FIZIK: BAB 3: DAYA & TEKANAN

BAB 3 DAYA DAN TEKANAN (FORCE AND PRESSURE)

3.1 Tekanan (Pressure)

Tekanan Tekanan ialah daya yang bertindak secara normal ke atas
seunit luas.

Formula tekanan Tekanan = daya normal
luas

P = F
A
Unit SI : Nm-2 = Pascal, Pa

Aktiviti 1: Hubungan tekanan dan daya

Perbincangan:

...S..e..m...a..k..i.n...b...e..r.t.a..m...b...a..h...d..a..y..a..,...... 20N A 10N B
..s..e..m....a..k..i.n...b..e..r.t..a..m...b..a..h...t.e..k..a..n...a..n....

.......................a..t.a..u........................ Plastisin
......................P.......F.......................

Aktiviti 2: Hubungan tekanan dan luas permukaan sentuhan
Perbincangan:

...S..e..m...a..k..i.n...b...e..r.t.a..m...b...a..h...l.u..a..s.........

..p..e..r..m...u..k..a..a..n..,..s..e..m....a..k..i.n...b..e..r.k..u...r.a..ng X Y

..t.e..k..a..n..a..n......a..t.a..u............................. Tidak sakit Sakit
...P.......A1.......................................... (Tekanan rendah) (Tekanan tinggi)

Contoh 1: Penyelesaian:
Sekeping batu bata berukuran 0.05 m (a)Paling maksimum (b)Paling minimum
x 0.10 m x 0.20 m berjisim 0.5 kg
diletakkan di atas sebuah meja. P F 5N P F 5N
Berapakah tekanan yang dikenakan A 0.05 m 0.1 m A 0.2 m 0.1 m
oleh batu bata ke atas meja
(a) Paling maksimum 5N 5N
(b) Paling minimum
0.005 m 2 0.02 m 2

1000 N m -2 250 N m -2

Contoh 2: Penyelesaian:
Seorang lelaki berjisim 60 kg. Apabila
berdiri tegak tekanan yang dikenakan 2 10 4 600 Luas tapak sebelah kaki :
ke atas permukaan lantai adalah A
adalah 2 x 104 Pa. Kira luas tapak bagi 0.03 m 2
sebelah kakinya. A 600 2
2 10 4
W = mg = 60 × 10 = 600 N 0.015 m2

0.03 m 2

89

Aplikasi melibatkan tekanan tinggi:

Meningkatkan tekanan dengan mengurangkan luas

Sebilah pisau tajam Stad pada kasut pemain Jarum, paku dan pin

digunakan untuk memotong bola mempunyai luas mempunyai hujung yang

objek dengan mudah. Pisau permukaan sentuhan yang sangat tajam. Apabila

yang tajam mempunyai luas kecil dengan tanah. Ini satu daya dikenakan,

permukaan yang kecil yang menambahkan tekanan tekanan yang tinggi

menghasilkan tekanan sekaligus meningkatkan dihasilkan dan

tinggi ke atas objek. cengkaman dengan memudahkannya

permukaan padang. menembusi sesuatu

objek.

Aplikasi melibatkan tekanan rendah:
Mengurangkan tekanan dengan menambahkan luas

Papan peluncur salji Sebuah traktor bergerak di Pelapik bahu pada tali
mempunyai luas yang besar atas kawasan berpaya yang bag bertujuan
bagi mengurangkan tekanan lembut dan berair. mengurangkan tekanan
ke atas permukaan salji. Penggunaan tayar yang sekaligus mengurangkan

Maka peluncur salji tidak lebar mampu kesakitan apabila

terbenam di dalam salji. mengurangkan tekanan membawa muatan berat.

bagi mengelak ia terbenam

di dalam tanah lembut. Pelapik

bahu

Papan peluncur lebar
dan panjang

Lori mempunyai tayar yang Tayar lebar Tapak tiang kanopi
banyak bagi menambahkan dilebarkan bagi
luas permukaan sentuhan Kasut boot mempunyai menambahkan luas
dengan jalan raya. Ini dapat luas permukaan tapak yang permukaan. Ini dapat
mengurangkan tekanan lebar. Ini dapat mengurangkan tekanan
yang disebabkan oleh berat mengurangkan tekanan ke atas tanah.
muatan yang dibawa. dan mengelak pemakai
terbenam di dalam lumpur.

90

Latihan 3.1 Tekanan (Pressure)

(1) Hitung tekanan maksimum bongkah tersebut ke atas
permukaan meja. Jisim bongkah = 5 kg.

Daya = berat bongkah = mg = 5 ×10 = 50 N

P F 50 166.67 N m -2 1.0 m
A 0.6 m 0.5 m

0.6 m

0.5 m

(2) Seorang murid menekan satu paku tekan pada satu Ibu jari
kepingan kayu dengan daya 20 N. Luas permukaan hujung
paku tekan ialah 0.01 cm2 dan luas kepala paku tekan
ialah 1 cm2.

(a) Kira tekanan yang dihasilkan oleh murid itu pada Kayu Hujung
kepala paku tekan. paku

P F 20 N 20 N cm-2
A 1 cm2

(b) Kira tekanan yang dihasilkan oleh murid itu pada
hujung paku tekan.

P F 20 2000 N cm-2
A 0.01 cm2

(3) Berat sebuah silinder kayu yang dibelah separuh ialah 20 N. Silinder kayu itu
berdiameter 0.1 m dan tinggi 0.4 m diletakkan di atas meja. Hitungkan
(a) Tekanan maksimum yang boleh dikenakan ke atas meja.

