FIZIK TINGKATAN 5 TEKANAN 2.2 TEKANAN ATMOSFERA
2.2 TEKANAN ATMOSFERA Murid boleh: 2.2.1 Memerihalkan tekanan atmosfera STANDARD PEMBELAJARAN 2.2.2 Berkomunikasi tentang nilai tekanan atmosfera 2.2.3 Menyelesaikan masalah dalam kehidupan harian yang melibatkan pelbagai unit tekanan 2.2.4 Memerihalkan kesan tekanan atmosfera ke atas objek pada altitud tinggi dan aras kedalaman di bawah laut.
STANDARD PEMBELAJARAN 1 2.2.1 Memerihalkan tentang tekanan atmosfera
• Gambar foto menunjukkan sebuah pengangkat kepingan kaca yang menggunakan penyedut getah yang besar. Bagaimanakah tekanan atmosfera diaplikasikan dalam penggunaan penyedut getah tersebut?
Tekanan Atmosfera • Bumi dikelilingi oleh lapisan udara yang tebal yang terdiri daripada pelbagai jenis gas. • Lapisan udara ini mempunyai berat dan mengenakan tekanan ke atas permukaan bumi dan semua objek yang berada di dalamnya • Oleh itu, semua objek yang berada di permukaan bumi mengalami tekanan atmosfera. Tekanan atmosfera ialah tekanan yang disebabkan oleh berat lapisan udara yang bertindak ke atas permukaan bumi
Tujuan: Membincangkan tekanan atmosfera dari aspek berat udara yang bertindak ke atas objek di permukaan bumi. Aktiviti 1 1. Isi sebiji gelas dengan air sehingga hamper penuh. Letakkan sekeping kadbod di atas gelas. Dengan disokong oleh kadbod di atas gelas, perlahan-lahan terbalikkan gelas. Lepaskan tangan yang menyokong kadbod dengan perlahan. Pemerhatian: Penerangan pemerhatian: Air tidak tumpah Daya paduan disebabkan oleh tekanan atmosfera bertindak ke atas permukaan kadbod lebih besar daripada berat air dalam gelas.
2. Isi sebuah botol plastik kosong dengan air panas sehingga seperempat penuh. Ketatkan penutup botol dengan segera dan tuangkan air sejuk ke atas boto itu. Tunggu sebentar Pemerhatian: Penerangan pemerhatian: Botol kemek. • Stim daripada air mendidih menolak udara daripada botol. • Penutup elakkan udara luar dari masuk ke dalam botol. • Apabila air sejuk dituangkan ke atas botol, stim mengalami kondensasi ke air dan wujudkan keadaan separa vakum dalam botol. Tekanan atmosfera di luar yang lebih tinggi menekan botol.
Manusia hidup di daratan dan dikelilingi oleh udara. Terangkan kewujudan tekanan atmosfera ke atas manusia dari aspek berat udara di atasnya. • Udara bukan semata2 ruang kosong – ia mempunyai zarah yang ada jisim dan sentiasa bergerak. • Disebabkan udara ada jisim, daya graviti Bumi menariknya dan memberikannya berat . • Disebabkan berat udara, molekul2 udara sentiasa menghentam objek dan mengenakan tekanan.
