SESI: MAC 2018 DSM 1021: SAINS 1 TOPIK 4.0: KERJA, TENAGA DAN KUASA Kelas: DCV 2 PENSYARAH: EN. MUHAMMAD AMIRUL BIN ABDULLAH
COURSE LEARNING OUTCOMES (CLO): Di akhir LA ini, pelajar akan boleh: 1. Menerangkan konsep Gerakan Linear, Gerakan Putaran, Kerja, Tenaga dan Kuasa dengan betul. (C2, PLO 1) 2. Menyelesaikan masalah pengiraan menggunakan konsep Gerakan Linear, Gerakan Putaran, Daya, Kerja, Tenaga dan Kuasa.(C3, PLO 6)
MINGGU KE-12 TOPIK 4.0: KERJA, TENAGA DAN KUASA Teori: 4.1 Konsep Kerja 4.1.1 Mentakrifkan konsep kerja dan formula kerja beserta unitnya 4.1.2 Menggunakan konsep kerja dan formulanya dalam penyelesaian masalah
KERJA KERJA dilakukan apabila terdapat satu daya yang menyebabkan suatu objek bergerak mengikut arah daya itu.
KERJA Takrif: Hasil darab daya, F, dan sesaran, s, pada arah daya itu. W = F x s Unit: Joule,J atau Nm Kuantiti skalar F dan s mesti dalam arah yang sama Adakah kerja yang dilakukan? F s 50 km TIADA KERJA DILAKUKAN F dan s tidak dalam arah yang sama
1 Joule ditakrifkan sebagai kerja yang dilakukan apabila daya 1 N menggerakkan objek sejauh 1 m mengikut arah daya itu.
KERJA Hasil darab daya, F dan jarak, s dalam arah yang sama dengan daya bersih. W = F x s Unit Joule,J atau Nm Adakah kerja yang dilakukan? F dan s mesti dalam arah yang sama Tiada perubahan s. s = 0 TIADA KERJA DILAKUKAN
KERJA Hasil darab daya, F dan jarak, s dalam arah yang sama dengan daya bersih. W = F x s Unit Joule,J atau Nm Adakah kerja yang dilakukan? F dan s mesti dalam arah yang sama F F F dan s dalam arah yang sama KERJA DILAKUKAN
KERJA TIDAK DILAKUKAN APABILA 1. Daya, F, tidak bergerak. SOALAN: Johan berdiri tegak selama 20 minit dengan memegang beberapa buah buku seberat 20 N. Berapakah kerja yang dilakukan pada buku itu? SOALAN: Chong menolak dinding konkrit di dalam kelasnya dengan daya 20 N selama 20 minit. Berapakah kerja yang dilakukannya pada dinding itu? PENYELESAIAN: Kerja, W = F x s = 20 x 0 = 0 Johan dan Chong akan berasa kepenatan tetapi masih tiada kerja yang dilakukan ke atas buku atau dinding kerana objek tidak bergerak semasa daya dikenakan.
KERJA TIDAK DILAKUKAN APABILA 2. Daya, F, pada sudut tegak (berserenjang) dengan sesaran, s. SOALAN: Seorang pelayan berjalan sejauh 5 m sambil memegang dulang berisi makanan yang beratnya 10 N. Berapakah kerja yang dilakukan oleh pelayan terhadap dulang? Kaedah alternatif: Guna rumus: Fs kos θ F=10N; s=5m; θ=90 W = 10 x 5 x 0 = 0 PENYELESAIAN: Pelayan itu mengenakan daya 10 N ke atas semasa dia memegang dulang. Apabila dia berjalan ke hadapan dengan jarak 5 m, dulang itu tidak disesarkan ke atas atau ke bawah. Oleh itu, jarak pada arah daya adalah sifar. Kerja, W = F x 0 = 0 Ini menunjukkan tiada kerja yang dilakukan terhadap dulang
CONTOH: Rajah menunjukkan Puan Aini sedang mengemop lantai menggunakan daya 9 N pada sudut 60 dari lantai. Berapakah kerja yang dilakukannya selepas mengelap melalui jarak 4 m? Penyelesaian: Sudut di antara daya dengan sesaran ialah 60. Kerja yang dilakukan, W = Fs kos θ = 9 x 4 x kos 60 = 18 J
KERJA yang dilakukan menentang daya graviti Satu daya ke atas diperlukan untuk mengangkat objek yang beratnya, mg newton, kepada satu ketinggian h meter. Kerja yang dilakukan adalah sama dengan hasil darab daya dengan jarak yang dilalui pada arah daya itu iaitu, Kerja yang dilakukan, = F x h = mg x h Magnitud F adalah sama dengan berat objek, mg tetapi mempunyai arah yang bertentangan antara satu sama lain.