Luas permukaan terkecil 1 luas bulatan
2

1 πr 2 1 π( d )2 0.4 m
2 2 2

1 π( 0.05 )2 0.0039 m2
22

Tekanan maksimum, Pmaks 20 5128.2 Pa 0.1 m
0.0039 0.1 m

(b) Tekanan minimum yang boleh dikenakan ke atas meja.

Luas permukaan terbesar Luas segi empat
Tinggi Diameter
0.4 0.1 0.04 m 2

0.4 m

Tekanan minimum, Pmin 20 500.0 Pa
0.04

91

3.2 Tekanan dalam cecair (Pressure in liquid)

Tekanan dalam cecair Tekanan dalam cecair ialah tekanan yang disebabkan berat

cecair yang bertindak pada permukaan sesuatu objek

dalam cecair.

Ciri-ciri Tekanan Dalam Cecair

Tekanan dalam cecair pada Tekanan dalam cecair Tekanan dalam cecair

suatu titik pada kedalaman tidak bergantung kepada tidak bergantung kepada

tertentu bertindak dengan luas objek yang berada bentuk bekas.

magnitud yang sama dan di dalam cecair.

dari semua arah.

P

PP XY

P Paras cecair pada ketiga-
Tekanan pada titik X dan tiga turus adalah sama
Y adalah sama

Hubungan di antara kedalaman dan tekanan dalam cecair

Tekanan dalam cecair berkadar terus

dengan kedalaman cecair. Tekanan rendah

Semakin bertambah kedalaman, Tekanan tinggi
semakin bertambah tekanan dalam
cecair.

Hubungan di ketumpatan cecair dan tekanan dalam cecair

Tekanan dalam cecair berkadar terus

dengan ketumpatan cecair. Minyak Air

Semakin tinggi ketumpatan suatu masak

cecair, semakin tinggi tekanan dalam

cecair itu.

Formula Tekanan Dalam Bekas di sebelah mempunyai luas dasar, A, diisikan
Cecair
dengan suatu cecair berketumpatan, dengan
kedalaman, h.

Isi padu cecair, V = Ah

Ketumpatan, Jisim cecair, m = V = Ah

Kedalaman,

h Berat cecair = mg = Ahg

Daya yang bertindak pada dasar = Berat cecair = Ahg

Luas,A Tekanan = Daya = Berat = ρAhg = hg
Luas Luas A

Maka, Tekanan Dalam Cecair, P = hg

92

Latihan 3.2 Tekanan Dalam Cecair

(1) Rajah menunjukkan sebuah bekas yang mengandungi
minyak berketumpatan 800 kg m-3. Berapakah tekanan
pada titik X yang dikenakan oleh minyak?

Px hg 800 0.2 10 minyak 20 cm
1600 N m-2 atau 1600 Pa x

(2) Satu bekas kaca yang panjangnya 100 cm diisikan penuh air
dengan air. Jika tekanan yang dikenakan oleh air pada titik P
adalah 5500 Pa, berapakah nilai L?
(Ketumpatan air = 1000 kg m-3)

Pp hg 1000 h 10 5500 Pa L = 1 m – 0.55 m P
= 0.45 m atau 45 cm L
h 5500 0.55 m
10000 1.5 m
5m
(3) Rajah menunjukkan sebuah tangki air rumah Tangki
yang terletak 5 m di atas pili air di sebuah bilik air. air
[Tekanan atmosfera = 1 x 105 Nm-2, Ketumpatan air
= 1000 kgm-3]

(a) Tentukan jumlah tekanan yang disebabkan
oleh air pada pili.

P hg 1000 6.5 10 65000 Pa

(b) Tentukan jumlah tekanan air yang keluar pada
pili.

Jumlahtekanan Pair Patm 65000 (1 105 ) 165 000 Pa

(c) Jika luas permukaan pili ialah 0.04 m2, berapakah daya minimum yang perlu
dikenakan oleh jari seorang lelaki yang menahan permukaan pili itu supaya air tidak
terpancut keluar.

F = PA = 165 000 0.04 = 6 600 N

(4) Berdasarkan rajah, bandingkan tekanan Tasik A Tasik B
air pada dasar kedua-dua tasik tersebut.
Berikan alasan anda.

....T..e..k..a..n..a..n...d..i..d...a..s..a..r..T..a..s..i.k...B....l.e..b..i.h...t.i.n...g..g..i.......
...d..a..r..i.p..a..d..a...t.e..k..a..n...a..n...d..i..d..a..s..a..r...T..a..s..i.k...A...............

....I.n..i..d..i.s..e..b..a..b..k..a..n....k..e..d..a..l.a..m...a..n...T..a..s..i.k...B....l.e..b..i.h....

....t.i.n..g..g..i..d...a..r.i.p..a..d..a...k..e..d...a..l.a..m....T..a..s..i.k...A..................

.........................................................................

93

Aplikasi Tekanan Dalam Cecair

Empangan menyimpan air pada aras Empangan

kedalaman yang tinggi. Takungan

Tembok empangan harus lebih tebal di

bahagian bawah bagi menahan tekanan

yang lebih tinggi berbanding di bahagian Dinding tebal
atas. di bahagian

bawah

Tangki air di kawasan perumahan dibina di Tangki Pam
kawasan yang lebih tinggi bagi
menghasilkan tekanan dalam cecair yang Rumah pam
tinggi untuk penghantaran bekalan air. Bagi Sungai
penghantaran bekalan ke bangunan tinggi
penggunaan pam diperlukan untuk
meningkatkan tekanan dalam cecair.

