NOTA FIZIK TINGKATAN 4 BAB 3

Nota Fizik Tingkatan 4 Bab 3: Kegravitian

Nota Fizik Tingkatan 4 Bab 3: Kegravitian
Nota Interaktif: Kegravitian (Fizik Tingkatan 4)
Tingkatan 4 • Bab 3

Kegravitian

Terokai rahsia alam semesta melalui daya tarikan graviti Newton, orbit planet Kepler, dan sains di sebalik satelit buatan manusia.

Hukum Kegravitian Semesta Newton

Menyatakan bahawa daya graviti berkadar terus dengan hasil darab jisim dua jasad, dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak di antara pusat dua jasad tersebut.

Formula Daya Graviti ($F$)

$$ F = \frac{GMm}{r^2} $$
  • $F$ = Daya graviti (N)
  • $G$ = Pemalar kegravitian semesta ($6.67 \times 10^{-11} \text{ N m}^2 \text{ kg}^{-2}$)
  • $M, m$ = Jisim jasad 1 & 2 (kg)
  • $r$ = Jarak antara pusat dua jasad (m)

Pecutan Graviti ($g$)

Diterbitkan daripada $F = mg$ dan $F = \frac{GMm}{r^2}$.

$$ g = \frac{GM}{r^2} $$
Nilai $g$ berkurang jika jarak $r$ dari pusat Bumi bertambah.

Daya Memusat ($F$)

Daya yang bertindak ke atas jasad yang melakukan gerakan membulat, diarahkan sentiasa ke pusat bulatan.

  • $m$ = Jisim (kg)
  • $v$ = Laju linear (m s⁻¹)
  • $r$ = Jejari orbit (m)
$$ F = \frac{mv^2}{r} $$

3 Hukum Kepler

Hukum Kepler Pertama

HUKUM ORBIT

Semua planet bergerak dalam orbit elips dengan Matahari berada di salah satu fokusnya.

Hukum Kepler Kedua

HUKUM LUAS

Garis yang menyambungkan planet dan Matahari akan mencakupi luas yang sama dalam selang masa yang sama.

Planet bergerak lebih laju apabila dekat dengan Matahari.

Hukum Kepler Ketiga

HUKUM TEMPOH

$$ T^2 \propto r^3 $$

Kuasa dua tempoh orbit ($T^2$) adalah berkadar terus dengan kuasa tiga jejari orbit ($r^3$).

Membandingkan dua planet:

Digunakan untuk mencari tempoh ($T$) atau jejari ($r$) planet lain.

$$ \frac{T_1^2}{T_2^2} = \frac{r_1^3}{r_2^3} $$

Satelit Buatan Manusia

Halaju Orbit ($v$)

Halaju yang diperlukan oleh satelit untuk kekal dalam orbitnya tanpa jatuh ke Bumi.

$$ v = \sqrt{\frac{GM}{r}} $$

Halaju orbit tidak bergantung pada jisim satelit. Ia hanya bergantung pada jisim Bumi ($M$) dan jejari orbit ($r$).

Halaju Lepas ($v$)

Halaju minimum jasad untuk melepaskan diri daripada tarikan graviti Bumi dan terus ke angkasa.

$$ v = \sqrt{\frac{2GM}{r}} $$
Bumi: $11.2 \text{ km s}^{-1}$ (Kira-kira $40,320 \text{ km j}^{-1}$)

Jenis Satelit Mengorbit Bumi

Satelit Geopegun (GEO)

  • Tempoh orbit = 24 jam (Sama dgn putaran Bumi).
  • Berada di atas tempat yang sama di permukaan Bumi.
  • Orbit sentiasa di atas Khatulistiwa.
  • Kegunaan: Satelit komunikasi (Astro, MEASAT).

Satelit Bukan Geopegun

  • Tempoh orbit berbeza (boleh lebih cepat/lambat dari Bumi).
  • Kedudukan sentiasa berubah dari pandangan pemerhati di Bumi.
  • Boleh berada pada pelbagai orbit & kecondongan.
  • Kegunaan: Satelit cuaca, GPS, ISS.
Kuiz Interaktif Fizik – Kegravitian

Eksplorasi Graviti

Fizik F4 Bab 3: Kegravitian

🪐

🚀 PARAMETER MISI:

  • • Mengandungi 10 soalan astronomi dan daya graviti.
  • • Data jawapan dikocok secara rawak setiap pusingan.
  • • Analisis data (Penerangan) dibekalkan untuk ulang kaji.

GLOSARI ISTILAH

Fizik Bab 3: Kegravitian
Hukum Kegravitian Newton Newton

Daya Graviti & Daya Semesta

Daya tarikan yang bertindak antara mana-mana dua jasad yang mempunyai jisim dalam alam semesta, tanpa mengira saiz atau jarak.

Hukum Kegravitian Semesta Newton

Daya graviti adalah berkadar terus dengan hasil darab jisim ($m_1 m_2$) dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak ($r^2$).

