Ketumpatan-110713172920-phpapp02.ppt

SK4021 SAINS KEJURUTERAAN 4 LE 1: MEKANIK BENDALIR SIFAT BENDALIR  1.1 : Ketumpatan (Density)  1.2 : Graviti Tentu (Specific Gravity)  1.3 : Tekanan (Pressure)  1.4 : Prinsip Pascal (Pascal’s Law)  1.5 : Prinsip Archimedes (Archimedes Principle) Oleh: Maslinda Mohatar

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

1

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

2

1.1 : KETUMPATAN •

Ketumpatan ialah jisim bagi setiap unit isi padu sesuatu bahan Ketumpatan = (jisim / isipadu)

ρ = (m / V)

•

Unit bagi ketumpatan ialah kg m-3 atau g cm-3.

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

3

1.1 : KETUMPATAN 

Bahan yang kurang tumpat akan timbul di dalam bahan yang lebih tumpat daripadanya manakala bahan yang lebih tumpat akan tenggelam di dalam bahan yang kurang tumpat daripadanya. Contohnya petrol akan timbul di atas air manakala besi akan tenggelan di dalam air.

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

4

1.1 : KETUMPATAN 

Membandingkan ketumpatan pepejal dan cecair



Berdasarkan perbandingan dalam rajah di sebelah, susunan ketumpatan mengikut urutan menaik ialah gabus, petrol, lilin, air, kuprum dan merkuri.

Uji Minda 8.1(i) : Carikan nilai ketumpatan bagi gabus, petrol, alkohol, air, kuprum dan merkuri PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

5

1.1 : KETUMPATAN Menentukan Ketumpatan Sesuatu Bahan Pepejal berbentuk seragam  Pepejal tidak berbentuk seragam  Pepejal tidak berbentuk seragam dan tidak tenggelam dalam air  Cecair 

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

6

1.1 : KETUMPATAN Contoh 1.1-1 : Cecair X yang berketumpatan 1.20 g cm-3 dan berjisim 60.0 g dicampurkan dengan cecair Y yang berketumpatan 0.85 g cm-3 dan berjisim 34.0 g. Jika isipadu cecair X dan Y tidak berubah Selepas bercampur, berapakah ketumpatan campuran itu?

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

7

1.1 : KETUMPATAN Jawapan :

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

8

1.1 : KETUMPATAN Contoh 1.1-2 : Sebuah kelalang yang berdinding tebal dan berisi padu 500 cm3 digunakan untuk menentukan ketumpatan suatu gas.  Jisim kelalang yang berisi udara = 414 g  Jisim kelalang yang sama tetapi berisi gas yang hendak diukur ketumpatannya = 415 g  Jika ketumpatan udara = 1.3 kg m-3, hitungkan (i) Jisim udara dalam kelalang (ii) Jisim kelalang kosong (iii) Ketumpatan gas PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

9

8.1 : KETUMPATAN Jawapan :

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

10

8.1 : KETUMPATAN

Faktor – faktor yang Memepengaruhi Ketumpatan  Suhu - Ketumpatan sesuatu bahan berkurang apabila suhunya dinaikkan kerana kenaikan suhu menyebabkan pengembangan iaitu pertambahan isipadu. - Oleh kerana jisim tidak berubah, ketumpatan berkurangan. PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

11

8.1 : KETUMPATAN Bendasing Terlarut - Bendasing terlarut boleh menambah jisim suatu cecair tanpa menambah isi padunya. Jadi, ketumpatan cecair bertambah - Bolehkah anda jelaskan, mengapa telur akan tenggelam di dalam air suling, tetapi akan timbul dalam larutan garam pekat?? 

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

12

8.1 : KETUMPATAN Tekanan - Bagi objek yang boleh dimampatkan, tekanan mengurangkan isipadunya tanpa mengubah jisim. Jadi, ketumpatan bertambah - Secara matematiknya, hubungan antara ketumpatan gas dengan tekanan gas diberi oleh ρ berkadar terus dgn P 

Di mana ρ = ketumpatan gas P = tekanan gas PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

13

8.1 : KETUMPATAN Uji Minda 8.1(ii) : Senaraikan kegunaan ketumpatan dalam industri masa kini

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

14

8.2 : GRAVITI TENTU Graviti tentu adalah nisbah ketumpatan sesuatu bahan berbanding ketumpatan air pada 4°C (39°F).  Pada suhu ini, ketumpatan air adalah sama dengan 1 g/mL  Oleh kerana graviti tentu adalah perbandingan antara dua zat/bahan yang sama, maka ia tidak mempunyai unit. 