Kapal selam dibina dengan dinding yang Tekanan air yang
tebal supaya dapat menahan tekanan air tinggi disebabkan
laut yang tinggi sewaktu berada di dalam kedalaman laut
air.

Larutan garam atau ubat dibekalkan secara
terus ke dalam aliran darah pesakit dengan
menggunakan terapi intra vena. Botol intra
vena digantung pada kedudukan 3 kaki
tinggi dari jarum. Ini memastikan tekanan
larutan lebih tinggi daripada tekanan darah
dalam vena. Larutan mengalir masuk ke
dalam vena disebabkan perbezaan tekanan.

Sphgmomanometer ialah sejenis alat
pengukur tekanan darah. Tekanan darah
diukur daripada tinggi paras merkuri di
dalam manometer.
Untuk mengukur tekanan darah tertinggi
(tekanan sistole), lengan atas pesakit
dibalut untuk menyekat pengaliran darah
melalui arteri. Kemudian pembalut
dilonggarkan, bacaan tekanan terendah
(tekanan diastole) diukur sekali lagi.

94

3.3 Tekanan gas dan Tekanan atmosfera (Gas pressure and Atmospheric pressure)

Tekanan gas Tekanan gas ialah daya per unit luas yang dikenakan
Teori kinetik gas
oleh molekul-molekul gas semasa perlanggaran antara

molekul-molekul gas dengan dinding bekas.

Teori kinetik gas mengatakan molekul-molekul gas

sentiasa bergerak secara rawak.

Oleh itu berlaku perlanggaran di antara molekul-

molekul dan perlanggaran molekul-molekul dengan

dinding bekas.

Perlanggaran di antara molekul-molekul adalah

perlanggaran kenyal di mana jumlah tenaga kinetik

molekul adalah abadi.

Perlanggaran molekul dengan dinding bekas

menghasilkan daya impuls, F.

Apabila terdapat daya yang dikenakan ke atas seunit

luas permukaan, A maka tekanan, P dihasilkan.

P = F
A

Tekanan atmosfera Tekanan atmosfera ialah tekanan disebabkan oleh
Altitud berat udara dalam atmosfera yang dikenakan ke atas
tinggi semua objek di permukaan bumi.

Zarah Tekanan atmosfera di suatu titik bertindak pada
udara semua arah dengan magnitud yang sama.

Aras Semakin tinggi altitud dari aras laut, semakin
laut berkurang berat udara di atmosfera. Oleh itu, tekanan
atmosfera semakin berkurang.

Pada altitud yang tinggi, ketumpatan udara
berkurang disebabkan oleh tekanan atmosfera yang
berkurang.

Pada paras laut, tekanan yang dikenakan oleh
atmosfera ialah 100 000 Pa atau 1.0 105 Pa.
1 atm = 1.0 105 Pa = 76 cm merkuri (Hg) = 10 m H2O

Semakin bertambah altitud Zarah
Semakin berkurang tekanan atmosferaudara

95

Aktiviti-aktiviti yang menunjukkan kewujudan tekanan atmosfera
Air sejuk

Berat

Patm

Patm Sebuah tin yang berisi Nyalaan menyebabkan
sedikit air dipanaskan tekanan udara di dalam
Sebuah gelas yang beberapa ketika. botol semakin berkurang,
dipenuhi air ditutup Kemudian, tin tersebut maka telur itu akan
dengan sekeping kadbod dibasahkan dengan air ditekan masuk ke dalam
kemudian ditelangkupkan. sejuk. Didapati dinding tin botol kesan daripada
Apabila tangan yang menjadi kemek. tekanan atmosfera di luar
memegang kadbod Ini berlaku kerana tekanan yang lebih tinggi.
dialihkan didapati kadbod atmosfera yang lebih
itu tidak jatuh dan air tidak tinggi di luar berbanding
tertumpah. tekanan udara di dalam
Ini menunjukkan daya tin.
daripada tekanan
atmosfera yang bertindak
ke atas kadbod dapat
menyokong berat air di
dalam gelas itu.

Alat-alat yang digunakan untuk mengukur tekanan gas

Manometer

Patm Patm Dari Pgas Patm

bekalan

gas
Y

XY

X

Manometer terdiri daripada satu Untuk mengukur tekanan suatu bekalan gas,
tiub berbentuk- U yang tiub X disambungkan kepada bekalan gas itu.
mengandungi air atau merkuri. Paras cecair X ditekan ke bawah oleh tekanan
Apabila kedua-dua hujung tiub gas yang lebih tinggi dan paras cecair dalam
didedahkan kepada tekanan Y akan naik ke atas.
atmosfera, maka cecair di kedua- Tekanan gas boleh dihitung daripada beza
dua tiub berada pada paras yang paras cecair, h.
sama.
Jika diberi Patm = 1 x 105 Pa: Pgas = Patm + gh

Jika diberi Patm = 76 cm Hg: Pgas = Patm + h(cm)

Jika diberi Patm = 10 m air: Pgas = Patm + h(m)

96

Tolok Bourdon/Bourdon Gauge

Tolok Bourdon digunakan untuk mengukur

tekanan gas.

Tolok Bourdon dalam Rajah 1 menunjukkan

bacaan 0 Pa ketika tidak digunakan. Tolok

Bourdon ini memberikan bacaan tekanan tolok

apabila digunakan.