Pemalar Kegravitian (G) & Pecutan Graviti (g)

G: $6.67 \times 10^{-11} \, \text{N m}^2 \, \text{kg}^{-2}$.
g: Pecutan jatuh bebas ($9.81 \, \text{m s}^{-2}$).

Gerakan Membulat & Orbit Dinamik

Daya Memusat & Laju Linear (v)

Daya Memusat: Daya menuju ke pusat bulatan.
Laju Linear: Laju pada suatu ketika semasa gerakan membulat.

Gerakan Membulat Seragam

Pergerakan dalam bulatan dengan laju seragam walaupun arah gerakan sentiasa berubah.

Hukum Kepler & Geometri Elips Kepler

Hukum Kepler Pertama (Orbit Elips)

Orbit planet berbentuk elips dengan Matahari di salah satu titik fokusnya.

Hukum Kepler Kedua (Luas Sama)

Garis planet-Matahari mencakupi luas yang sama dalam selang masa yang sama.

Hukum Kepler Ketiga (Tempoh & Jejari)

$T^2 \propto r^3$. Kuasa dua tempoh orbit berkadar terus dengan kuasa tiga jejari orbit.

Elips, Paksi Major & Paksi Minor

Paksi Major: Garis pusat terpanjang elips.
Paksi Minor: Garis pusat terpendek elips.

Tempoh Orbit (T)

Masa yang diambil untuk melengkapkan satu orbit penuh planet atau satelit.

Terdapat 15 Istilah Fizik (Tatal ke bawah untuk semua)

ZON KBAT

Fizik Bab 3: Kegravitian

Mengaplikasikan Hukum Newton dan Kepler dalam senario alam semesta.

Dinamik Orbit #01

Mengapa angkasawan di ISS kelihatan terapung (weightlessness) walaupun pecutan graviti di sana masih kira-kira 90% daripada nilai di permukaan Bumi?

Analisis: Keadaan ini berlaku kerana angkasawan dan ISS berada dalam keadaan jatuh bebas yang berterusan. Daya graviti Bumi bertindak sebagai daya memusat untuk mengekalkan orbit. Oleh kerana kedua-duanya jatuh ke arah Bumi pada kadar pecutan yang sama, tiada daya tindak balas normal daripada lantai ISS, menyebabkan angkasawan kelihatan terapung relatif kepada stesen itu.

Penerbitan Formula #02

Jika sebuah planet baharu mempunyai jisim sama seperti Bumi tetapi jejarinya dua kali ganda ($2R$), berapakah nilai pecutan graviti $g$ di permukaannya?

Analisis: Menggunakan rumus $g = \frac{GM}{R^2}$:
  • $g_{baru} = \frac{GM}{(2R)^2}$
  • $g_{baru} = \frac{GM}{4R^2}$
  • $g_{baru} = \frac{1}{4} \times g_{Bumi}$
Pecutan graviti planet tersebut adalah satu perempat (1/4) daripada nilai di Bumi.
Gerakan Planet #03

Huraikan perubahan kelajuan sebuah komet dalam orbit elips yang sangat jauh berdasarkan Hukum Kepler Kedua.

Analisis: Berdasarkan Hukum Kepler Kedua, garis yang menyambungkan komet dengan Matahari mencakupi luas yang sama dalam selang masa yang sama. Maka, komet mesti bergerak dengan laju linear tertinggi apabila paling dekat dengan Matahari (perihelion) dan bergerak paling perlahan apabila paling jauh dari Matahari (aphelion).

Hukum Kepler Ketiga #04

Jejari orbit satelit A adalah empat kali ganda jejari orbit satelit B ($r_A = 4r_B$). Bandingkan tempoh orbit $T$ kedua-dua satelit tersebut.

Analisis: Berdasarkan $T^2 \propto r^3$:
  • $(\frac{T_A}{T_B})^2 = (\frac{r_A}{r_B})^3 = (\frac{4r_B}{r_B})^3$
  • $(\frac{T_A}{T_B})^2 = 4^3 = 64$
  • $\frac{T_A}{T_B} = \sqrt{64} = 8$
Tempoh orbit satelit A adalah lapan (8) kali lebih panjang daripada satelit B.
Konseptual #05

Terangkan konsep meriam Newton yang melancarkan peluru sehingga ia mampu mengorbit Bumi tanpa jatuh semula ke permukaan.

Analisis: Jika peluru dilancarkan dengan laju linear yang cukup tinggi, lengkungan trajektori jatuhnya akan sepadan dengan lengkungan permukaan Bumi. Pada kelajuan ini, daya graviti tidak lagi menarik peluru ke permukaan, sebaliknya ia bertindak sepenuhnya sebagai daya memusat yang mengekalkan peluru dalam orbit yang stabil mengelilingi Bumi.

Fizik Tingkatan 4 • Bab 3 • Kegravitian

ZON INTERAKTIF

Fizik Bab 3: Pengujian Kendiri
MODUL KOSMIK AKTIF

Topik Latihan:

Kegravitian & Hukum Kepler (Kuiz Set 1)

KUIZ FIZIK BAB 3

Fizik Tingkatan 4 • Bab 3