1.03 x 105 N/m2 Kebanyakan cecair dalam badan kita dianggarkan berada dalam tekanan yang sama dengan tekanan atmosfera di sekeliling kita. Berapakah tekanan atmosfera pada aras laut? Berapakah berat udara yang menekan badan per 1 m2? 1.03 x 105 N atau 103,000 N Mengapa badan kita tidak dihimpit oleh tekanan atmosfera yang besar? Tujuan: Membincangkan tekanan atmosfera dari aspek berat udara yang bertindak ke atas objek di permukaan bumi. Aktiviti 1
STANDARD PEMBELAJARAN 2 2.2.2 Berkomunikasi tentang nilai tekanan atmosfera
Nilai Tekanan Atmosfera • Nilai tekanan atmosfera boleh ditentukan menggunakan barometer merkuri. • Sebuah barometer merkuri terdiri daripada sebatang tiub kaca kira-kira 1 meter panjang yang mengandungi merkuri. Aktiviti 2 Tujuan: Alat untuk mengukur tekanan atmosfera
• Pada awalnya, tiub kaca itu diisi dengan merkuri sehingga penuh dan ditutup dengan penutup seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2.10(a). • Kemudian, tiub kaca itu diterbalikkan dan hujungnya direndam ke dalam mangkuk berisi merkuri seperti yang ditunjukkandalam Rajah 2.10(b). Aktiviti 2 Tujuan: Alat untuk mengukur tekanan atmosfera
Aktiviti 2 Tujuan: Alat untuk mengukur tekanan atmosfera 1.Barometer Merkuri Barometer Merkuri (Fortin) mengandungi merkuri yang terkandung di dalam sebua tiub. Tiub itu diterbalikkan ke dalam sebuah bekas yang mengandungi merkuri. Aras merkuri akan jatuh sehingga ke aras h = 76 cm dari permukaan merkuri dalam bekas Mengapa aras merkuri tidak jatuh seterusnya? Namakan tekanan yang bertindak di A. Namakan tekanan yang bertindak di B. Berapakah tekanan di C? Terangkan Bandingkan tekanan di A dan B. Tekanan atmosfera menyokong merkuri. Tekanan atmosfera Tekanan merkuri 0 (vakum) Tekanan di A = tekanan di B
Aktiviti 2 Tujuan: Alat untuk mengukur tekanan atmosfera 1.Barometer Merkuri Lengkapkan: Jika ketumpatan merkuri ialah 1.36 x 104 kg m-3 dan pecutan disebabkan gravity ialah 10 N/kg, hitung tekanan atmosfera dalam uni Pascal. Berapa tekanan di X dalam cm Hg? Ketumpatan air ialah 1000 kg m-3 . Jika barometer dibuat menggunakan air, berapakah panjang turus air? Tekanan atmosfera (A) = tekanan di Merkuri (B) Tekanan atmosfera = 76 cm Hg P = 1.36 x 104 x 10 x 0.76 = 1.03 x 105 Pa 76 + 14 = 90 cm Hg P = 1.03 x 105 = ρgh = 1000 x 10 x h h = 10.3 m
Aktiviti 2 Tujuan: Alat untuk mengukur tekanan atmosfera 1.Barometer Merkuri Ketinggian, h tidak berubah apabila: (a) diameter tiub kaca ……………………… (b) tiub kaca ………………… (c) tiub kaca semakin …………… ke dalam bekas (d) tiub kaca ………………… lebih tinggi di dalam bekas (e)kuantiti merkuri di dalam bekas …………….. Tinggi, h akan ……………….... apabila: (a) ruang vakum di dalam tiub kaca dipenuhi gas (b) barometer dibawa ke gunung. Tinggi, h akan ………………….. apabila barometer direndamkan secara perlahan ke dalam air. bertambah condong ditolak dinaikkan ditambah berkurang bertambah
• Tekanan atmosfera yang bertindak ke atas permukaan merkuri dalam mangkuk menyokong turus merkuri itu • Ketinggian turus merkuri bergantung pada magnitud tekanan atmosfera • Nilai tekanan atmosfera dinyatakan dalam sebutan nilai ketinggian turus merkuri itu • Jika nilai ketinggian turus merkuri, h = 760 mm, maka tekanan atmosfera, Patm = 760 mm Hg. Aktiviti 2 Tujuan: Alat untuk mengukur tekanan atmosfera
Barometer Fortin • Barometer Fortin seperti ialah barometer merkuri yang boleh mengukur tekanan atmosfera dengan kejituan yang tinggi. • Barometer Fortin mempunyai ketinggian hampir satu meter • Alat ini biasanya digunakan untuk mengukur tekanan atmosfera di pusat kaji cuaca.
