Fizik Kerja Tenaga

2.10 MEMAHAMI KERJA, TENAGA, KUASA DAN KECEKAPANUNDERSTANDING WORK, ENERGY, POWER AND EFFICIENCY

Kerja dilakukan apabila daya membuatkan suatu objek bergerak. Semakin besar daya dan jarak sesuatu objek itu digerakkan, maka semakin besar kerja dilakukan.Work is done whenever a force makes something move. The greater the force and the greater the distance moved, the more work is done.

Definisi kerja/Definition of work

Kerja yang dilakukan ialah hasil darab daya yang dikenakan dengan sesaran objek pada arah daya dikenakan.

Work done is the product of an applied force and the displacement of the object in the direction of the applied force.

Kerja, W = Fs , di mana F = daya, s = sesaranWork, W = Fs , where F = force, s = displacement

Unit SI bagi kerja ialah joule, J The SI unit of work is the joule, J

Kerja 1 joule dilakukan apabila daya 1 N menggerakkan objek sejauh 1 m dalam arah daya dikenakan.1 joule of work is done when a force of 1 N moves an object 1 m in the direction of the force.

sF

05 FIZ Form 4 Ch2 D 2F.indd 89 9/10/13 4:14 PM

Pengiraan kerjaCalculation of work

Sesaran, s, bagi objek dalam arah sama dengan daya, FThe displacement, s, of the object is in the direction of the force, F

Sesaran, s, bagi objek pada arah yang tidak sama dengan arah daya, FThe displacement, s, of the object is not in the direction of the force, F

F

s

W = Fs

Fs

W = Fs

F

F1

s

F1F

= kos

F1 = F kos W = F1 s = (F kos ) s

1

Seorang budak menolak basikalnya dengan daya 25 N melalui jarak 3 m. Kira kerja yang dilakukan oleh budak itu.A boy is pushing his bicycle with a force of 25 N through a distance of 3 m. Calculate the work done by the boy.Penyelesaian/SolutionW = Fs = 25 N 3 m = 75 J(Perhatian/Note: 1 N m = 1 J)

Contoh/Example 1

Seorang budak perempuan mengangkat sebuah pasu berjisim 3 kg pada ketinggian 0.4 m. Berapakah kerja yang dilakukan oleh budak perempuan itu?A girl lifts up a 3 kg flower pot steadily to a height of 0.4 m. What is the work done by the girl? Penyelesaian/SolutionW = 3 kg 10 m s2 0.4 m = 12 JAtau/OrW = 3 kg 10 N kg1 0.4 m = 12 J

Contoh/Example 2

25 N

30 N

Seorang pekebun menolak mesin rumput dengan daya 50 N pada sudut 60 C dengan ufuk. Berapakah kerja yang dilakukan untuk menolak mesin rumput pada jarak 100 m?A gardener pushes a lawn mower with a force of 50 N at an angle of 60 C from horizontal. What is the work done in pushing the lawn mower through a distance of 100 m?Penyelesaian/Solution

F50 N

= kos 60

F = 50 N kos 60 W = F 100 m = (50 N kos 60) (100 m) = 2 500 N

60

60

50 N

F

Contoh/Example 3

600

50 N


Tiada kerja dilakukan apabila:/No work is done when:

Objek berada dalam keadaan pegun .The object is stationary .

Arah gerakan objek adalah berserenjang dengan daya yang dikenakan.The direction of motion of the object is perpendicular to that of the applied force.

Seorang pelayan membawa dulang makanan dan berjalan.A waiter is carrying a tray of food and walking.

2

Latihan/Exercises

Sesaran/Displacement = 50 cm

F = 80 N 1 Berapalah kerja dilakukan oleh daya 80 N itu?

How much work is done by the 80 N force?Penyelesaian/SolutionW = 80 N 0.5 m = 40 J

2 Ali menolak sebiji batu dengan mengenakan daya 200 N. Berapakah kerja yang dilakukannya?Ali pushes a big rock by applying a force of 200 N. How much work has he done?Penyelesaian/SolutionW = sifar (pegun)/zero (stationary)

Pegun/Stationary

F = 200 N

3 Seorang lelaki menarik satu beban dengan menggunakan satah condong. Tinggi landasan condong itu ialah 80 cm. Berapakah kerja yang dilakukan oleh lelaki itu untuk menarik beban itu?A man pulls up a load using an inclined plane. The height of the inclined plane is 80 cm. How much work is being done by the man to lift the load?Penyelesaian/Solution

s80 cm

30

80 cms

= sin 30

s = 80 cmsin 30

= 0.8 m

sin 30

F = 320 N

3080 cm

W = Fs = 320 N ( 0.8 m

sin 30 ) = 512.0 J


4 Berapakah kerja yang dilakukan oleh Raju untuk mengangkat beban melalui jarak 4 m?How much work is done by Raju to lift the load through the displacement of 4 m?Penyelesaian/SolutionW = 150 N 4 m = 600 J