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

15

8.2 : GRAVITI TENTU Suatu bahan akan terapung di dalam air jika mempunyai ketumpatan lebih tinggi daripada air dan akan tenggelam di dalam air jika mempunyai ketumpatan kurang daripada air.  Contohnya, nilai graviti tentu bagi 

- Au = 19.3 - Hg = 13.6 - OH = 0.8 (Ketumpatan air adalah 1 g/cm) PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

16

8.3 : TEKANAN 

Apakah yang akan anda rasakan??



Walaupun daya yang sama dikenakan pada kedua-dua jari, ibu jari akan terasa lebih sakit. Mengapa ??? PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

17

8.3 : TEKANAN 

Tekanan adalah daya yang bertindak pada satu unit luas permukaan



Unit bagi tekanan adalah Pa atau N m-3 PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

18

8.3 : TEKANAN Contoh 8.3-1 : Sebatang paku tekan di tekan antara ibu jari dan jari telunjuk dikenakan daya 0.5 N. Luas hujung tajam paku (ibu jari) ialah 1.0 mm dan luas hujung leper (jari telunjuk) ialah 1.0 cm. Berapakah tekanan pada (i) Ibu jari (ii) Jari telunjuk PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

19

8.3 : TEKANAN Jawapan :

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

20

8.3 : TEKANAN Uji Minda 8.3(i) : Senaraikan aplikasi tekanan tinggi dan tekanan rendah dalam kehidupan harian manusia

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

21

8.3 : TEKANAN

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

22

8.3 : TEKANAN 8.3.1 Tekanan Dalam Cecair  

Cecair mengenakan tekanan pada sebarang titik dibawah permukaan cecair Tekanan pada titik dalam sesuatu cecair : - adalah disebabkan oleh berat cecair di atas titik itu - adalah sama pada semua arah - bertambah apabila kedalaman titik itu bertambah - dipengaruhi oleh ketumpatan cecair

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

23

8.3.1 : TEKANAN (CECAIR)

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

24

8.3.1 : TEKANAN (CECAIR)

Tahukah anda… Laut yang terdalam di dunia ialah Challenger Deep di Jurang Marina, Lautan Pasifik. Kedalaman Challenger Deep ialah 11.03 km. Berapakah tekanan di bawah Challenger Deep?

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

25

8.3.1 : TEKANAN (CECAIR) 

Rajah disebelah menunjukkan suatu permukaan yang luasnya A pada kedalaman h dalam suatu cecair yang berketumpatan ρ.



Isipadu cecair di atas luas A, V = Ah Jisim cecair di atas luas A, m = Vρ = Ahρ





Berat cecair di atas luas A = mg = Ahρg PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

26

8.3.1 : TEKANAN (CECAIR)

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

27

8.3.1 : TEKANAN (CECAIR) Contoh 8.3-2 : Kedalaman laut di Challenger Deep ialah 11.03 km. (a) Berapakah tekanan yang disebabkan oleh air laut pada (i) kedalaman 20 m (ii) di dasar laut Challenger Deep ? (Ketumpatan air laut = 1 030 kg m-3)

(b) Berapakah daya pada sebuah kapal selam yang mempunyai luas permukaan 50 m2 dan pada kedalaman 20 m ? PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

28

8.3.1 : TEKANAN (CECAIR) Jawapan :

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

29

8.3.1 : TEKANAN (CECAIR) Kegunaan Tekanan Bendalir 

Sistem Bekalan Air Umum

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

30

8.3.1 : TEKANAN (CECAIR) 1. Air dipam dari sungai atau empangan 2. Selepas ditapis, air dipam ke takungan yang terletak di atas bukit atau tempat yang tinggi 3. Oleh sebab aras takungan adalah tinggi, tekanan air dalam saluran paip adalah tinggi 4. Tekanan air dalam saluran paip adalah cukup tinggi untuk menolak air ke tangki air rumah 5. Aras tangki air yang tinggi di rumah menghasilkan tekanan air yang tinggi dalam saluran paip 6. Pam digunakan untuk mengepam air ke takungan air di atas bangunan yang tinggi 7. Air dari takungan kemudian disalurkan ke setiap tingkat dalam bangunan itu PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

31

8.3.1 : TEKANAN (CECAIR) 

Empangan Air

1. Air ditakung oleh sebuah empangan 2. Semakin dalam air yang ditakung dalam empangan, semakin tinggi tekanan air 3. Untuk menahan tekanan yang semakin bertambah mengikut kedalaman air, tebal empangan semakin bertambah apabila kedalaman air bertambah

