SEMESTER 1 : BACHELOR PENDIDIKAN (SAINS RENDAH) 2012 TAJUK KURSUS : Fizik dalam Konteks Kehidupan Harian KOD KURSUS SCE3105 MATA KREDIT : 3 (2 + 1)

PENGENALAN

Kursus ini meneroka idea dan amalan fizik dalam konteks kehidupan peribadi, tempatan dan industri dan ia akan menekankan kerelevanan fizik dalam dunia sebenar. Topik-topik yang dipilih akan meliputi yang berikut: fizik dan pengukuran, gerakan, kerja dan mesin, termometri dan thermometer, daya dalam bendalir, fizik dalam muzik, menggunakan cahaya dalam instrument optic, kelektrikan, kemagnetan dan elektronik. Ia akan membantu mengembangkan kecekapan pelajar didalam menyiasat dan kemahiran menyelesaikan masalah yang berkaitan hubungan fizik di dalam kehidupan harian. Ini di tambah, melalui Ilmu Pedagogi Kandungan Kurikulum Sains Sekolah Rendah, konsepsi pelajar dan pengetahuan pedagogi bidang pembelajaran “Kerja dan Mesin”, Daya dalam Bendalir” dan “Termometri dan Termometer” akan di pertingkatkan. HASIL PEMBELAJARAN 1. Membuat pengukuran yang jitu dan persis menggunakan unit dan instrumen yang sesuai. 2. Menentukan jumlah vektor secara grafik dan algebra. 3. Demonstrasi pengetahuan konsep asas kerja, termometri, hukum gerakan Newton dan

hukum kegravitian semesta. 4. Demonstrasi pemahaman resonan, instrumen optik, litar siri dan selari, motor elektrik dan

monitor TV. 5. Aplikasi Prinsip Archimedes dan Bernoulli di dalam kehidupan harian. 6. Menjelaskan bagaimana elektrik dijana dan bagaimana ia di hantar dari satu tempat ke satu

tempat yang lain 7. Menjelaskan fungsi-fungsi diod dan transistor dalam komunikasi elektronik. 8. Menerangkan hubungan antara teori, pengetahuan dan penyiasatan amali dalam Fizik.

dalam Konteks Kehidupan Harian melalui melalui Pedagogi Pengetahuan Isi Kandungan Kurikulum Sains Sekolah Rendah.

1. FIZIK DAN PENGUKURAN DALAM KEHIDUPAN HARIAN 1.1 Pertukaran unit 1.2 Imbuhan 1.3 Ketepatan dan kepersisan 1.4 Bentuk piawai 1.5 Teknik-teknik pengukuran yang baik 1.6 Contoh soalan dan latihan 1.7 Rujukan 2. GERAKAN – PADA ARAH MANA? 2.1 Mewakilkan kuantiti vektor 2.2 Hasil tambah vektor secara grafik

2.3 Hasil tolak vektor 2.4 Halaju relatif: Beberapa aplikasi 2.5 Komponen-komponen vektor 2.6 Hasiltambah vektor secara algebra 2.7 Contoh soalan dan latihan 2.8 Rujukan 3. GERAKAN DALAN SATU DIMENSI 3.1 Jenis-jenis daya : geseran, normal, tegangan, julangan dan berat 3.2 Membina rajah jasad bebas yang melibatkan daya-daya diatas dalam pelnbagai konteks 3.3 Contoh soalan dan latihan 3.4 Rujukan 4. GERAKAN DALAN DUA DIMENSI 4.1 Keseimbangan dan pengimbang (equilibrant) 4.2 Gerakan pada satah condong 4.3 Gerakan projektil 4.4 Contoh soalan dan latihan 4.5 Rujukan 5. APLIKASI HUKUM-HUKUM NEWTON DALAM KEHIDUPAN HARIAN 5.1 Menggunakan hukum-hukum pertama, kedua dan ketiga Newton untuk menyelesaikan masalah. 5.2 Contoh soalan dan latihan 5.3 Rujukan 6. KERJA DAN MESIN 6.1 Kerja 6.2 Mesin ringkas dan mesin majmuk 6.3 Keupayaan mekanik dan kecekapan 6.4 Mesin manusia berjalan 6.5 Contoh soalan dan latihan 5.3 Rujukan 7. DAYA-DAYA DALAM BENDALIR 7.1 Terapung dan tenggelam 7.2 Menyelesaikan masalah melibatkan ketumpatan dan Prinsip Archimedes. 7.3 Aplikasi Prinsip Bernoulli 7.4 Contoh soalan dan latihan 7.5 Rujukan 8. GERAKAN PLANET DAN SATELIT 8.1 Hukum-hukum Kepler 8.2 Kegravitian semesta