CONTOH: Rajah menunjukkan sebuah kotak dengan berat mg N, diangkat oleh seorang pekerja ke atas satu tangga. Penyelesaian: (a) Kerja yang dilakukan = Daya x sesaran pada arah daya W = mg X h = mgh (a) Apakah kerja yang dilakukan oleh pekerja itu? (b) Jika jisim kotak itu ialah 2 kg dan tinggi tangga ialah 3.0 m, hitung kerja yang telah dilakukan oleh pekerja itu. [Ambil g = 10 m s ²] PERINGATAN: Kerja yang dilakukan mg x atau mg x b kerana daya, F (=mg) bertindak ke arah atas setinggi h. Kerja yang dilakukan tidak bergantung pada jarak yang dilalui iaitu dan b, tetapi pada ketinggian yang dicapai. (b) Jika m=2kg, g=10 m s ², h=3.0m Kerja yang dilakukan, W = mgh = 2 x 10 x 3.0 = 60 J
KERJA Hitungkan kerja yang dilakukan. 10 N 2 m W = F x s = 10 x 2 = 20 J
KERJA Hitungkan kerja yang dilakukan. 30 N 30 o 30 Cos 30 o F mesti diambil dalam arah S 200 cm W = F x S = 30 Cos 30 o x 2 = 52 J Dalam meter
LATIHAN Hitungkan kerja yang dilakukan. 100 N 50 o 100 Cos 50 o F mesti diambil dalam arah S 500 cm W = F x S = 100 Cos 50 o x 5 = 321.4 J Dalam meter
MINGGU KE-13 TOPIK 4.0: KERJA, TENAGA DAN KUASA Teori: 4.2 Memahami konsep tenaga 4.2.1 Mentakrifkan konsep tenaga 4.2.2 Menerangkan dan mengira tenaga keupayaan graviti, tenaga keupayaan kenyal, dan tenaga kinetik linear 4.2.3 Menerangkan Prinsip Keabadian Tenaga dan menjelaskan perubahan bentuk tenaga dari satu bentuk kepada bentuk yang lain.