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

32

8.3.2 : TEKANAN (GAS) Kewujudan Tekanan Gas

Tahukah anda… Mengapakah tayar yang pancit tidak dapat menyokong kereta? Bagaimanakah udara di dalam tayar dapat menyokong berat sebuah kereta ??? Udara yang dimampatkan di dalam tayar sebenarnya mengenakan satu tekanan yang tinggi pada dinding tayar. Oleh itu, tayar dapat menyokong berat kereta

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

33

8.3.2 : TEKANAN (GAS) Menurut Teori Kinetik Gas, Molekul-molekul gas sentiasa bergerak secara rawak, bebas, laju dan berlanggar antara satu sama lain serta melanggar dinding bekas secara kenyal Apabila molekul gas melanggar dinding bekas, momentum gas berubah. Tindak balas ini menghasilkan satu daya yang dikenakan ke atas dinding. Oleh itu, tekanan gas terhasil. PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

34

8.4 : PRINSIP PASCAL

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

35

8.4 : PRINSIP PASCAL Kenderaan di bengkel dapat dinaikkan untuk diservis dengan hanya menekan satu suis. Ini merupakan salah satu daripada kegunaan Prinsip Pascal

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

36

8.4 : PRINSIP PASCAL 

Rajah di bawah menunjukkan air dipancut keluar dari semua lubang pada kelalang apabila omboh ditolak ke dalam kelalang.



Prinsip Pascal menyatakan bahawa : tekanan yang dikenakan pada permukaan suatu bendalir dalam bekas tertutup akan dipindah dengan seragam ke seluruh bahagian bendalir itu PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

37

8.4 : PRINSIP PASCAL Kegunaan Prinsip Pascal 

Sistem Hidraulik

Apabila daya F1 digunakan untuk menolak omboh kecil berluas A1 ke bawah, tekanan yang dihasilkan adalah : Mengikut Prinsip Pascal, tekanan ini dipindahkan ke omboh besar. Daya F2 pada omboh besar :

Iaitu satu daya yang besar, F2, boleh dihasilkan daripada daya F1 yang kecil PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

38

8.4 : PRINSIP PASCAL

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

39

8.4 : PRINSIP PASCAL 

Secara matematiknya, Prinsip Pascal boleh ditulis seperti berikut :

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

40

8.4 : PRINSIP PASCAL Jet Hidraulik 1. Jet hidraulik digunakan untuk menaikkan kereta semasa seseorang ingin menukar taya keretanya. 

2. Apabila pemegang ditarik, omboh kecil ditarik dan injap A dibuka. cecair mengalir dari takungan ke silinder P kerana tekanan cecair di dalam takungan lebih tinggi. PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

41

8.4 : PRINSIP PASCAL 3. Apabila omboh kecil ditolak, injap A tertutup dan injap B dibuka. Tekanan yang dihasilkan oleh omboh kecil dipindah ke omboh besar yang ditolak ke atas. 4. Dengan menarik dan menolak pemegang berulang kali, omboh besar dan beban di atasnya dapat dinaikkan. 5. Untuk menurunkan omboh besar, injap lepas dibuka, cecair mengalir dari silinder besar kembali ke takungan.

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

42

8.4 : PRINSIP PASCAL Uji Minda 8.4(i) : Terangkan bagaimana sistem brek hidraulik beroperasi ?

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

43

8.4 : PRINSIP PASCAL Contoh 8.4-1 : Dalam satu penempatan sampah hidraulik, jejari bagi omboh input ialah 0.64cm manakala jejari bagi omboh output ialah 5.1cm. Jika daya output 20 000 N perlu dihasilkan, berapakah daya input yang perlu dikenakan pada omboh input ?

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

44

8.4 : PRINSIP PASCAL Jawapan :

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

45

8.4 : PRINSIP PASCAL Contoh 8.4-2 : Rajah menunjukkan satu sistem hidraulik yang digunakan untuk menaikkan satu beban. Luas omboh kecil ialah 50 cm2 dan luas omboh besar ialah 1 000 cm2.

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

46

8.4 : PRINSIP PASCAL (a) (b)

(c)

Nayatakan dan terangkan prinsip yang digunakan untuk sistem hidraulik ini Satu daya 100 N dikenakan pada omboh kecil. Berapakah beban W yang boleh dinaikkan oleh daya 100 N itu ? Jika omboh kecil digerakkan sedalam 40 cm, berapakah jarak pergerakan omboh besar ?

