Ringkasan Mudah Faham (Nota Pengajian Kejuruteraan Mekanikal Tingkatan 4 Bab 3: Asas Statik Kejuruteraan)

Modul ini terbahagi kepada empat topik utama: Daya, Momen, Geseran, dan Asas Kekuatan Bahan. Setiap topik adalah asas dalam bidang kejuruteraan mekanikal.

Apakah perbezaan antara Kuantiti Skalar dan Kuantiti Vektor dalam statik?

Daya adalah satu tindakan yang boleh mengubah keadaan gerakan sesuatu jasad, sama ada memulakan, menghentikan, memecut, atau mengubah arah. Ia adalah kuantiti vektor, yang bermaksud ia mempunyai magnitud (nilai) dan arah. Sebaliknya, kuantiti skalar hanya mempunyai magnitud (contoh: jisim, suhu).

Konsep utama berkaitan daya termasuk:

• Leraian Daya: Satu daya tunggal boleh dipecahkan kepada dua komponen yang berserenjang (biasanya komponen mengufuk, Fx, dan komponen menegak, Fy). Ini memudahkan analisis.

    ◦ Fx = F kos θ

    ◦ Fy = F sin θ

• Paduan Daya: Proses menggabungkan dua atau lebih daya menjadi satu daya tunggal (daya paduan) yang memberikan kesan yang sama.

• Keseimbangan Daya: Berlaku apabila jumlah daya paduan yang bertindak ke atas suatu jasad adalah sifar (∑Fx = 0 dan ∑Fy = 0). Jasad tersebut akan berada dalam keadaan pegun atau bergerak dengan halaju seragam.

Apakah Hukum Newton Pertama dan Kedua dalam konteks statik kejuruteraan?

Hukum Newton menerangkan hubungan antara daya dan gerakan:

• Hukum Pertama: Sesuatu jasad akan kekal pegun atau terus bergerak seragam melainkan dikenakan daya luar.

• Hukum Kedua: Pecutan (a) sesuatu jasad adalah berkadar terus dengan daya paduan (F) yang bertindak ke atasnya dan berkadar songsang dengan jisimnya (m). Diringkaskan sebagai F = ma.

• Hukum Ketiga: Bagi setiap tindakan, terdapat satu tindak balas yang sama magnitud tetapi berlawanan arah.

Gambarajah Badan Bebas (GBB) adalah lakaran yang mengasingkan satu jasad dan menunjukkan semua daya luar yang bertindak ke atasnya. Ia adalah alat penting untuk menyelesaikan masalah keseimbangan daya.

Apakah Momen daya dan bagaimana cara mengira Momen daya?

Momen ialah kesan putaran yang dihasilkan oleh satu daya. Ia dikira sebagai hasil darab daya dengan jarak serenjang dari paksi putaran (fulkrum).

• Formula: M = Fd

• Unit: Newton-meter (Nm)

Prinsip Momen menyatakan bahawa apabila suatu jasad berada dalam keseimbangan, jumlah momen ikut arah jam adalah sama dengan jumlah momen lawan arah jam pada sebarang titik. Prinsip ini sangat penting dalam analisis struktur seperti rasuk dan tuas.

3. Geseran

Geseran ialah daya yang menentang gerakan (atau kecenderungan untuk bergerak) antara dua permukaan yang bersentuhan.

• Arah: Sentiasa berlawanan dengan arah gerakan.

• Formula: Daya geseran maksimum (F) adalah berkadar terus dengan tindak balas normal (R) permukaan: F = µR.

• Pekali Geseran (µ): Nilai yang menunjukkan kekasaran antara dua permukaan. Ia tidak mempunyai unit. Terdapat dua jenis utama: pekali geseran statik (apabila jasad pegun) dan pekali geseran kinetik (apabila jasad bergerak).

Geseran dimanfaatkan dalam banyak aplikasi kejuruteraan seperti sistem brek kenderaan, cengkaman tayar di jalan raya, dan pemindahan kuasa menggunakan tali sawat.

4. Asas Kekuatan Bahan

Bidang ini mengkaji bagaimana objek pepejal bertindak balas terhadap daya yang dikenakan ke atasnya. Dua konsep asas ialah:

• Tegasan (σ): Daya dalaman per unit luas keratan rentas bahan. Ia mengukur seberapa kuat daya diagihkan di dalam bahan.

    ◦ Formula: σ = F / A

    ◦ Unit: N/m² atau Pascal (Pa)

    ◦ Jenis: Tegasan tegangan (menarik) dan tegasan mampatan (menekan).

• Keterikan (ε): Ukuran perubahan bentuk bahan. Ia adalah nisbah perubahan panjang kepada panjang asal.

    ◦ Formula: ε = x / L

    ◦ Unit: Tiada (nisbah).

Hukum Hooke menyatakan bahawa dalam had anjal, tegasan adalah berkadar terus dengan keterikan (σ ∝ ε). Hubungan ini dijelaskan oleh Modulus Keanjalan (E), juga dikenali sebagai Modulus Young, yang merupakan ukuran kekakuan sesuatu bahan.

• Formula: E = σ / ε

Graf tegasan-terikan yang diperoleh daripada ujian tegangan menunjukkan sifat-sifat mekanikal penting sesuatu bahan, seperti had anjal, takat alah, dan kekuatan muktamad.