Apabila ladung itu disesarkan setinggi 0.5m dan dilepaskan,ia akan terkena sfera logam B yang menyebabkan sfera logam B bergerak. (a) (i) sfera

18

Berapakah tenaga kinetik

logam B apabila ia berlanggar dengan ladung A?

(ii) Kirakan halaju sfera logam B sebaik sahaja terkena ladung A? (b) Jika sfera logam B tiba di R dengan halaju 3.0 ms-1 , (i) kirakan perubahan tenaga kinetik dari Q ke R.

(ii) mengapakah tenaga kinetik sfera logam B berkurangan bila tiba di R. ........................................... ................. ........................................... ................. (c) Selepas melintasi R,sfera logam terus bergerak sepanjang RS dan berhenti di S. Di S ia jatuh tegak ke lantai.Berapakah halajunya ketika ia menyentuh lantai jika tinggi permukaan kasar dari lantai ialah 5 m. (d) Jika eksperimen dilakukan di permukaan bulan,apakah perubahan yang anda jangkakan kepada tenaga keupayaan graviti sfera logam B itu di S.

Sebuah troli berjisim 1 kg memampatkan sebuah spring yang dilekat pada dinding dengan daya yang bertambah dari 0 N ke 10 N.Graf daya lawan mampatan dihasilkan. (a) Nyatakan hubungan antara daya dan jarak pemampatan. ....................................................... ...................... (b) Apakah kuantiti yang diperolehi daripada luas di bawah graf. ....................................................... ...................... (c) Semasa troli ditolak dengan daya 10N ia kemudian dilepaskan dan melanggar dengan satu troli berjsim 2 kg yang pegun.Kedua-duanya melekat selepas perlanggaran. (i) Berapakah halaju semasa troli berjisim 1kg itu dilepaskan.

(ii) Berapakah halaju keduadua troli selepas perlanggaran.

(d) Berapakah perubahan tenaga kinetik troli sebelum dan selepas perlanggaran. 19 (a) Seorang pemanah akan menghalakan anak panahnya secara mengufuk di atas sedikit daripada pusat sasaran. (i) Apakah perubahan tenaga yang berlaku apabila anak panah itu dilepaskan? (ii) Terangkan mengapakah pemanah itu tidak menghalakan anak panahnya secara mengufuk dan searas dengan pusat sasaran. " Halaju anak panah yang dilepaskan akan bertambah apabila tali kenyal pada anak panah itu ditarik dengan lebih regang " (iii) Dengan menggunakan radas seperti troli , tali kenyal , jangka masa detik , dan alatalat lain , huraikan satu rangka eksperimen untuk menyiasat pernyataan di atas.