Aktiviti 2 Tujuan: Alat untuk mengukur tekanan atmosfera 2. Barometer Aneroid (a) Kotak besi separa vakum mengembang dan mengecut mengikut perubahan tekanan atmosfera. (b) Apabila tekanan atmosfera berkurang, kotak tersebut akan ………………….. (c) Apabila tekanan atmosfera meningkat, kotak tersebut akan ……………….. (d)Pergerakan kecil kotak itu akan dibesarkan oleh sistem tuas yang disambungkan kepada penunjuk skala. (e)Barometer aneroid boleh digunakan sebagai ………………….. oleh pendaki gunung untuk menentukan altitud. (f) Barometer aneroid juga boleh digunakan sebagai ………………… di dalam kapal terbang kerana tekanan atmosfera berubah dengan ketinggian. Semakin rendah tekanan atmosfera, semakin ……………… kedudukan kapal terbang. mengembang mengempis altimeter altimeter tinggi
Perbezaan antara barometer Fortin dengan barometer Aneroid Barometer Fortin Barometer Aneroid Nilai tekanan atmosfera ditentukan oleh perubahan ketinggian turus merkuri Nilai tekanan atmosfera ditentukan oleh perubahan isi padu kotak logam separa vakum Saiz besar dan sukar untuk dibawa ke mana-mana Saiz kecil dan mudah alih Mengambil masa yang lebih lama untuk memberikan bacaan tekanan atmosfera Memberikan bacaan tekanan atmosfera secara langsung Kejituan lebih tinggi, sehingga ± 0.1 mm Hg Kejituan lebih rendah, sehingga ±
STANDARD PEMBELAJARAN 3 2.2.3 Menyelesaikan masalah dalam kehidupan harian yang melibatkan pelbagai unit tekanan
Tujuan: Menyelesaikan masalah dalam kehidupan harian yang melibatkan pelbagai unit tekanan Aktiviti 3 • Unit S.I. bagi tekanan ialah pascal (Pa) • Namun, unit tekanan yang lain masih boleh digunakan dalam pelbagai bidang • pascal (Pa) • mm Hg • m H2O • milibar (mbar)
• Unit S.I. bagi tekanan • Digunakan dalam bidang sains • Nilai tekanan perlu dinyatakan dalam unit Pa sebelum diganti ke dalam rumus Fizik • Tekanan atmosfera di puncak Gunung Kinabalu ialah kira-kira 60 000 Pa • Unit manometrik bagi tekanan • Digunakan dalam bidang perubatan, meteorologi, penerbangan dan sains • Tekanan darah 120/80 yang dicatat oleh doktor adalah dalam unit mm Hg • Suatu unit metrik • Digunakan untuk tekanan air dalam laut, takungan air dan empangan • Tekanan air dalam Empangan Bakun ialah 150 m H2O • Unit metrik yang kecil • Digunakan dalam bidang meteorologi • Setara dengan unit hektopascal (hPa) • 1 milibar = 1 hPa • Tekanan atmosfera ialah 1 013 mbar UNIT TEKANAN Pascal (Pa) mm Hg m H2O Milibar (mbar)
Tujuan: Menyelesaikan masalah dalam kehidupan harian yang melibatkan pelbagai unit tekanan Aktiviti 3
1.Hitung tekanan udara terangkap dalam setiap kes. Diberi tekanan atmosfera = 76 cm Hg. Guna unit cm Hg dan mm Hg) Tujuan: Menyelesaikan masalah dalam kehidupan harian yang melibatkan pelbagai unit tekanan Aktiviti 3 Pair = Patm + PHg Patm PHg PAir Pair = 76 + 15 = 91 cm Hg = 910 mm Hg PAir PHg Patm Patm = Pair + PHg Pair = Patm - PHg Pair = 76 - 15 = 61 cm Hg = 610 mm Hg PAir Patm Patm = Pair Pair = 76 cm Hg = 760 mm Hg
2. Rajah menunjukkan susunan radas yang digunakan untuk mengukur tekanan atmosfera. Kira tekanan di titik Q dalam unit cm Hg, mm Hg dan Pa. Tujuan: Menyelesaikan masalah dalam kehidupan harian yang melibatkan pelbagai unit tekanan Aktiviti 3 75 + 15 = 90 cm Hg = 900 mm Hg P = 1.36 x 104 x 10 x 0.90 = 1.22 x 105 Pa P = ρgh ρ = 1.36 x 104 g = 9.81 h = 0.9 m