Tolok Bourdon dalam Rajah 2 menunjukkan
bacaan tekanan atmosfera iaitu 1 105 Pa ketika

tidak digunakan. Tolok Bourdon ini pula

memberikan bacaan tekanan mutlak apabila Rajah 1 Rajah 2
digunakan.

Tekanan mutlak adalah hasil tambah tekanan

tolok dan tekanan atmosfera.

Alat-alat yang digunakan untuk mengukur tekanan atmosfera

Barometer merkuri ringkas

Barometer merkuri ringkas terdiri Vakum
daripada sebatang tiub kaca tebal

dengan panjang kira-kira 100 cm.

Tiub kaca diisi penuh dengan

merkuri dan ditelangkupkan ke

dalam merkuri di dalam satu bekas.

Pada aras laut, panjang turus

merkuri akan menurun sehingga

tingginya kira-kira 76 cm dan ruang

di atasnya ialah vakum. Vakum
Panjang turus merkuri tidak menurun

lagi disebabkan wujudnya tekanan

atmosfera yang bertindak ke atas Tiub kaca
permukaan merkuri di dalam bekas.

Maka, 1 atm = 76 cm merkuri (Hg) 76 cm Tekanan
atmosfera
Jika menggunakan air sebagai
cecair, panjang tiub kaca perlu lebih

panjang kira-kira 11 m.

Ini kerana, tekanan atmosfera

mampu mengekalkan panjang turus

air di dalam tiub kaca sepanjang 10

m. Merkuri
Maka 1 atm = 10 m air

Barometer Fortin Barometer Aneroid

Skala bacaan

Tiub kuprum
Merkuri

97

Aplikasi tekanan atmosfera Patm

Apabila kita menyedut minuman
melalui penyedut, udara dalam
penyedut masuk ke mulut kita.

Tekanan atmosfera di luar penyedut
menjadi lebih tinggi daripada tekanan
udara di dalam penyedut.

Tekanan atmosfera di luar yang lebih
tinggi bertindak ke atas permukaan
air minuman dan memaksa air
minuman itu naik ke dalam penyedut
minuman

Apabila penyedut getah ditekan pada Patm Separa vakum
satu permukaan rata dan licin,
mangkuknya menjadi rata dan udara (Tekanan lebih tinggi) (Tekanan lebih rendah)
dalam mangkuk dikeluarkan melalui
tepinya mewujudkan ruang separa Omboh
vakum terhasil. Tekanan rendah

Tekanan atmosfera yang lebih tinggi
di luar menekan penyedut getah itu
dan menetapkan kedudukannya pada
permukaan dinding.

Apabila omboh ditarik ke atas, Patm
tekanan udara dalam picagari menjadi
lebih rendah daripada tekanan
atmosfera di luar.

Tekanan atmosfera yang lebih tinggi
di luar bertindak ke atas permukaan
cecair dan menolak cecair masuk
melalui muncung ke dalam picagari.

Apabila pembersih vakum dipasang,

kipas elektrik berputar dan menyedut Hos
Debu
udara di dalam hos getah melalui satu Tekanan rendah
Kipas
bukaan.

Tekanan udara dalam hos menjadi

rendah.

Tekanan atmosfera yang lebih tinggi udara

di luar menolak udara dan kotoran

debu ke dalam hos dan terkumpul di

dalam beg pengumpul kotoran.

Kotoran debu terperangkap dalam

beg manakala udara mengalir keluar

dari bahagian belakang pembersih

vakum.

98

Latihan 3.3 Tekanan gas dan Tekanan atmosfera Vakum 14 cm

(1) Rajah di sebelah menunjukkan sebuah barometer Gas X
merkuri ringkas yang diletakkan dalam sebuah makmal 40 cm
yang mempunyai tekanan atmosfera 76 cm Hg.
(a) Berapakah nilai h?

76 cm
(b) Berapakah panjang ruang vakum jika tiub kaca

(i) Diangkat ke atas setinggi 5 cm
19 cm

(ii) Ditolak masuk ke dalam sejauh 4 cm
10 cm

(c) Jika ketumpatan merkuri 1.36 x 104 kg m-3,
tentukan tekanan atmosfera dalam unit Pa.

Patm = hg = 1.36 ×104 × 0.76 × 10 = 10 3360 Pa

(2) Rajah menunjukkan sebuah barometer yang berada
di suatu tempat yang mempunyai tekanan atmosfera
76 cm Hg. Apabila gas X dimasukkan dalam ruang
vakumnya didapati tinggi merkuri 40 cm. Berapakah
tekanan gas X itu.

Pgas x = 76 cm – 40 cm

= 36 cm Hg

(3) Jika tekanan atmosfera 76 cm Hg, berapakah Gas 15 cm
tekanan gas yang ditunjukkan pada manometer di
sebelah?

Pgas = Patm + h (cm)

= 76 cm + 15 cm

= 91 cm Hg

(4) Berdasarkan rajah di sebelah; Air Minyak
(a) Mengapakah turus minyak petrol adalah lebih tinggi petrol

daripada air? Y

..K...e..t.u..m...p..a..t..a..n...m...i.n..y..a..k...p..e..t..r.o..l..<...k..e..t..u..m...p..a..t.a..n...a..i.r.............. 15 cm

(b) Apakah yang anda boleh katakan tentang tekanan X
di X dan tekanan di Y? 12 cm

.T...e..k..a.n...a..n...d..i..X...d...a..n...Y...a..d..a..l.a..h....s..a..m...a...i.a..i.t.u...P...a.t.m...................