Konsep tenaga 1. Tenaga dipindahkan dari suatu objek ke objek yang lain apabila kerja dilakukan. 2. Kerja yang dilakukan merupakan satu medium perantaraan untuk memindahkan tenaga dari suatu objek kepada objek yang lain
Tenaga Keupayaan Tenaga keupayaan sesuatu objek ditakrifkan sebagai tenaga yang tersimpan dalam objek kerana kedudukan atau keadaannya. 2 jenis tenaga keupayaan: i. Tenaga keupayaan graviti ii. Tenaga keupayaan kenyal
Tenaga Keupayaan Halaju malar = pecutan sifar Daya bersih = 0 Bermaksud, daya, F, ke atas = berat kotak (=mg) F = mg (dalam magnitud) Kerja yg dilakukan melawan daya tarikan graviti. Kerja ditukar dlm bentuk tenaga keupayaan graviti, E p yg tersimpan dlm kotak kerana kedudukannya pd satu ketinggian, h di atas tanah. Pergerakkan pada sesaran h untuk mengangkat kotak, maka, Kerja yang dilakukan, W = Daya x sesaran pd arah daya = F x s = mg x s = mgh
TENAGA KEUPAYAAN GRAVITI Tenaga yang disimpan dalam objek disebabkan ketinggiannya dari permukaan bumi W E p E p = W E p = mgh m = jisim,kg g = pecutan graviti,ms -2 h = ketinggian,m Unit Joule,J
Kerja yang dilakukan, W = Fs kos θ = F x h = mgh θ ialah sudut di antara vektor daya dengan vektor sesaran. Ketinggian mencancang, h = s kos θ Maka, suatu objek yang dinaikkan pada ketinggian, h akan memperoleh tenaga keupayaan graviti, E p = mgh, yang tidak dipengaruhi oleh jarak yang dilalui oleh objek tersebut. (Kerja yg sama dilakukan sekiranya bola itu digerakkan dari B ke A dan kemudian ke C.
CONTOH: Seorang atlet lompat bergalah yang mempunyai jisim 55 kg melakukan lompatan setinggi 6.0 m. Apakah tenaga keupayaannya apabila berada pada aras paling tinggi? [Diberi g = 10 m s ²] Penyelesaian: Tenaga keupayaan, E p = mgh = 55 x 10 x 6 = 3300 J
TENAGA KEUPAYAAN GRAVITI 20 kg E p = mgh = 20 x 10 x 400 = 80 000 J 400 m = 80 kj
LATIHAN Berapakah tenaga keupayaan objek? 500 g E p = mgh = 0.5 x 10 x 80 80 m = 400 J
LATIHAN Berapakah tenaga keupayaan objek? 200 g E p = mgh = 0.2 x 10 x 50 = 100 J 50 m
TENAGA KINETIK Tenaga yang diperolehi oleh sesuatu objek disebabkan gerakannya E k = ½ m v 2 m = jisim, kg v = halaju objek, ms -1 Unit Joule, J
CONTOH: Seorang pemain besbol melontar sebiji bola berjisim 135 g dengan kelajuan 25 ms -1. Hitung tenaga kinetik bola besbol itu. Penyelesaian: Tenaga kinetik, E k = ½ m v 2 = ½ x 0.135 x 25 2 = 42.19 J
Prinsip Keabadian Tenaga sebelum terjatuh, kelapa itu mempunyai tenaga keupayaan graviti, E p = mgh. Ketika itu, kelapa dalam keadaan pegun, E k = 0. semasa terjatuh, E p berkurang, manakala E k meningkat (peningkatan halaju). Namun, manakala E k dan E p malar semasa jatuhan kelapa. A/p kelapa mencecah ke tanah, semua E p ditukar kepada E k. Ini adalah contoh prinsip keabadian tenaga! Prinsip Keabadian Tenaga Tenaga tidak boleh dicipta atau dimusnahkan. Tenaga boleh berubah daripada satu bentuk kepada bentuk yang lain tetapi jumlah tenaga dalam sistem ini sentiasa malar.