SesaranDisplacement= 4 m

F = 150 NF

3

Menyatakan bahawa apabila kerja dilakukan, tenaga dipindahkan dari satu objek ke satu objek yang lainState that when work is done, energy is transferred from one object to another Tenaga boleh ditakrifkan sebagai kebolehan untuk melakukan kerja. Energy can be defined as the ability to do work. Satuobjekyangbolehmelakukankerjadikatakanmempunyaitenaga./An object that can do work has energy. Tenagabolehwujuddalampelbagaibentuk,misalnya/Energy exists in many forms, for example:

(a) Tenaga keupayaan graviti/Gravitational potential energy(b) Tenaga kinetik/Kinetic energy(c) Tenaga keupayaan kenyal/Elastic potential energy(d) Tenaga keupayaan elektrik/Electric potential energy(e) Tenaga bunyi/Sound energy(f) Tenaga mekanik/Mechanical energy(g) Tenaga nuklear/Nuclear energy

Kerja dilakukan apabila daya dikenakan ke atas objek dan objek itu bergerak. Ini diikuti dengan pemindahan tenaga dari satu objek ke objek lain.Work is done when a force is applied on an object and the object moves. This is followed by the transference of energy from one object to another.

Oleh itu, apabila kerja dilakukan, tenaga dipindahkan dari satu objek ke satu objek yang lain.Therefore, when work is done, energy is transferred from one object to another.


4

5 Satu daya 25 N digunakan untuk mengangkat sebuah beg. Encik Rahim berjalan sejauh 20 m dengan memegang beg itu. Berapakah kerja yang dilakukan oleh Encik Rahim terhadap beg itu? Terangkan jawapan anda.A force of 25 N is used to lift a bag. Encik Rahim walks a distance of20 m holding the bag. How much work is being done by Encik Rahim with respect to the bag? Explain your answer.Penyelesaian/SolutionKerja dilakukan adalah sifar kerana daya adalah berserenjang dengan sesaran.Work done is zero because the force is perpendicular to the displacement.

F = 25 N

Sesaran/Displacement = 20 m

Kirakan tenaga keupayaan graviti bagi setiap keadaan berikut.Calculate the gravitational potential energy for each of the following.

BeratWeight

PendulumBob

KotakBox

m = 2 kgm = 0.3 kg

m = 0.3 kg

h = 0.8 mh = 20 cm

h = 1.2 m

Penyelesaian/SolutionE = mgh E = mgh E = mgh = (2 kg) (10 m s2) (0.8 m) = (0.3 kg) (10 m s2) (0.2 m) = 0.3 kg 10 m s2 1.2 m = 16 J = 0.6 J = 3.6 J

Contoh/Example

Definisi tenaga keupayaan graviti/Define gravitational potential energy

Seorang budak perempuan membuat kerja apabila dia memanjat tangga sebuah papan gelongsor. Dia mempunyai tenaga keupayaan gravity apabila dia berada pada kedudukan tertinggi papan gelongsor itu.A girl does work when she climbs up the stairs of a sliding board. She has gravitational potential energy when she is at the top of the sliding board.Tenaga keupayaan gravity ialah tenaga yang tersimpan dalam objek disebabkan ketinggian (kedudukan) nya daripada permukaan bumi.The gravitational potential energy is the energy stored in the object because of its height (position) above the earths surface.Tenaga keupayaan graviti adalah sama dengan kerja dilakukan untuk menaikkan satu objek kepada satu ketinggian tertentu. Daya diperlukan untuk menaikkan objek adalah sama dengan berat objek, F = mg.The gravitational potential energy is equal to the work done to raise an object to a particular height. The force required to raise the object is the same as the weight of the object, F = mg.Jika jarak menegak yang dilalui oleh objek ialah h,/If the distance moved by the object is h,Kerja dilakukan, W = F s = mg h = mgh

BolaBall

KedudukanakhirFinalposition

KedudukanawalInitialposition

Jisim/Mass= m kg

h

Tenaga keupayaan graviti,Gravitational potential Energy, EP = W

Work done, W = F s = mg h = mgh

(a) (b) (c)


5

Nota/Notes: 1 Tenaga keupayaan graviti bagi objek

bergantung padaThe gravitational potential energy of an object depends on the

(a) jisim objek, m mass of the object, m (b) kekuatan medan graviti, g

gravitational field strength, g (c) perubahan ketinggian, h change in height, h

2 "Kehilangan" tenaga keupayaan graviti tidak bergantung pada kecerunan tetapi bergantung pada jarak tegak

.

ia bergerak.The "loss" of gravitational potential energy does not depend on the gradient of the slope but depends on the vertical distance

traversed.