(c) Hitung ketumpatan minyak petrol itu. AB
[ketumpatan air = 1 000 kg m-3]

minyak × hminyak × g = air × hair × g

minyak = 1000 0.12 800 kg m -3 Merkuri
0.15

99

(5) Sebuah barometer merkuri ringkas terdiri daripada satu tiub kaca yang
panjangnya 100 cm yang diisi dengan merkuri dan ditelangkupkan ke dalam bekas
berisi merkuri. Tinggi turus merkuri di dalam tiub kaca ditunjukkan dalam rajah.

P 9 cm
merkuri 76 cm

Q
R 10 cm

15 cm
S

(a) Apakah yang wujud di dalam ruang bertanda P?
...V..a..k..u...m.......................................................................................................................

(b) Berapakah tekanan dalam unit cm Hg
(i) Di titik Q
..........7..6...c..m.....H..g...........................................................................................................

(ii) Di titik R
..........7..6...c..m....+...1..0...c..m....=...8..6...c..m....H...g..............................................................................

(iii) Di titik S
.........7..6...c..m.....+...1..0...c..m....+...1..5...c..m....=...1..0..1...c..m.....H..g..............................................................

(c) Hitungkan tekanan atmosfera dalam unit Pa jika
ketumpatan merkuri 13.6 103 kg m-3. [1 Pa = 1 N m-2]

Patm = merkuri × hmerkuri × g
= 13.6 ×103 × 0.76 × 10 = 103 360 Pa

(d) Apakah yang terjadi kepada tinggi turus merkuri di atas permukaan merkuri
jika
(i) Tiub kaca diturunkan sedalam 5 cm?
...T..i.d..a..k...b...e..r.u..b..a..h...............................................................................................

(ii) Tiub kaca itu dicondongkan sedikit?
...T..i.d..a..k...b...e..r.u..b..a..h...............................................................................................

100

3.4 Aplikasi Prinsip Pascal

Prinsip Pascal Prinsip Pascal menyatakan bahawa tekanan yang
dikenakan ke atas sebarang titik dalam suatu bendalir
F yang tertutup akan dipindahkan kepada keseluruhan
bendalir secara seragam.
P
F Apabila suatu daya dikenakan bagi menekan
omboh, satu tekanan terhasil pada luas
permukaan omboh.

Tekanan dipindahkan kepada cecair secara
seragam dan ke semua arah.

Air terpancut melalui lubang ke semua arah
dengan jarak pancutan yang sama.

Ini menunjukkan tekanan dipindahkan secara
seragam dalam suatu bendalir yang tertutup.

Cara kerja Sistem Hidraulik

Omboh 1 Omboh 2
A1 A2

Satu daya kecil, F1 dikenakan ke atas luas permukaan omboh kecil, A1 akan
menghasilkan satu tekanan dalam cecair di omboh kecil P1.
Menurut prinsip Pascal, tekanan dalam cecair dipindahkan ke semua arah secara
seragam.
Oleh itu tekanan dalam omboh kecil, P1 = tekanan dalam omboh besar, P2.

P1 = P2

F1 F2
A1 A2

Tekanan pada omboh besar, P2 akan menghasilkan daya angkat, F2 yang besar
dan mampu mengangkat objek yang berat pada omboh besar.

Sistem hidraulik beroperasi dengan menggunakan cecair yang dikenakan suatu
tekanan.

Cecair yang digunakan bersifat tidak boleh dimampatkan dan tiada gelembung
udara terkandung di dalam cecair.

Cecair yang digunakan juga haruslah bersifat pelincir dan tidak mudah tersejat.

101

Aplikasi Prinsip Pascal

Jek Hidraulik

Pemegang Omboh besar
(output)
Takungan
minyak Omboh
kecil
(input)

Minyak
Injap Injap pelepas

Apabila pemegang diangkat, injap-injap tertutup dan menghalang minyak mengalir

ke omboh besar (output). Injap pada tangki minyak terbuka dan membenarkan

minyak memasuki omboh kecil (input).

Apabila pemegang ditekan ke bawah, injap-injap akan terbuka dan benarkan

minyak daripada omboh kecil bergerak ke arah omboh besar.

Pemindahan tekanan dari omboh kecil ke omboh besar berlaku menyebabkan daya

terhasil pada omboh besar untuk mengangkat beban besar. Injap pelepas

digunakan bagi mengalirkan minyak kembali ke tangki takungan seterusnya

menurunkan beban.

Brek hidraulik

Pedal Silinder
kaki brek pada

roda Tekanan

dipindahkan

Silinder Saluran Pad oleh cecair
utama brek brek brek

Omboh Omboh Minyak kasut Drum
besar besar brek brek

Omboh (output) (output)
kecil
(input) Omboh
Silinder

brek

Apabila pemandu menekan pedal kaki, omboh kecil ditolak ke dalam.
Tekanan akan dipindahkan secara seragam melalui cecair brek (minyak) daripada
silinder utama ke silinder brek pada roda.
Tekanan ini akan menolak kasut brek sehingga pad brek bersentuhan dan
bergeser dengan drum brek yang diperbuat daripada logam.
Geseran antara pad brek dan drum brek akan memperlahankan kereta sehingga
berhenti.
Apabila pedal kaki dilepaskan, spring akan menarik kasut brek dan pad brek
daripada bersentuhan dengan drum brek supaya kembali ke kedudukan asal.