8.3 Menggunakan hukum kegaravitian semesta Newton 8.4 Gerakan planet dan satelit 8.5 Berat dan tanpa berat 8.6 Medan graviti 8.7 Contoh soalan dan latihan 8.8 Rujukan 9. FIZIK DALAM MUZIK 9.1 Bunyi dan gelombang membujur 9.2 Keamatan dan kekuatan 9.3 Frekuensi dan kelangsingan 9.4 Resonan 9.5 Mengesan gelombang tekanan 9.6 Kualiti bunyi 9.7 Menghasilkan bunyi 9.8 Contoh soalan dan latihan 9.9 Rujukan 10. TERMOMETRI DAN TERMOMETER 10.1 Keseimbangan terma dan termometri 10.2 Skala suhu: Celcius dan Kelvin 10.3 Beberapa jenis termometer 10.4 Contoh soalan dan latihan 10.5 Rujukan 11. MENGGUNAKAN CAHAYA 11.1 Pantulan dan cermin 11.2 Pembiasan dan kanta 11.3 Mikroskop dan teleskop 11.4 Contoh soalan dan latihan 11.5 Rujukan 12. LITAR ELEKTRIK DI RUMAH 12.1 Gabungan litar sesiri dan selari 12.2 Hukum Ohm 12.3 Aplikasi litar 12.4 Keselamatan dalam litar 12.5 Contoh soalan dan latihan 12.6 Rujukan 13. KELEKTRIKAN DAN KEELEKTROMAGNETAN 13.1 Daya atas arus dan medan magnet 13.2 Motor elektrik 13.3 Daya atas satu zarah bercas 13.4 Skrin TV 13.5 Contoh soalan dan latihan

13.6 Rujukan 14. PENJANAAN DAN PENGHANTARAN TENAGA ELEKTRIK 14.1 Hukum Faraday 14.2 Daya elektromotif 14.3 Menjana tenaga elektrik 14.4 Hukum Lenz 14.5 Swainduktans 14.6 Transformer 14.7 Contoh soalan dan latihan 14.8 Rujukan 15. KEGUNAAN ELEKTRONIK DAN SEMIKONDUKTOR 15.1 Isyarat elektronik 15.2 Komunikasi elektronik 15.3 Komputer 15.4 Persepaduan teknologi: super lebuhraya maklumat maklumat (information super highway) 15.5 Contoh soalan dan latihan 15.6 Rujukan

TAJUK 1

FIZIK DAN PENGUKURAN DALAM KEHIDUPAN HARIAN

1.1 Pertukaran Unit

Sistem metrik adalah satu sistem perpuluhan.

Imbuhan digunakan untuk menukar unit SI dalam kuasa sepuluh. Contohnya, satu persepuluh meter adalah satu desimeter, satu per seratus meter adalah sentimeter.

Unit metrik untuk semua kuantiti menggunakan imbuhan yang sama. Contohnya, satu per seribu gram adalah satu miligram, dan satu ribu gram adalah satu kilogram.

