Nota Fizik Tingkatan 5 Bab 2: Tekanan
Koleksi Latihan
| 1 | 2 |
| 3 | 4 |
| 5 | 6 |
RINGKASAN
Ringkasan Konsep Utama
Bab ini meneroka konsep tekanan dalam pelbagai bentuk—cecair, atmosfera, dan gas—serta prinsip-prinsip fizik asas yang mengawalnya. Pemahaman tentang tekanan adalah penting dalam pelbagai aplikasi, daripada reka bentuk empangan dan kenderaan laut dalam hingga kepada teknologi penerbangan dan sistem hidraulik.
1. Tekanan Cecair
Tekanan dalam cecair dihasilkan oleh berat turus cecair itu sendiri. Ia bertindak ke semua arah.
• Faktor-faktor yang Mempengaruhi: Tekanan cecair bergantung kepada tiga faktor utama:
1. Kedalaman cecair (h): Semakin dalam cecair, semakin tinggi tekanannya.
2. Ketumpatan cecair (ρ): Semakin tumpat cecair, semakin tinggi tekanannya.
3. Pecutan graviti (g): Merupakan pemalar dalam kebanyakan pengiraan di Bumi.
• Formula: Tekanan cecair dikira menggunakan formula P = hρg.
• Faktor yang Tidak Mempengaruhi: Tekanan cecair tidak bergantung pada jisim, isi padu, atau luas permukaan cecair.
• Aplikasi: Konsep ini digunakan dalam pembinaan empangan (dinding lebih lebar di dasar), kedudukan tangki air di rumah, penggunaan sifon, dan penetapan ketinggian beg cecair intravena.
2. Tekanan Atmosfera
Tekanan atmosfera ialah tekanan yang disebabkan oleh berat lapisan udara yang bertindak ke atas permukaan bumi.
• Pengukuran: Diukur menggunakan barometer, seperti Barometer Merkuri atau Barometer Aneroid. Pada aras laut, tekanan atmosfera adalah lebih kurang 760 mm Hg atau 101.3 kPa.
• Kesan Altitud: Tekanan atmosfera berkurangan apabila altitud meningkat kerana lapisan udara menjadi semakin nipis dan kurang tumpat.
• Kesan Kedalaman Laut: Tekanan meningkat dengan ketara di bawah permukaan laut disebabkan oleh gabungan tekanan air dan tekanan atmosfera. Setiap 10 meter kedalaman menambah kira-kira 1 atmosfera tekanan.
• Kesan kepada Manusia: Perubahan tekanan yang ekstrem (di altitud tinggi atau kedalaman laut) memberi kesan fisiologi kepada manusia, seperti kesukaran bernafas atau penyerapan gas nitrogen berlebihan dalam darah. Ini memerlukan penyesuaian seperti kabin bertekanan dalam kapal terbang dan kapal selam, serta prosedur nyahmampatan yang perlahan untuk penyelam.
3. Tekanan Gas
Tekanan gas dalam bekas tertutup diukur menggunakan manometer. Manometer membandingkan tekanan gas dengan tekanan atmosfera.
• Pengiraan: Tekanan gas (Pgas) dihitung berdasarkan perbezaan ketinggian (h) turus cecair dalam manometer dan tekanan atmosfera (Patm). Formula asasnya ialah Pgas = h + Patm.
4. Prinsip Pascal
Prinsip ini menyatakan bahawa tekanan yang dikenakan ke atas bendalir tertutup akan dipindahkan secara seragam ke semua arah dalam bendalir itu.
• Sistem Hidraulik: Prinsip ini adalah asas kepada sistem hidraulik, yang berfungsi sebagai pengganda daya. Daya input yang kecil pada omboh kecil boleh menghasilkan daya output yang jauh lebih besar pada omboh besar.
• Formula: F1 / A1 = F2 / A2, di mana F ialah daya dan A ialah luas permukaan omboh.
• Aplikasi: Digunakan secara meluas dalam jek hidraulik, sistem brek hidraulik kereta, dan mesin pengekstrak santan.
5. Prinsip Archimedes
Prinsip ini menyatakan bahawa objek yang terendam sebahagian atau sepenuhnya di dalam bendalir akan mengalami daya apungan yang sama dengan berat bendalir yang disesarkan.
• Daya Apungan (FB): Daya tujah ke atas ini wujud kerana perbezaan tekanan antara permukaan bawah dan permukaan atas objek yang terendam. Ia dikira menggunakan formula FB = ρVg, di mana ρ ialah ketumpatan bendalir dan V ialah isi padu bendalir yang disesarkan.
• Keapungan: Sesuatu objek akan:
◦ Terapung: Jika daya apungan sama dengan beratnya (FB = W).
◦ Tenggelam: Jika beratnya lebih besar daripada daya apungan (W > FB).