TENAGA KINETIK 20 ms -1 1 kg E k = ½ mv 2 = ½ x 1 x (20) 2 = 200 J
LATIHAN Berapakah tenaga keupayaan objek? 200 g E p = mgh = 0.2 x 10 x 50 = 100 J 50 m
CONTOH: Sebiji durian terjatuh daripada ketinggian 8 m. Cari halaju durian itu sebelum ia mencecah ke tanah. [Diberi g = 10 m s ²] Penyelesaian: Mengikut prinsip keabadian tenaga: Tenaga kinetik yang diperoleh = Tenaga keupayaan yg hilang ½ m v 2 = mgh ½ x v 2 = 10 x 8 v = 36 = 6 m s 1
CONTOH: Suatu bongkah 2 kg bergerak dengan halaju awal 10 m s 1 di atas permukaan kasar. Bongkah itu berhenti selepas bergerak sejauh 5 m. Hitung (a) tenaga kinetik bongkah itu (b) daya geseran yang bertindak ke atas bongkah itu (c) tenaga haba yang dihasilkan Penyelesaian: (a) Tenaga kinetik, E k =½ m u 2 = ½ x 2 x 10 2 = 100J (b) Tenaga kinetik yang digunakan utk melakukan kerja menentang daya geseran. Tenaga kinetik asal = Kerja yg dilakukan utk mengatasi geseran E k = F x s 100 = F x 5 F = 20 N (c) Tenaga haba yg diperoleh, = Tenaga kinetik yg hilang = 100 J
MINGGU KE-14 TOPIK 4.0: KERJA, TENAGA DAN KUASA Teori: 4.3 Memahami Konsep Kuasa 4.3.1 Mentakrifkan konsep kuasa 4.3.2 Mengaplikasikan konsep dan formula bagi kerja, tenaga dan kuasa dalam penyelesaian masalah 4.3.3 Mengira kecekapan sistem mekanik
KUASA Takrif: Kadar melakukan kerja atau kadar pemindahan tenaga P = W/t Unit SI: watt (W) Js -1 W = kerja,j t = masa,s Kerja yang dilakukan dan tenaga ialah kuantiti skalar, maka kuasa juga adalah kuantiti skalar. Unit lain bg kuasa ialah kuasa kuda (horse power, hp)yg biasa digunakan utk peralatan elektrik; 1 hp = 746 W ( ¾ kw)
CONTOH: Seorang pelagak ngeri yang berjisim 67 kg memanjat bumbung sebuah bangunan setinggi 50 m. Jika kuasa yang dijana olehnya ialah 7 kw, hitung masa yang diambil olehnya untuk melengkapkan aksinya. [Diberi g = 10 m s ²] Penyelesaian: Kuasa yang dijana pelagak ngeri = Kerja Masa 7000 = mg x h t = 67 x 10 x 50 t t = 33,500 = 4.8 s 7000
KUASA Berapakah kuasa yang digunakan jika ia mengambil masa 2 s bagi mengalihkan objek dibawah? 100 N 5 m W = F x s = 100 x 5 = 500 J P = W/t = 500/2 = 250 W
LATIHAN Berapakah kuasa yang digunakan jika ia mengambil masa 5 s bagi mengalihkan objek dibawah? 100 N 50 o 100 Cos 50 o 500 cm W = F x s = 100 Cos 50 o x 5 = 321.4 J P = W/t = 321.4/5 = 64.3 W
LATIHAN Berapakah kuasa yang digunakan jika ia mengambil masa 2 minit bagi mengangkat objek di bawah? W = F x s = 50 x 3 = 150 J 50 N P = W/t = 150/(2 x 60) 3 m = 1.25 W
Kecekapan sistem mekanik
CONTOH: Sebuah enjin petrol mempunyai kerja output sebanyak 96 kj per minit. Apakah kuasa input jika kecekapan enjin ialah 20%? Penyelesaian: Kuasa output = 96 000 J = 1600 W 60 s Kecekapan = P 0 (berguna) x 100% P i 20% = 1600 x 100% P i kuasa input, P i = 160 000 20 = 8000 W
CONTOH: Sebuah kren mengangkat sebuah beban berjisim 500 kg sehingga ketinggian 120 m dalam masa 16 s. Jika kuasa input ialah 45 000 W, hitung kecekapan motor kren itu. [Diberi g = 10 N kg -1 Penyelesaian: Tenaga output yang berguna = mgh = 500 x 10 x120 = 600 000 J Tenaga input = kuasa x masa = 45 000 x 16 = 720 000 J Kecekapan = E 0 (berguna) x 100% E i = 600 000 x 100% = 83.3% 720 000
Q&A Insya-Allah