Jadual 1.1

Fizik pengukuran dalam kehidupan

harian

Pertukaran unit

Bentuk piawai

Kejituan dan kepersisan

Angka bererti

Teknik-teknik pengukuran yang

baik

Imbuhan Nilai Bentuk Piawai Simbol

Tera 1 000 000 000 000 1012

T

Giga 1 000 000 000 109

G

Mega 1 000 000 106

M

Kilo 1 000 103

k

Desi 0.1 10-1

d

Senti 0.01 10-2

c

Mili 0.001 10-3

m

Mikro 0.000 001 10-6

µ

Nano 0.000 000 001 10-9

n

Piko 0.000 000 000 001 10-12

p

Contoh:

Apakah nilai yang sama dengan 500 milimeter dalam meter?

Jawapan:

Dari Jadual 1.1, kita lihat faktor pertukaran adalah 1 milimeter = 1 x 10-3 meter Maka, 500mm adalah

(500 mm) mm

m

1

101 3= 500 x 10-3 m = 5 x 10-1 m.

1.2 Bentuk Piawai

Kajian dalam sains biasanya melibatkan kuantiti-kuantiti yang sangat besar atau sangat kecil. Sebagai contoh, jisim bumi adalah lebih kurang

6 000 000 000 000 000 000 000 000 kilogram dan jisim elektron adalah 0.000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 911 kilogram

Kuantiti-kuantiti yang ditulis dalam bentuk ini mengambil ruang yang sangat besar dan sukar digunakan untuk pengiraan. Oleh itu, untuk memudahkan pengiraan dilakukan dengan nombor-nombor sebegini, kita tulisnya dalam bentuk yang lebih pendek dengan menggantikan nombor perpuluhan dengan nombor kuasa asas sepuluh.

Bentuk piawai adalah M x 10n , dengan 1≤ M ≤ 10 dan n adalah integer

Jisim bumi boleh di tulis sebagai 6.0 x 1024 kg. Jisim elektron ditulis sebagai 9.11 x 1031 kg.

Magnitud sesuatu kuantiti fizik biasanya dibundarkan kapada tiga atau empat angka bererti.

1.3 Angka Bererti

Oleh kerana kepekaan alat-alat pengukur adalah terhad, bilangan angka yang sah bagi mana-mana pengukuran adalah terhad. Angka yang sah ini di panggil angka bererti.

Bilangan angka bererti dalam satu pengukuran boleh ditentukan dengan merujuk kepada pernyataan-pernyataan di bawah:

1. Angka bukan kosong adalah sentiasa bererti. 2. Semua kosong terakhir selepas titik perpuluhan adalah bererti. 3. Kosong di antara dua angka bererti adalah sentiasa bererti. 4. Kosong yang digunakan semata-mata untuk memberi ruang kepada titik perpuluhan adalah tidak bererti.

1.4 Kepersisan

Kepersisan adalah kebolehan alat mengukur sesuatu kuantiti secara konsisten dengan sedikit atau tiada sisihan relatif antara bacaan-bacaan yang diperolehi.

Contoh Siapa lebih persis mengukur sebuah buku yang mempunyai panjang sebenar 17.0 cm? Syazana 17.0 cm, 16.0 cm 18.0 cm, 15.0 cm atau Liyana? 15.5 cm, 15.0 cm, 15.2 cm, 15.3 cm Jawapan: Liyana

1.5 Kejituan

Kejituan adalah betapa hampir suatu nilai pengukuran kepada nilai sebenar.

Contoh Siapa lebih jitu mengukur sebuah buku yang mempunyai panjang sebenar 17.0 cm? Syazana 17.0 cm, 16.0 cm 18.0 cm, 15.0 cm atau Liyana? 15.5 cm, 15.0 cm, 15.2 cm, 15.3 cm Jawapan: Syazana

Kejituan satu alat pengukur bergantung kepada betapa baik nilai yang diukurnya dibandingkan dengan nilai piawai.