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

47

8.4 : PRINSIP PASCAL Jawapan :

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

48

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

49

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES







Untuk mengimbangkan daya F yang menolak bekas kosong ke dalam air, satu daya yang dikenali sebagai daya keapungan dikenakan oleh air ke atas bekas kosong tersebut. Isipadu air yang disesarkan oleh bekas kosong adalah sama dengan isipadu bekas kosong di bawah permukaan air di dalam bekas A Daya keapungan pada suatu objek dalam suatu bendalir dikenali sebagai tujah ke atas PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

50

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES

Prinsip Archimedes menyatakan bahawa tujah ke atas sesuatu objek yang ditenggelamkan sebahagian atau sepenuhnya ke dalam sesuatu bendalir adalah sama dengan berat bendalir yang disesarkan

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

51

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES 

Rajah menunjukkan satu objek yang mempunyai luas keratan rentas A dan panjang l di dalam suatu bendalir yang berketumpatan ρ

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

52

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

53

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

54

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

55

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES Prinsip Archimedes juga benar untuk objek di udara.  Semua objek menyesarkan udara dan objek di udara juga mengalami daya tujah ke atas  Ketumpatan udara sangat kecil daripada ketumpatan cecair.  Jadi, daya tujah ke atas yang dialami di dalam udara sangat kecil berbanding dengan di dalam cecair. 

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

56

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES Contoh 8.5-1

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

57

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES Jawapan :

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

58

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES Contoh 8.5-2

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

59

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES Jawapan :

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

60

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES Contoh 8.5-3 Dalam satu ekspidisi, 4 org pelajar telah menggunakan sebuah bot getah yang mempunyai luas tapak 6.0 m2 dan tinggi 20 cm untuk menghiliri Sungai Perak. Boat getah itu terapung dengan dasar bot berada sejauh 0.5 cm di bawah permukaan air. Berat purata seorang pelajar ialah 400 N.

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

61

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES (a) (b) (c) (d)

Berapakah isi padu air yang tersesar oleh bot kosong ? Berapakah berat bot kosong ? Berapakah isi padu air yang tersesar apabila empat orang pelajar itu berada di dalam bot Berapakah pecahan isi padu bot yang berada di dalam air ? (Ketumpatan air = 1 000 kg m-3) PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

62

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES Jawapan :

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

63

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES Jawapan :

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

64

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES Objek yang Terapung Pegun



Suatu objek yang terapung pegun berada dalam keadaan keseimbangan. Maka, Berat objek = daya tujah ke atas PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

65

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES 

Daripada Prinsip Archimedes, Daya tujah ke atas = berat bendalir yang tersesar

Maka,

Berat objek = berat bendalir yang tersesar

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

66

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

67

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES Contoh 8.5-4

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

68

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES Jawapan :

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

69

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES Kegunaan Prinsip Archimedes Kapal Selam 1. 2.

3.

4.

Daya tujah ke atas pada kapal selam itu adalah tetap kerana kapal selam itu menyesarkan isi padu air yang tetap. Kapal selam itu boleh menyelam dan naik semula dengan mengubah berat kapal. Berat kapal diubah dengan mengubah kuantiti air di dalam tangki balast. Untuk menyelam, air dibenarkan masuk ke dalam tangki balast yang terdapat di dinding kapal. Apabila berat kapal melebihi daya tujah ke atas, kapal itu menyelam. Untuk naik semula ke permukaan lautan, air dikeluarkan dari tangki balast dengan menggunakan udara termampat. PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

70

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

71

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES Belon Udara Panas 1.

Sebuah belon udara panas menyesarkan suatu isipadu besar udara. Dengan itu, tujah keatas adalah besar

2.

Sebelum berlepas, udara di dalam belon dipanaskan oleh api gas ke suhu yang melebihi 100°C. Ini menyebabkan udara di dalam mengembang dan sebahagian daripadanya keluar melalui lubang di bawah dan berat belon itu berkurang.

3.

Apabila berat belon berkurang menjadi lebih kecil daripada daya tujah ke atas, belon mula naik. PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

72

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

73

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES Contoh 8.5-4 Rajah menunjukkan sebatang besi ditimbang di dalam udara dan di dalam air. Berapakah a) Berat yang hilang ? b) Daya tujah ke atas pada batang besi itu ? c) Berat air yang disesarkan oleh batang besi itu ? PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

74

8.5 : PRINSIP ARCHIMEDES Jawapan :

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

75

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

76

Nota :

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

77

Nota :

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar

78