102

Latihan 3.4 Aplikasi Prinsip Pascal

(1) Satu daya 20N bertindak ke atas F2 F1 A2
omboh kecil dalam sebuah jek hidraulik. A1
Jika luas permukaan omboh kecil dan
omboh besar masing-masing adalah 20 N 0.1 m 2 100 N
0.02 m2 dan 0.1 m2, berapakah daya pada 0.02 m 2
omboh besar?

(2) Satu daya 80 N dikenakan pada permukaan 80 N P
cecair dalam turus X melalui satu omboh yang Y
luas permukaannya 0.03 m2. Tentukan jisim
beban objek P yang dapat disokong oleh satu
omboh besar dengan luas permukaan 0.90 m2
dalam turus Y.

F1 W mg X
A1
F2 A2 m W
g
80 N
0.03 m 2 0.9 m 2 2 400 N 2 400 240 N
10
(3) Rajah menunjukkan sebuah jek hidraulik yang

dikenakan daya 20 N pada omboh kecil untuk

mengangkat sebuah kereta. Tentukan 20 N
(a) Tekanan pada omboh besar

(b) Berat kereta A2=10,000 mm2

(c) Tinggi omboh besar naik jika omboh kecil

ditolak ke bawah sejauh 0.04 m. A1=10 mm2

(a) P2 P1 20 N 2 N mm2
10 mm2

(b) F2 P2 A2 2 N mm2 10 000 mm2 20 000 N

(c) Isi padu cecair bertambah dalam omboh
besar = tinggi omboh besar × luas
Isi padu cecair berkurang dalam omboh kecil

isi padu cecair bertambah dalam omboh besar Tinggi omboh besar = 4.0 10 5 m
0.04 m 10 10 6 mm2
4.0 10 -7 mm3 Isi padu 4.0 10 -7 m 3
luas 10000 10 6 m2

(4) Rajah menunjukkan satu sistem hidraulik F= 40 N
ringkas.
Luas permukaan omboh kecil ialah 0.20 m2 dan
luas permukaan omboh besar ialah 0.80 m2.
Omboh besar

Daya yang bertindak pada omboh kecil ialah 40 N.

Hitungkan

(i) Tekanan yang dihasilkan oleh omboh Omboh kecil
kecil.

(ii) Daya F yang dihasilkan pada omboh F

besar. (ii) P1 P2 200 N m -2
F2 P2 A2 200 N m -2
(i) P1 F1 40 N 200 N m-2 F2 160 N 0.8 m 2
A1 0.20 m2

103

3.5 Aplikasi Prinsip Archimedes

Daya apungan/ Buoyant force Apabila suatu objek yang direndam separa atau
Berat sepenuhnya dalam suatu bendalir didapati berat
objek berkurangan.

Ini disebabkan terdapat satu daya yang
bertindak ke arah atas dan bertentangan dengan
arah berat ke bawah.

Daya apungan Daya ke arah atas ini dinamakan daya apungan.

Hubungan antara daya Daya apungan yang bertindak pada suatu objek
apungan dengan berat ketara menyebabkan objek kelihatan lebih ringan.

25 N Berat objek di udara ialah berat sebenar.
Berat objek yang terendam di dalam satu
15 N Air bendalir ialah berat ketara.
tersesar
Aras air Apabila objek di dalam air, objek mengalami dua
yang asal daya:
(a)Berat objek yang bertindak ke bawah.
(b)Daya apungan yang bertindak ke atas.

Daya apungan = kehilangan berat objek

Daya apungan = Berat sebenar – Berat ketara

Daya Isipadu Objek yang terendam dalam air akan
apungan bahagian objek mensesarkan air.

terendam Semakin besar isipadu objek terendam, semakin
besar isipadu air yang tersesar.

Isipadu cecair yang tersesar = isipadu bahagian
objek terendam.

Aktiviti 3.5: Mengkaji hubungan antara daya apungan dan berat bendalir tersesar

Neraca spring

Plastisin Bikar
Tin Eureka Neraca elektronik

Susunan radas
104

Prosedur:

Tuangkan air perlahan-lahan ke dalam tin eureka sehingga air melimpah keluar
melalui muncungnya.

Timbang bikar kosong dan letakkannya di bawah muncung tin eureka.

Timbang plastisin di udara menggunakan neraca spring dan catatkan beratnya.

Rendamkan plastisin sepenuhnya ke dalam air dengan perlahan-lahan.
Catatkan berat ketara plastisin.

Berat plastisin Berat plastisin dalam udara = x N (Berat sebenar)
dalam udara, x = ...................... (Berat ketara)
Berat plastisin dalam air = y N
Berat plastisin
dalam air, y = ........................ Berat bikar kosong =zN

Berat bikar Berat bikar + air tersesar = w N
Kosong, z = ........................
Daya apungan = Berat sebenar – Berat ketara
Berat bikar = ( x – y) N
+ air tersesar, w = ……………..
Berat air tersesar = (w – z) N
Daya apungan = ......................
Keputusan menunjukkan nilai: (x – y) = (w – z)
Berat air tersesar = .................. Maka,

Daya apungan = Berat air tersesar

Prinsip Archimedes Prinsip Archimedes menyatakan apabila satu
objek terendam sepenuhnya atau sebahagian
Daya Berat cecair dalam suatu bendalir (cecair atau gas), daya
apungan tersesar apungan yang bertindak ke atas objek itu
adalah sama dengan berat bendalir tersesar.

Daya apungan = Berat bendalir tersesar

Dalam cecair Isipadu udara tersesar pada belon udara panas
yang besar adalah lebih tinggi daripada belon
udara yang kecil.