Rajah 1.2 Alat-alat untuk mengukur panjang

1.6 Teknik-teknik pengukuran yang baik

Dalam kajian fizik secara eksperimen, pengukuran yang jitu dan persis harus diberi keutamaan. Pertimbangan-pertimbangan berikut harus dititik beratkan: 1. Pemilihan alat pengukuran yang sesuai untuk satu pengukuran (a) Ralat 0.1 cm dalam pengukuran 100.0 cm adalah kurang serius berbanding dengan 0.1 cm dalam 10.0 cm. (b) Pengukuran kuantiti besar seperti panjang dawai tidak memerlukan alat yang peka manakala pengukuran yang kunatiti yang kecil seperti diameter dawai memerlukan alat yang peka. 2. Pengukuran alat pengukuran yang tepat (a) Sentiasa mematuhi arahan penggendalian alat. (b) Sikap cermat dan berhati-hati ketika membuat pengukuran. (c) Memahami sebab pelbagai jenis ralat yang mungkin timbul. 1.6 Contoh soalan dan latihan 1. Tukarkan setiap pengukuran panjang yang diberi kepada nilai yang setara dalam meter. . a. 1.1 cm b. 56.2 pm c. 2.1 km d. 0.123 Mm 2. Tukarkan setiap pengukuran jisim berikut kepada nilai setara dalam kilogram a. 147 g b. 11 µg c. 7.23 Mg d. 478 mg 3. Nyatakan bilangan angka bererti untuk yang berikut:- a. 1.0070 m b. 320 mL c. 0.0054 cm d. 3.29 x 103 s e. 100,890 L 1.7 Rujukan

1. http://www.bipm.org/en/si/ 2. http://en.wikipedia.org/wiki/SI 3. http://www.bipm.org/en/si/ 4. http://en.wikipedia.org/wiki/SI

TAJUK 2

GERAKAN – PADA ARAH MANA?

2.1 Mewakilkan kuantiti vektor Satu kuantiti vektor diwakili oleh satu garis yang mempunyai anak panah dihujungnya. Panjang garis dilukis mengikut skala untuk mewakili magnitud kuantiti tersebut. Arah anak panah menunjukkan arah kuantiti tersebut. Selain mewakilkan vektor secara grafik, kita juga boleh mencari hasil tambah dua vektor secara grafik. Vektor diwakilkan dengan huruf-huruf A, B dan

sebagainya.

Gerakan

Vektor

Hasil tambah dan hasil tolak vektor

Grafik

Algebra

Halaju relatif

Komponen

(Leraian vektor)

Skalar

2.2 Hasil tambah vektor

Hasil tambah vektor dalam satu dimensi

Rajah 2.1 Hasil tambah vektor dalam dua dimensi

Rajah 2.2

2.3 Hasil tolak vektor dalam satu dimensi

Untuk mencari hasil tolak dua vektor, kamu hanya perlu mencari hasil tambah dua vektor yang bertentangan arah (Rajah 2.1c). A + (-B) = R

lukis segiempat selari

Paduan vektor

A

B

Jika seorang kanak-kanak bergerak 200 m ke timur, dan seterusnya 400 m ke timur, jumlah sesarannya dicari dengan menambahkan dua vektor tersebut. A dan B dilukis mengikut skala seperti

ditunjukkan dalam Rajah 2.1(a). Oleh itu magnitud paduan daya, R = A + B atau,

R = 200m + 400m =600 m, dan arah paduan daya adalah ke timur. Oleh itu paduan daya, A dan B adalah 600m ke

timur. Perhatikan rajah (b) dan (c). Fikirkan bagaimana kamu boleh memperoleh paduan daya secara

grafik bagi rajah-rajah tersebut.

2.4 Halaju relatif : beberapa aplikasi

Kadang kala objek bergerak dalam medium yang bergerak relatif kepada pemerhati. Satu kapal terbang yang bergerak pada satu arah akan mengalami perubahan arah dan halaju.