3.Rajah menunjukkan barometer merkuri. Gas X terperangkap di dalam tiub kaca. Jika ketinggian turus merkuri ialah 40 cm Hg dan tekanan atmosfera ialah 75 cm Hg, hitung tekanan yang bertindak oleh gas X dalam tiub. Tujuan: Menyelesaikan masalah dalam kehidupan harian yang melibatkan pelbagai unit tekanan Aktiviti 3 75 – 40 = 35 cm Hg
4. Tekanan maksimum yang boleh ditahan oleh sebuah tembok di tepi laut ialah 3.6 x 105 Pa. Berapakah tekanan maksimum itu dalam unit m H2O? [ketumpatan air, ρ = 1.00 x 103 kg m-3 dan g = 9.81 m s-2 ] Tujuan: Menyelesaikan masalah dalam kehidupan harian yang melibatkan pelbagai unit tekanan Aktiviti 3 Pmaksimum = 3.6 x 105 Pa ketumpatan air, ρ = 1.00 x 103 kg m-3 P = ρgh h = P = 3.6 x 105 . ρh 1 x 103 x 9.81 = 36.7 m Tekanan maksimum, P = 36.7 m H2O
5. Berapakah tekanan sebenar pada kedalaman 125 m di dalam sebuah empangan? Nyatakan jawapan anda dalam unit m H2O dan Pa. [Tekanan atmosfera = 10.3 m H2O , ketumpatan air, ρ = 1.00 x 103 kg m-3 dan g = 9.81 m s-2 ] Tujuan: Menyelesaikan masalah dalam kehidupan harian yang melibatkan pelbagai unit tekanan Aktiviti 3 h = 125 m Patm Pair P = Patm + Pair P = 10.3 + 125 = 135.3 m H2O ρ = 1.00 x 103 kg m-3 h = 135.3 m g = 9.81 P = ρgh = 1000 x 9.81 x 135.3 = 1,327,293 Pa = 1.33 x 106 Pa
STANDARD PEMBELAJARAN 4 2.2.4 Memerihalkan tekanan atmosfera ke atas objek pada altitude tinggi dan aras kedalaman di bawah laut
Aktiviti 4 Tujuan: Mengkaji kesan tekanan atmosfera pada altitude tinggi 1.Lengkapkan jadual berikut. Ketinggian / m Tekanan atmosfera / Pa Aras laut 5600 m 11 000 m Angkasa lepas 100 000 Pa 50 000 Pa 25 000 Pa sifar Daripada jadual itu, nyatakan hubungan antara altitude dengan tekanan atmosfera. Dengan mempertimbangkan berat udara pada altitud yang berlainan, terangkan sebab tekanan atmosfera adalah berlainan pada altitud yang berlainan. Tekanan atmosfera berkurang dengan ketinggian
Dengan mempertimbangkan berat udara pada altitud yang berlainan, terangkan sebab tekanan atmosfera adalah berlainan pada altitud yang berlainan. Aktiviti 4 Tujuan: Mengkaji kesan tekanan atmosfera pada altitude tinggi • Pada altitude yang tinggi, ketumpatan dan suhu udara rendah. • Oleh itu perlanggaran antara molekul udara berkurang. • Maka tekanan atmosfera rendah.
Kesan Tekanan Atmosfera pada Altitud Tinggi dan Kesan Tekanan pada Aras Kedalaman Lampau di Bawah Permukaan Laut
Kesan Tekanan Atmosfera pada Altitud Tinggi Aktiviti 4 Tujuan: Mengkaji kesan tekanan atmosfera pada altitude tinggi • Kadar pernafasan meningkat • Penyerapan oksigen dalam paru-paru berkurang. • Kadar metabolism meningkat • Hilang selera makan • Dehidrasi • Fikiran menjadi tidak jelas
Penyesuaian dan tindakan yang perlu diambil oleh pendaki gunung. Aktiviti 4 Tujuan: Mengkaji kesan tekanan atmosfera pada altitude tinggi • Membuat persediaan dan latihan fizikal sebelum mendaki • Menyediakan peralatan seperti jam tangan pintar yang boleh mengukur ketinggian altitud, tekanan darah dan suhu badan • Mendaki dengan perlahan supaya badan dapat menyesuaikan diri dengan perubahan tekanan • Minum air walaupun tidak dahaga bagi mengelakkan dehidrasi
Penyesuaian dan tindakan yang perlu diambil dalam kapal terbang Aktiviti 4 Tujuan: Mengkaji kesan tekanan atmosfera pada altitude tinggi Mengapa tekanan dalam kabin kapalterbang yang terbang pada altitud tinggi mesti ditetapkan pada tekanan atmosfera pada aras laut? • Semakin tinggi, tekanan atmosfera semakin rendah. • Tekanan dalam badan mesti seimbang dengan tekanan di dalam kapal terbang.