Tenaga keupayaan graviti 100 JGravitational potential energy 100 J

Kerja dilakukanWork done in this path= mgh= 100 J

Kerja dilakukansepanjang landasanWork done alongthis path= 100 J

h m

A A A

B B B

Definisi tenaga kinetikDefinition of kinetic energy

Seorang budak lelaki yang sedang mengayuh basikal mempunyai tenaga kinetik. Apabila dia mengayuh lebih pantas, maka dia mempunyai tenaga kinetik yang lebih besar. Pada keadaan pegun, dia tidak mempunyai tenaga kinetik.A boy riding a bicycle possesses kinetic energy. When he rides faster, he will have more kinetic energy. When he is stationary, he does not have any kinetic energy.

Tenaga kinetik ialah tenaga yang diperoleh sesuatu objek disebabkan oleh gerakannya. Kinetic energy is the energy of an object due to its motion.

Tenaga kinetik = 12

mv2

di mana m = jisim v = halaju

Kinetic energy = 12

mv2

where m = mass v = velocity


6

1 Sebiji bola berjisim 0.5 kg bergerak dengan halaju 4 m s-1. Hitungkan kerja dilakukan.A ball of mass 0.5 kg moves with velocity of 4 m s-1. Calculate the work done. Penyelesaian/SolutionKerja = Tenaga kinetik =

12

mv2

= 12

(0.5 kg) (4 m s1)2

= 4.0 J

Work done = Kinetic energy =

12

mv2

= 12

(0.5 kg) (4 m s1)2

= 4.0 J

2 Sebuah kereta berjisim 950 kg bergerak dengan halaju malar 20 m s-1 selama satu minit. Hitungkan kerja yang dilakukan oleh kereta itu dalam tempoh yang tersebut.A car of mass 950 kg moves at a constant velocity of 20 m s-1 for one minute. Calculate the work done by the car during this period.

m = 950 kg

v = 20 m s1

Penyelesaian/SolutionKerja dilakukan = Tenaga kinetikWork done = Kinetic energy = 1

2 mv2

= 12

(950 kg) (20 m s1)2

= 190 000 J

Menyatakan prinsip keabadian tenaga/State the principle of conservation of energy

Prinsip keabadian tenaga menyatakan bahawa tenaga boleh berubah dari satu bentuk ke satu bentuk yang lain, tetapi tidak boleh dicipta atau dimusnahkan.The principle of conservation of energy states that energy can be changed from one form to another form, but it cannot be created or destroyed.

Jumlah tenaga di dalam sistem diabadikan /The total energy in a system is conserved .

Jumlah tenaga sebelum berubah kepada bentuk tenaga yang lain = Jumlah tenaga selepas berubah kepada bentuk tenaga yang lain.Total energy before conversion to other forms of energy = Total energy after conversion to other forms of energy.


LATIHAN

7

Aktiviti: Keabadian Tenaga/Activity: Conservation of Energy

1 (a) Sebiji bola dipegang pada ketinggian tertentu di atas lantai. Hold a ball at a certain height above the floor.

Apakah jenis tenaga yang terdapat pada bola?What is the energy gained by the ball?Tenaga keupayaan graviti/Gravitational potential energy

(b) Bola dilepaskan. Release the ball. (i) Apakah jenis tenaga yang dipunyai oleh bola sejurus sebelum ia

menghentam lantai?What is the energy gained by the ball just before it hits the floor?Tenaga kinetik/Kinetic energy

(ii) Dari manakah tenaga pada bola itu berasal?Where does the energy of the ball originate?Tenaga keupayaan graviti/Gravitational potential energy

(iii) Apakah hubungan antara tenaga di (a) dengan tenaga di (b)?What is the relationship between the energy in (a) and the energy in (b)?Sama/Equal

2 (a) Troli ditolak ke arah dinding untuk memampatkan spring. Push a trolley against a wall to compress a spring.

Apakah tenaga yang tersimpan di dalam spring?What is the energy stored in the spring?Tenaga keupayaan kenyal

Elastic potential energy

(b) Troli dilepaskan supaya ia bergerak menjauhi dinding. Release the trolley so that it moves away from the wall.

Apakah yang berlaku kepada tenaga yang tersimpan di dalam spring?What happens to the energy stored in the spring? Tenaga keupayaan kenyal ditukarkan kepada tenaga kinetik. The elastic potential energy is transferred to kinetic energy.