◦ Timbul/Naik: Jika daya apungan lebih besar daripada beratnya (FB > W).
• Aplikasi: Menjelaskan bagaimana kapal laut dan kapal selam berfungsi (menggunakan tangki balast untuk mengawal keapungan), penggunaan hidrometer untuk mengukur ketumpatan cecair, dan operasi belon udara panas.
6. Prinsip Bernoulli
Prinsip ini menyatakan bahawa apabila halaju pengaliran suatu bendalir (cecair atau gas) bertambah, tekanan dalam bendalir itu akan berkurang, dan sebaliknya.
• Daya Angkat: Perbezaan tekanan antara dua kawasan aliran bendalir menghasilkan daya. Bentuk aerofoil pada sayap kapal terbang menyebabkan udara di bahagian atas bergerak lebih laju (tekanan rendah) berbanding di bahagian bawah (tekanan tinggi). Perbezaan tekanan ini menghasilkan daya angkat.
• Sudut Serang: Sudut sayap kapal terbang juga menyumbang kepada daya angkat melalui tindak balas daya mengikut Hukum Gerakan Newton Ketiga.
• Aplikasi: Digunakan dalam reka bentuk sayap kapal terbang (aerofoil), penunu Bunsen (mencampurkan gas dan udara), spoiler kereta lumba (menghasilkan daya ke bawah), dan teknik sepakan bola melengkung dalam sukan.
GLOSARI
| Istilah | Definisi |
| Aerofoil | Bentuk keratan rentas sayap kapal terbang yang direka untuk menghasilkan daya angkat apabila udara mengalir melaluinya. |
| Barometer | Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan atmosfera. Contohnya ialah Barometer Merkuri, Barometer Fortin, dan Barometer Aneroid. |
| Daya Apungan (FB) | Daya yang bertindak ke atas apabila terdapat perbezaan tekanan antara permukaan atas dengan permukaan bawah suatu objek yang terendam di dalam suatu bendalir. |
| Faktor Penggandaan | Nisbah luas permukaan omboh output (A2) kepada luas permukaan omboh input (A1) dalam sistem hidraulik, yang menentukan gandaan daya. |
| Hidrometer | Alat yang mengaplikasikan Prinsip Archimedes untuk mengukur ketumpatan cecair. Ia terapung pada aras kedalaman yang berbeza dalam cecair yang berlainan ketumpatan. |
| Manometer | Radas yang terdiri daripada tiub-U berisi cecair, digunakan untuk mengukur tekanan gas dengan membandingkannya dengan tekanan atmosfera. |
| Pascal (Pa) | Unit S.I. bagi tekanan. 1 Pa bersamaan dengan 1 Newton per meter persegi (1 N m⁻²). |
| Prinsip Archimedes | Prinsip yang menyatakan bahawa objek yang terendam sebahagian atau sepenuhnya di dalam suatu bendalir mengalami daya apungan yang sama dengan berat bendalir yang disesarkan. |
| Prinsip Bernoulli | Prinsip yang menyatakan bahawa apabila halaju pengaliran suatu bendalir bertambah, tekanan dalam bendalir akan berkurang atau sebaliknya. |
| Prinsip Pascal | Prinsip yang menyatakan bahawa tekanan yang dikenakan ke atas bendalir tertutup akan dipindahkan secara seragam ke semua arah dalam bendalir itu. |
| Sifon | Salur yang digunakan untuk memindahkan air dari kawasan tinggi ke kawasan rendah, berfungsi berdasarkan perbezaan tekanan yang dihasilkan oleh aliran air dan tekanan atmosfera. |
| Sistem Hidraulik | Sistem yang menggunakan cecair untuk memindahkan tekanan dan berfungsi sebagai pengganda daya berdasarkan Prinsip Pascal. |
| Sudut Serang | Sudut antara garisan rujukan pada aerofoil dengan arah gerakan udara, yang mempengaruhi jumlah daya angkat yang dihasilkan. |
| Tekanan (P) | Daya yang bertindak secara normal ke atas satu unit luas permukaan. Formula asasnya ialah P = F / A. |
| Tekanan Atmosfera | Tekanan yang disebabkan oleh berat lapisan udara yang bertindak ke atas permukaan bumi. Nilainya di aras laut adalah kira-kira 101.3 kPa atau 760 mm Hg. |
| Tekanan Cecair | Tekanan pada suatu kedalaman dalam cecair yang disebabkan oleh berat turus cecair di atasnya. Dikira dengan formula P = hρg. |
| Tiub Venturi | Tiub yang mempunyai bahagian tengah yang lebih sempit, digunakan untuk menunjukkan bahawa halaju bendalir meningkat dan tekanan berkurang di kawasan yang sempit. |