Penyesuaian dan tindakan yang perlu diambil dalam kapal terbang Aktiviti 4 Tujuan: Mengkaji kesan tekanan atmosfera pada altitude tinggi (b)Apakah yang akan berlaku jika salah satu tingkap kapal terbang pecah secara tiba-tiba. Jelaskan jawapan anda. • Tekanan di dalam kabin > tekanan atmosfera di luar. • Semua yang ada di dalam kabin akan keluar
Penyesuaian dan tindakan yang perlu diambil dalam kapal terbang Aktiviti 4 Tujuan: Mengkaji kesan tekanan atmosfera pada altitude tinggi Nyatakan penyelesaian dan tindakan lain yang perlu diambil dalam kapal terbang untuk kurangkan kesan tekanan atmosfera pada altitud tinggi • Meninggikan tekanan kabin kapal terbang sehingga sama dengan tekanan pada aras laut • Mengitar semula udara di dalam kabin supaya segar dan mengandungi aras oksigen yang mencukupi • Mengingatkan penumpang minum air yang mencukupi untuk mengelakkan dehidrasi semasa penerbangan jarak jauh.
Angkasa lepas ialah ruang di luar atmosfera bumi. Mengapa angkasawan perlu memakai sut khas di angkasa lepas? Aktiviti 4 Tujuan: Mengkaji kesan tekanan atmosfera pada altitude tinggi • Tekanan di angkasa lepas sifar • Oleh itu tekanan di dalam badan lebih tinggi • Merbahaya kerana badan akan hancur berkecai • Sut khas perlu supaya tekanan di dalam persekitaran sut untuk mengimbangi tekanan di dalam badan
Aktiviti 4 Tujuan: Mengkaji kesan tekanan atmosfera pada altitude tinggi Nyatakan tindakan perlu dibuat pada kapal angkasa yang membawa angkasawan • Meninggikan tekanan kabin kapal angkasa sehingga hampir sama dengan tekanan atmosfera di bumi supaya angkasawan tidak perlu pakai sut tekanan semasa di dalam kabin • Memasang alat penjana oksigen untuk bekalkan oksigen pada angkasawan.
Tekanan pada Aras Kedalaman Lampau di Bawah Permukaan Laut • Pada aras kedalaman yang semakin lampau di bawah permukaan laut • Tekanan air bertambah dengan kedalaman air • Penambahan kedalaman sebanyak 10 m menyebabkan peningkatan tekanan air sebanyak 1 atmosfera • Tekanan yang dialami ialah tekanan air dan tekanan atmosfera Tujuan: Mengkaji kesan tekanan pada aras kedalaman lampau di bawah permukaan laut Aktiviti 5
Kesan ke atas manusia dalam keadaan aras kedalaman lampau: • Tisu badan menyerap gas nitrogen yang berlebihan • Gas nitrogen melarut ke dalam darah • Fikiran menjadi tidak jelas • Pembentukan gelembung nitrogen dalam tisu atau salur darah jika tekanan dikurangkan dengan terlalu cepat Tujuan: Mengkaji kesan tekanan pada aras kedalaman lampau di bawah permukaan laut Aktiviti 5
Penyesuaian dan tindakan yang perlu diambil oleh penyelam • Membuat latihan fizikal untuk menyesuaikan badan kepada persekitaran tekanan tinggi sebelum menyelam • Memakai sut penyelam untuk melambatkan kehilangan haba dari badan • Naik semula dengan perlahan ke permukaan laut supaya gelembung nitrogen tidak terbentuk di dalam tisu dan saluran darah Tujuan: Mengkaji kesan tekanan pada aras kedalaman lampau di bawah permukaan laut Aktiviti 5
Penyesuaian dan tindakan yang perlu diambil dalam sebuah kapal selam • Badan kapal selam diperbuat daripada keluli atau titanium dengan keratan rentas membulat untuk menahan tekanan sekeliling yang tinggi • Tekanan kabin kapal selam dikawal sehingga hampir sama dengan tekanan di aras laut untuk keselesaan anak kapal • Tangki oksigen atau alat penjana oksigen melalui proses elektrolisis disediakan supaya bekalan oksigen adalah mencukupi Tujuan: Mengkaji kesan tekanan pada aras kedalaman lampau di bawah permukaan laut Aktiviti 5