BolaBall

Lantai/Floor

KetinggianHeight


8

-2)A durian falls from a height of 15 m. What is the velocity of the durian just before it hits the ground? (Assume that g = 10 m s-2)Penyelesaian/Solution mgh = mv2 v2 = 2gh = 2 10 m s2 15 m v = 17.32 m s1

Penyelesaian/SolutionJumlah tenaga di A = Jumlah tenaga di B Total energy at A = Total energy at B mgh = mv2 v2 = 2gh = 2 10 m s2 0.8 m = 16 m2 s2 v = 4 m s1

0.8 m

B

A


9

1 Sebuah troli dilepaskan dari keadaan rehat pada titik X. Berapakah halaju troli di titik Y?A trolley is released from rest at point X. What is the velocity of the trolley at point Y?Penyelesaian/SolutionDari X ke Y, jarak tegak = 1.5 mFrom X to Y, the vertical distance = 1.5 m h = 1.5 m mgh = 1

2 mv2

v2 = 2gh = 2 (10 m s2)(1.5 m) v = 5.48 m s1

2 Sebiji bola bergerak di sepanjang permukaan mengufuk yang licin dengan halaju 6 m s-1. Bola itu kemudiannya bergerak naik ke atas satu satah condong licin. Ketinggian satah condong itu ialah 1.5 m. Berapakah halaju bola itu di titik B?A ball is moving along a smooth horizontal surface at a velocity of 6 m s-1. The ball then moves up a smooth inclined plane. The height of the inclined plane is 1.5 m. What is its velocity at point B?Penyelesaian/Solution Jumlah tenaga di A = Jumlah tenaga di B Total energy at A = Total energy at B

12 mvA

2 = mgh + 12 mB

2

12 (6 m s

1)2 = (10 m s2)(1.5 m) + 12 vB2

12 vB

2 = (18 15) m2 s2

vB = 2.45 m s1

2.5 m

2 kg

1.0 m

X

Y

Z

vA = 6 m s1

vB = ?

1.5 m

A

B

3 Sebiji durian jatuh dari ketinggian 15 m. Berapakah halaju buah durian itu sejurus sebelum ia menghentam tanah? (Andaikan bahawa g = 10 m s

4 Sebiji bola dilepaskan pada titik A dari ketinggian 0.8 m dengan menggunakan landasan licin. Berapakah halaju bola itu pada titik B?A ball is released at point A from a height of 0.8 m using a smooth inclined plane. What is the velocity of the ball at point B?

UserTypewritten textLatihan Akhir

5.0 m. J, K, L, M, N, O, P dan Q menunjukkan beberapa peringkat lompatan yang dibuat oleh atlit. Pada titik N, ketinggian atlit dari paras palang ialah 0.2 mThe diagram shows a pole vault jumper of mass 60 kg jumping over the bar of height 5.0 m. J, K, L, M, N, O, P and Q show the different stages of the jump made by the athlete. At point N, the athlete clears the bar with 0.2 m to spare.

GalahPole

J K

L

M

NO

P

Q

Tilam getah yang tebalA thick rubber maltress

(a) Mengapakah atlit diperlukan untuk memecut kepada halaju tertentu pada peringkat J ke K sebelum dia mula melompat?Why is the athlete required to accelerate from J to K to a certain velocity before he begins to jump?Untuk menambahkan tenaga kinetik. Apabila halaju bertambah, maka tenaga kinetik bertambah.To increase the kinetic energy. Kinetic energy increases with velocity.

(b) Terangkan mengapa galah itu perlu dibengkokkan di L.Explain why the pole has to be bent at L.Untuk mendapatkan tenaga keupayaan kenyal yang maksimum.To get maximum elastic potential energy.

(c) Kirakan tenaga keupayaan graviti bagi atlit pada titik N.Calculate the gravitational potential energy of the athlete at point N.E = mgh = (60 kg) (10 m s2) (5.2 m) = 3 120 J

(d) Berapakah pecutan menegak atlit di peringkat P?What is the vertical acceleration of the athlete at stage P?10 m s-2

(e) Mengapa sebuah tilam getah yang tebal diletakkan di kawasan di mana atlit mendarat?Why is a thick rubber mattress placed in the area where the athlete lands?Menambahkan masa hentaman untuk mengurangkan daya impuls.Increase the time of collision to reduce impulsive force.


10

5. Rajah menunjukkan atlit lompat bergalah berjisim 60 kg melompat melepasi palang pada ketinggian

UserTypewritten textL

Fizik Kerja Tenaga

Documents

Transcript of Fizik Kerja Tenaga