Dalam udara Maka, berat udara tersesar lebih tinggi. Dengan
Ingat: itu belon udara yang besar akan naik lebih
Berat, W = mg tinggi kerana daya apungannya yang lebih
tinggi.
jisim,m
Ketumpatan, = Daripada prinsip Archimedes:

Isipadu, V Daya apungan = Berat bendalir tersesar
= mg
Di mana, = Vg
ialah ketumpatan bendalir
Daya apungan, FB = Vg
m ialah jisim bendalir tersesar
V ialah isipadu bendalir
tersesar

105

Persamaan 1. Daya apungan = Berat bendalir tersesar

daya apungan 2. Daya apungan = V g

3. Daya apungan = Berat objek di udara – Berat objek dalam air

Contoh 1:

Satu objek digantung pada satu neraca spring.

Kira

(a) Daya apungan yang bertindak ke atas objek

di dalam air.

Daya apungan = Berat objek di udara – Berat
objek dalam air
65 N – 30 N = 35 N

(b) Berat air yang disesarkan oleh objek

Berat air tersesar = Daya apungan
= 35 N

(c) Isipadu air yang disesarkan oleh objek. (d) Isipadu objek
(Ketumpatan air = 1000 kgm-3)
Vobjek = Vair tersesar
FB Vg Vobjek = 0.0035 m3

35 N = 1000 ×V ×10
V 35 0.0035 m 3

10000

Latihan 3.5 Penyelesaian masalah melibatkan Prinsip Archimedes

(1) Berat seketul batu ialah 2.5 N. Apabila ia terendam sepenuhnya, berat ketaranya
ialah 2.2 N. Kira ketumpatan cecair itu jika isipadu batu ialah 25 cm3.

FB = Berat objek di udara – Berat objek dalam air FB Vg
= 2.5 N – 2.2 N 0.3 2.5 10 -6 10
= 0.3 N
0.3 1200 kg m -3
2.5 10 -5

(2) Sebuah sfera logam berisipadu 5 x 10-4 m3 ditenggelamkan ke dalam air yang
berketumpatan 1 x 103 kgm-3. Berapakah daya apungan sfera itu?

FB Vg
1 10 3 5 10 -4 10
5N

(3) Berat suatu jasad di udara ialah 40 N dan beratnya dalam suatu cecair yang
berketumpatan 800 kgm-3 ialah 36 N. Berapakah isipadu jasad tersebut?

FB W sebenar - Wketara FB Vg
40 N - 36 N 4 800 V 10

4N V 4 0.0005 m 3
8000

106

Ketumpatan dan keapungan

Situasi 1: Daya apungan, FB = berat objek, W
Ketumpatan objek <

ketumpatan bendalir h

Objek terapung dan pegun

FB = V g
FB = Ah g

Situasi 2: Daya apungan, FB > berat objek, W
Ketumpatan objek <

ketumpatan bendalir

Objek bergerak ke atas aa
dengan pecutan

Situasi 3: Daya apungan, FB < berat objek, W
Ketumpatan objek >

ketumpatan bendalir

Objek tenggelam atau turun aa
ke bawah dengan pecutan

Kapal laut Aplikasi Prinsip Archimedes
Berat kapal = Berat air yang tersesar = daya apungan
Daya apungan
Sebongkah logam menyesarkan air dalam kuantiti
Berat yang kecil. Maka, daya apungan yang dihasilkan
Daya apungan adalah kecil. Oleh itu bongkah logam akan tenggelam
Logam ke dasar.
Berat
Kapal yang diperbuat daripada logam terapung di
permukaan air kerana isi padu air yang disesar oleh
kapal adalah tinggi. Maka, berat air tersesar adalah
tinggi.
Berat air tersesar yang tinggi menghasilkan daya
apungan yang sama dengan berat kapal. Oleh itu,
kapal terapung.
Bentuk badan kapal yang berbentuk larus
menghasilkan isipadu air tersesar yang tinggi bagi
menghasilkan daya apungan yang tinggi.

Sebagai langkah keselamatan, garis Plimsoll
ditandakan pada sisi kapal untuk menunjukkan aras
yang selamat bagi sebuah kapal membawa muatan
mengikut jenis perairan yang dilalui.

107

Hidrometer Hidrometer digunakan untuk menyukat ketumpatan suatu
cecair.
Batang

skala Hidrometer Asid bateri
Cecair kereta

Bebuli

udara Cecair berketumpatan Cecair berketumpatan
Pemberat
rendah tinggi
Kapal selam
Sebuah kapal selam mempunyai ruang khas yang
dinamakan tangki ballast. Semasa menyelam, tangki ballast
diisi dengan air untuk menambahkan berat keseluruhan
kapal selam itu sehingga melebihi daya apungan. Apabila
kapal selam ingin timbul di permukaan, air dalam tangki
ballast akan dipam keluar bagi mengurangkan berat
keseluruhan kapal selam.

Kapal selam

Tangki
ballast

Bukaan Air laut

Terapung Tenggelam

Belon udara panas Udara di dalam belon dipanaskan. Apabila udara dalam
belon menjadi panas, ketumpatannya berkurang
berbanding ketumpatan udara persekitaran yang lebih
sejuk.

Saiz belon yang besar dapat menyesarkan udara
persekitaran dalam jumlah yang tinggi.

Maka, daya apungan yang besar dihasilkan seterusnya
menaikkan belon itu ke altitud yang lebih tinggi.

