NOTA REKA CIPTA TINGKATAN 5 BAB 2

Ringkasan (Nota Reka Cipta Tingkatan 5 Bab 2: Bahan Peralatan Dan Mesin Pembinaan Produk)

Dokumen ini meneroka elemen-elemen asas dalam pembinaan produk, merangkumi tiga bahagian utama: bahan pembinaan, peralatan dan mesin, serta langkah-langkah keselamatan.

1. Bahan Pembinaan Produk Bahan dibahagikan kepada dua kategori utama: logam dan bukan logam.

• Bahan Logam: Terbahagi kepada dua kumpulan:

    ◦ Logam Ferus (Mengandungi Besi): Mengandungi karbon untuk kekuatan. Ia kuat tetapi mudah berkarat. Contohnya termasuk besi tuang (kandungan karbon >3.5%, untuk bongkah enjin), keluli berkarbon rendah (mulur, untuk bol dan nat), keluli berkarbon sederhana (lebih kuat, untuk paku dan sepana), keluli berkarbon tinggi (sangat keras, untuk pahat dan tukul), keluli tahan karat (tahan karat, untuk sudu dan jam tangan), dan keluli berkelajuan tinggi (mengekalkan kekerasan pada suhu tinggi, untuk mata gerudi).

    ◦ Logam Bukan Ferus (Tidak Mengandungi Besi): Tidak berkarat dan merupakan pengalir haba serta elektrik yang baik. Contohnya termasuk aluminium (ringan, untuk tin minuman), kuprum (pengalir elektrik yang baik, untuk dawai elektrik), gangsa (kuat, untuk loceng), loyang (kuat dan mulur, untuk pili air), piuter (lembut, untuk cenderamata), timah (lembut, untuk kerja pematerian), dan zink (rapuh, untuk plat bateri).

• Bahan Bukan Logam: Termasuk:

    ◦ Plastik: Ringan, lut sinar, dan penebat haba/elektrik. Digunakan untuk bekas makanan dan peralatan elektrik.

    ◦ Kayu: Penebat, mudah dibentuk, dan tahan kakisan. Digunakan untuk perabot dan kerangka bumbung.

    ◦ Getah: Kenyal, boleh lentur, dan penebat. Digunakan untuk tayar kenderaan dan gasket.

    ◦ Gentian: Ringan, tahan haba, dan kalis air. Digunakan untuk badan bot dan tangki air.

2. Sifat Mekanikal Bahan Sifat mekanikal mengukur kemampuan bahan menahan daya tanpa pecah. Sifat-sifat utama ialah:

• Kekuatan: Kemampuan menahan beban.

• Keanjalan: Keupayaan kembali ke bentuk asal selepas daya dialihkan.

• Kekerasan: Kemampuan menahan haus, goresan, atau tusukan.

• Kemuluran: Keupayaan berubah bentuk tanpa pecah.

• Keteguhan: Kemampuan menahan beban tanpa patah atau putus.

3. Peralatan dan Mesin Pembinaan Peralatan dan mesin dikelaskan mengikut fungsinya:

• Memotong:

    ◦ Gergaji Jig Elektrik: Untuk memotong bentuk melengkung pada kayu atau besi nipis.

    ◦ Gergaji Kayu: Pemotongan kayu secara manual.

    ◦ Mesin Pemotong Kayu: Untuk memotong kayu secara tegak atau serong pada sudut tertentu.

    ◦ Pemotong Paip (PVC & Galvani): Alat khusus untuk memotong paip.

• Membentuk:

    ◦ Pistol Pemanas: Untuk memanaskan plastik atau getah bagi tujuan membengkok atau mengubah bentuk.

    ◦ Mesin Pelarik: Untuk membentuk kayu yang berputar menjadi bentuk silinder atau kompleks.

    ◦ Mesin Kimpalan MIG: Menggunakan elektrik dan gas CO2 untuk menyambung bahan logam.

• Membuat Kemasan:

    ◦ Mesin Canai Mudah Alih: Untuk meratakan permukaan benda kerja logam.

    ◦ Pelelas Mudah Alih: Untuk melicinkan permukaan kayu.

    ◦ Berus Sembur: Untuk mengecat atau membuat lukisan grafik menggunakan tekanan udara.