Halaju kapal terbang + halaju angin = Halaju paduan Halaju relatif = 100 km/j + 25 km/j = 125 km/j

Apakah halaja relatif kapal terbang ini pada arah-arah angin di bawah? 25 km/j ke arah utara? 25 km/j ke arah barat ?

2.5 Komponen-komponen vektor

Komponen vektor bermaksud bahagian-bahagian dalam vektor. Dalam kebanyakan situasi, komponen vektor yang penting adalah komponen-x dan komponen-y.

Rajah 2.3 Warna merah pada Rajah 2.3 menunjukkan komponen-x vektor F, dan warna biru menunjukkan komponen-y bagi vektor F. 2.6 Melakukan hasil tambah vektor secara algebra Hasil tambah dua boleh dilakukan dengan menggunakan trigonometri, yang mengaitkan sudut dalam segi tiga dengan sisi-sisi segi tiga. Dua kaedah matematik yang digunakan adalah:

35◦

F = 316N

Contoh: Cari hasil tambah vektor bagi dua vektor di bawah

Jawapan: Langkah 1 : Melengkapkan segi tiga bersudut tepat

Langkah 2: Menggunakan teorem Pythagoras untuk mencari magnitud vektor paduan.

Langkah 3: Menggunakan trigometri untuk mencari sudut arah vektor paduan, ϴ

2.7 Contoh soalan dan latihan

1. Rajah 2.4 dibawah menunjukkan 3 daya F1, F2 dan F3 yang bertindak pada titik O. Kira daya paduan.

Rajah 2.4

2. Sebuah kapal terbang terbang pada 200 km/j. Apakah halaju paduan kapal terbang itu? a. jika ia berhadapan 50 km/j tail wind? b. jika ia berhadapan 50 km/j head wind?

3. Seorang nelayan yang berada di atas sebuah bot mahu menyeberangi sungai dari titik A ke titik B yang bertentangan (Rajah 2.5). Bot boleh bergerak pada laju tetap 7.0 ms-1 relatif kepada air tenang. Sungai mengalir pada laju 2.5 ms-1. Tentukan a. halaju bot pada arah dari A ke B. b. sudut θ. c. masa yang diambil untuk bot bergerak dari A ke B.

F1= 6N

F2= 7N

F3= 4N

120°

100° O

100 m

Bot

θ

A

Rajah 2.5

B

2.8 Rujukan

1. http://phet.colorado.edu/sims/vector-addition/vector-addition_en.html

2. http://physics.bu.edu/~duffy/java/RelV2.html

3. http://physicslearningsite.com/vectors.html (hasil tambah dan hasil tolak vektor) 4. http://id.mind.net/~zona/mstm/physics/mechanics/vectors/findingComponents/findingComponents.htm (komponen vektor) 5. http://www.glenbrook.k12.il.us/gbssci/Phys/Class/vectors/u3l1f.htmlhttp://physics.bu.edu/~duffy/java/RelV2.html (halaju relatif)

TOPIK3

GERAKAN DALAM SATU DIMENSI

3.1 Jenis-jenis Daya

Daya adalah tolakan atau tarikan ke atas suatu objek yang mengakibatkan interaksi objek ini dengan objek yang satu lagi. Bila interaksi ini berkurangan, objek ini tidak lagi merasai daya. Daya hanya wujud hasil daripada interaksi.

Daya diukur dalam unit SI Newton. Satu Newton adalah bersamaan dengan 1kgms-2. Daya adalah satu kuantiti vektor. Ia mempunyai kedua-dua magnitud dan arah.

Beberapa daya antara objek yang akan dibincangkan adalah:

Jenis-jenis daya

Daya geseran

Daya graviti (berat)

Daya normal

Daya tegangan

Daya Julangan

Gerakan dalam satu dimensi

Kinematik

Pemerihalan gerakan

Perkataan

Graf

Rajah

Rumus

Dinamik

Daya

Daya sentuhan

Daya geseran

Daya tegangan

Daya normal

Daya julangan

Daya tindakan dari jarak tertentu

Daya graviti

Daya geseran

Daya geseran adalah daya yang dikenakan oleh satu permukaan apabila satu cuba bergerak melaluinya. Ia biasanya bertindak pada arah yang bertentangan dengan arah gerakan.