4. Langkah-langkah Keselamatan Keselamatan adalah aspek kritikal dan perlu diamalkan sebelum, semasa, dan selepas kerja. Ini termasuk keselamatan diri (pakaian sesuai seperti gogal, sarung tangan, dan kasut keselamatan), keselamatan di bengkel (pengudaraan baik, laluan kecemasan, alat pemadam api), dan etika kerja yang baik (tidak gopoh, fokus, dan bertanggungjawab). Selepas bekerja, semua alatan mesti dibersihkan dan disimpan, manakala kawasan kerja hendaklah dibersihkan sepenuhnya.

Soalan Kemahiran Berfikir Aras Tinggi (KBAT)

Soalan-soalan berikut memerlukan analisis dan penilaian yang mendalam berdasarkan maklumat daripada teks.

1. Soalan: Seorang pengeluar ingin membina rangka basikal lumba yang ringan tetapi kuat. Berdasarkan analisis bahan yang disediakan, bahan manakah yang akan anda syorkan dan mengapa? Justifikasikan jawapan anda dengan membandingkan sifatnya dengan bahan lain yang berpotensi. 

Jawapan: Berdasarkan analisis dalam teks, bahan yang paling sesuai untuk rangka basikal lumba ialah aloi. Aloi disyorkan kerana ia mempunyai sifat mekanikal yang sangat baik: ia kuat, teguh, ringan, dan tahan karat. Kekuatannya membolehkan ia menahan beban penunggang, manakala sifatnya yang ringan adalah kritikal untuk basikal lumba bagi mencapai kelajuan tinggi. Jika dibandingkan dengan besi tahan karat, aloi jauh lebih ringan. Walaupun besi tahan karat juga kuat dan tidak berkarat, beratnya yang lebih tinggi menjadikannya kurang sesuai untuk tujuan perlumbaan.

2. Soalan: Pahat perlu sangat keras untuk memotong bahan lain. Terangkan bagaimana komposisi keluli berkarbon tinggi, seperti yang dinyatakan dalam teks, menyumbang kepada sifat penting ini. 

Jawapan: Keluli berkarbon tinggi mempunyai sifat yang sangat keras kerana komposisinya. Menurut teks, ia mengandungi besi, 0.6% karbon, 14%~18% tungsten, dan 4% kromium. Kandungan karbon yang lebih tinggi berbanding keluli jenis lain meningkatkan kekerasannya secara asas. Penambahan unsur-unsur lain seperti tungsten dan kromium memberikan keupayaan untuk mengekalkan sifat kekerasan pada suhu tinggi, yang sering terhasil akibat geseran semasa proses memotong. Gabungan unsur-unsur inilah yang menjadikan keluli berkarbon tinggi bahan yang ideal untuk alat pemotong seperti pahat dan gergaji besi.

3. Soalan: Jika anda perlu memotong bentuk melengkung pada sekeping kayu nipis, adakah anda akan memilih gergaji kayu atau gergaji jig elektrik? Nilaikan kesesuaian setiap alatan untuk tugasan spesifik ini berdasarkan fungsi yang diterangkan dalam teks. 

Jawapan: Untuk memotong bentuk melengkung pada kayu nipis, gergaji jig elektrik adalah pilihan yang jauh lebih sesuai. Teks menyatakan bahawa gergaji jig elektrik digunakan khas “untuk kerja-kerja memotong kayu atau besi yang nipis terutamanya ketika memotong bentuk yang berlekuk atau melengkung.” Mata gergajinya yang halus dan pergerakannya membolehkan pemotongan yang jitu mengikut garisan lengkung. Sebaliknya, gergaji kayu direka untuk pemotongan lurus dan tidak sesuai untuk membuat lengkungan kerana bilahnya yang lebar dan tegar akan menyukarkan pergerakan mengikut bentuk melengkung dan boleh menyebabkan kayu pecah atau hasil potongan yang tidak kemas.

4. Soalan: Teks menyenaraikan beberapa langkah keselamatan untuk menggunakan mesin canai mudah alih, termasuk “Pastikan percikan api yang terhasil tidak menghala ke bahan yang mudah terbakar atau rakan yang lain.” Analisiskan potensi akibat jika langkah keselamatan khusus ini diabaikan. 

Jawapan: Mengabaikan langkah keselamatan ini boleh membawa kepada dua akibat yang sangat berbahaya. Pertama, jika percikan api menghala ke bahan mudah terbakar seperti thinner, habuk kayu, atau kain, ia boleh mencetuskan kebakaran besar di dalam bengkel, yang mengancam nyawa dan harta benda. Kedua, jika percikan api menghala kepada rakan sekerja, ia boleh menyebabkan kecederaan serius. Percikan api tersebut adalah serpihan logam panas yang boleh menyebabkan kelecuran pada kulit atau kerosakan kekal pada mata jika terkena, walaupun rakan tersebut memakai pelindung mata asas. Oleh itu, langkah ini amat kritikal untuk mencegah kebakaran dan kecederaan fizikal.