Terdapat dua jenis daya geseran iaitu daya geseran statik dan daya geseran menggelongsor.

Geseran dihasilkan oleh dua permukaan ditekankan bersama, menyebabkan daya tarikan molekul antara molekul dari permukaan berbeza. Geseran bergantung kepada jenis permukaan dan sekuat mana bahan ditekan. Geseran maksimum boleh dikira menggunakan rumus berikut:

Daya graviti

Graviti adalah satu daya yang menarik objek-objek ke bawah ke arah bumi. Objek yang jatuh ke bumi tanpa pengaruh daya-daya luar (seperti rintangan udara) dikatakan sebagai jatuh bebas.

Objek yang jatuh bebas akan mengalami pecutan yang dikenali sebagai pecutan graviti.

Berat adalah daya tarikan bumi terhadap objek itu. Jika jisim objek adalah m, pecutan graviti adalah g, maka Berat = mg.

Daya normal

Daya normal adalah daya sokongan pada objek apabila ia bersentuh dangan satu permukaan. Sebagai contoh, jika satu buku terletak di atas meja, permukaan mengenakan satu daya ke atas untuk menyokong berat buku itu (Rajah 3.1a).

Ia juga boleh wujud secara mengufuk antara dua objek yang bersentuh. Misalnya, seorang yang bersandar pada suatu dinding akan mengenakan satu daya ufuk ke atas dinding. Maka dinding akan mengenakan satu daya normal ufuk ke atasnya (Rajah 3.1b).

(a) (b)

Rajah 3.1

Fgeseran˂ µ x Fnormal

di mana µ = koefisien geseran

Daya normal, FR

Daya tegangan

Daya tegangan adalah daya yang dipindahkan melalui tali, benang, kabel atau wayar yang ditarik dengan tegang pada daya yang dikenakan pada kedua-dua hujungnya.

Daya Julangan

Daya julangan adalah daya yang menolak objek ke atas dan menyebabkan ia kelihatan kehilangan berat dalam bendalir (cecair atau gas).

Ia juga boleh menyebabkan kapal terbang bergerak melalui udara. 3.2 Membina rajah jasad bebas yang melibatkan daya-daya diatas dalam pelbagai konteks

Rajah jasad bebas adalah rajah-rajah yang digunakan untuk menunjukkan magnitud relatif dan arah semua daya-daya yang bertindak ke atas suatu objek dalam suatu situasi.

Saiz anak panah mewakili magnitud daya

Arah anak panah mewakili arah daya

Setiap daya dilabel untuk mewakili jenis daya

Objek diwakili dengan titik atau kotak, dan daya-daya dilukis daripada pusat titik atau kotak itu

Contoh:

Fnorm : daya normal Fap : daya aplikasi Ffric atau Fgeseran : daya geseran Fgrav : daya graviti

Contoh-contoh:

Sebuah buku berada di atas permukaan meja

Seorang budak perempuan duduk di atas buaian

Sabuah buku ditolak ke kanan di atas meja supaya ia bergerak dengan pecutan

Sebuah kereta yang bergerak kekanan atas permukaan jalan yang kasar sedang dinyahpecut

3.3 Contoh soalan dan latihan

Lukis rajah jasad bebas bagi situasi-situasi di bawah: (a) Seorang budak sedang duduk di atas kerusi (b) Sebiji telur sedang jatuh ke lantai (c) Sebuah baldi berisi penuh dengan air ditarik keluar daripada perigi (d) Sebuah budak mengayuh basikal dengan laju yang bertambah 3.4 Rujukan http://www.physicsclassroom.com/Class/1DKin/ http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/Class/newtlaws/u2l2a.html http://www.zephyrus.co.uk/forcetypes.html