5. Soalan: Tempat duduk basikal diperbuat daripada plastik, yang diterangkan sebagai ‘tahan lasak’ tetapi ‘tidak boleh dibaiki jika patah’. Cadangkan satu bahan bukan logam alternatif daripada teks untuk tempat duduk basikal yang mungkin menawarkan keselesaan atau ketahanan yang berbeza, dan terangkan alasan anda berdasarkan sifat-sifatnya. 

Jawapan: Bahan bukan logam alternatif yang boleh dicadangkan ialah gentian. Teks menyatakan bahawa gentian mempunyai sifat “struktur yang kuat”, “ringan”, dan “tahan haba”. Kekuatan struktur gentian mungkin menjadikannya lebih tahan lasak berbanding plastik dan tidak mudah patah. Sifatnya yang ringan juga setanding dengan plastik, jadi ia tidak akan menambah berat basikal secara signifikan. Walaupun teks tidak menyatakan kebolehbaikannya, bahan komposit berasaskan gentian selalunya lebih tahan lama di bawah tekanan berbanding plastik biasa, menjadikannya calon yang baik untuk komponen yang memerlukan ketahanan jangka panjang.

Soalan Lazim (FAQ)

Berikut adalah jawapan kepada beberapa soalan lazim yang mungkin timbul semasa mempelajari topik ini.

1. Apakah perbezaan utama antara logam ferus dengan logam bukan ferus? Perbezaan utama terletak pada kandungan besinya. Logam ferus mengandungi besi dan sejumlah karbon untuk menguatkan strukturnya, menjadikannya kuat tetapi mudah berkarat. Sebaliknya, logam bukan ferus tidak mengandungi besi atau karbon, mempunyai sifat semula jadi tidak berkarat, serta merupakan pengalir haba dan elektrik yang baik.

2. Mengapakah bahan yang berbeza digunakan untuk bahagian basikal yang berlainan? Setiap bahagian basikal mempunyai fungsi dan memerlukan sifat mekanikal yang berbeza. Contohnya, rangka basikal memerlukan bahan yang kuat, teguh, dan ringan seperti aloi. Tayar pula memerlukan bahan yang anjal dan mencengkam seperti getah untuk menyerap getaran dan memastikan cengkaman pada jalan. Pemilihan bahan yang sesuai memastikan produk berfungsi dengan optimum, selamat, dan tahan lasak.

3. Apakah sifat mekanikal ‘keteguhan’ (toughness) dan bagaimana ia berbeza daripada ‘kekuatan’ (strength)? Berdasarkan teks, keteguhan adalah kemampuan bahan untuk menahan beban yang dikenakan tanpa patah atau putus. Manakala kekuatan ialah kemampuan bahan untuk menahan beban secara umum tanpa pecah atau meleding. Walaupun kedua-duanya berkaitan dengan keupayaan menahan daya, keteguhan lebih merujuk kepada rintangan terhadap patah secara tiba-tiba, manakala kekuatan merujuk kepada jumlah beban maksimum yang boleh ditanggung.

4. Apakah langkah-langkah keselamatan diri yang utama yang perlu diambil sebelum memulakan sebarang kerja di dalam bengkel? Sebelum memulakan kerja, langkah keselamatan diri yang penting termasuk:

    ◦ Memakai pakaian yang sesuai seperti apron dan kasut bertutup.

    ◦ Mengikat rambut yang panjang dengan kemas.

    ◦ Menanggalkan atau memasukkan tali leher ke dalam baju.

    ◦ Tidak memakai barang perhiasan seperti cincin atau jam tangan.

    ◦ Memakai peralatan perlindungan diri (PPE) yang relevan seperti pelindung mata (gogal), pelindung telinga, dan penutup hidung.

5. Apakah fungsi mesin kimpalan MIG dan bagaimana ia berfungsi? Mesin kimpalan MIG (Metal Inert Gas) digunakan untuk proses penyambungan bahan yang diperbuat daripada logam. Ia berfungsi dengan menggabungkan tenaga elektrik dengan gas CO2. Tenaga elektrik mengalirkan arus kepada rod penambah untuk membentuk percikan api, manakala gas CO2 membantu mengawal proses peleburan rod tersebut untuk menghasilkan sambungan kimpal yang kukuh.