108

3.6 Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli Prinsip Bernoulli menyatakan bahawa kawasan bendalir yang
bergerak dengan halaju yang lebih tinggi mempunyai tekanan
yang lebih rendah dan sebaliknya.

Aktiviti 1: Aktiviti menjana idea tentang prinsip Bernoulli

Apabila kertas ditiup di bahagian atas didapati kertas
terangkat ke atas. Ini kerana, apabila udara di bahagian
atas bergerak dengan halaju tinggi, udara di bahagian
atas kertas bertekanan rendah.

Manakala, tekanan udara di bahagian bawah kertas lebih
tinggi berbanding di bahagian atas. Perbezaan tekanan
ini menghasilkan daya angkat yang menggerakkan kertas
ke atas.

Aktiviti 2: Apabila udara di antara bola-bola ping pong ditiup, udara
bergerak dengan halaju tinggi. Ini menghasilkan kawasan
bertekanan rendah di antara bola-bola ping pong.

Tekanan atmosfera lebih tinggi daripada tekanan udara di
kawasan antara bola ping pong.

Perbezaan tekanan ini menghasilkan daya tolakan ke atas
kedua-dua bola ping pong dan mendekati antara satu
sama lain.

Bola ping pong Kawasan
tekanan
rendah

Tekanan biasa Tekanan biasa

Udara
ditiup

Aktiviti 3: Aliran air mewujudkan kawasan bertekanan rendah.

Aktiviti 4: Tekanan atmosfera lebih tinggi daripada tekanan di
kawasan aliran air.
Kawasan
tekanan Perbezaan tekanan yang wujud di antara dua kawasan ini
rendah menghasilkan satu daya yang menolak bola ping pong ke
arah aliran air yang bertekanan lebih rendah.
Patm
Apabila udara ditiup melalui penyedut minuman, udara
Air itu mengalir dengan halaju tinggi dan menghasilkan
kawasan bertekanan rendah di hujung penyedut
minuman.

Tekanan atmosfera yang lebih tinggi di permukaan air
akan menolak dan memaksa air naik melalui penyedut
minuman.

Apabila air itu tiba di atas penyedut minuman yang tegak,
ia dibawa bersama oleh pancutan udara untuk
menghasilkan satu semburan air yang halus.

109

Aplikasi prinsip Perbezaan tekanan bendalir di antara dua kawasan akan
Bernoulli menghasilkan satu daya paduan pada satu arah tertentu.
Aerofoil
Bentuk aerofoil pada sayap kapal terbang
Tekanan menyebabkan aliran udara lebih laju di bahagian atas
rendah berbanding dengan di bahagian bawahnya.
Tekanan udara di bahagian atas menjadi lebih rendah
Tekanan berbanding tekanan udara di bahagian bawah sayap.
tinggi Perbezaan tekanan ini menghasilkan satu daya paduan
iaitu daya angkat.
Daya angkat akan bertindak ke atas permukaan sayap
kapal terbang.
Semakin besar luas permukaan bawah sayap kapal
terbang, semakin besar daya angkat akan dihasilkan.

Daya angkat

Tekanan rendah

Aliran udara laju

Aliran udara perlahan

Tekanan tinggi

Penunu Bunsen Apabila penunu Bunsen disambung kepada bekalan
gas, gas terpancut keluar melalui jet dengan kelajuan
Udara Gas tinggi.
terpancut Ini menghasilkan suatu kawasan R yang bertekanan
rendah sekitar jet itu.
R Udara dari luar pada tekanan atmosfera yang lebih
tinggi seterusnya disedut masuk ke kawasan R.
gas Gas yang bercampur dengan udara yang masuk boleh
terbakar untuk menghasilkan nyalaan yang lebih panas
Botol minyak wangi dan kurang berkilau.

Apabila pam getah dipicit, udara terpancut keluar
dengan halaju tinggi melalui muncung sempit.
Ini menghasilkan kawasan bertekanan rendah di sekitar
muncung.
Tekanan dalam botol yang lebih tinggi menekan minyak
wangi supaya naik ke atas melalui tiub saluran.
Minyak wangi yang bercampur dengan udara akan
dikeluarkan sebagai semburan halus.

110

Kereta lumba Kereta lumba mempunyai aerofoil terbalik supaya
Daya ke bawah dapat menghasilkan daya ke bawah, sekali gus

meningkatkan kestabilan kereta.

Bola ping pong Apabila bola bergerak melalui udara, ia akan
Tekanan tinggi mengalami geseran udara yang mengakibatkannya
berputar.
Aliran udara Putaran bola akan menghasilkan dua kawasan
berhalaju udara tinggi dan rendah.
Tekanan Maka, akan wujud kawasan bertekanan tinggi dan
rendah Daya bertekanan rendah. Oleh itu, bola bergerak ke arah
kawasan bertekanan rendah.
Penyembur racun serangga
Apabila udara di dalam omboh dipaksa keluar dengan
Omboh Muncung halaju tinggi maka akan wujud kawasan bertekanan
rendah di bahagian muncungnya.
Tekanan Tekanan atmosfera yang lebih tinggi akan menekan
cecair dan cecair akan naik melalui salur logam dan
rendah tersembur semasa omboh ditekan.

Tekanan Salur
atmosfera logam

Latihan 3.6 Prinsip Bernoulli
(1) Tandakan aras air pada setiap turus berdasarkan Prinsip Bernoulli.

P QR PQ R PQ R
air air air air

VP < VQ < VR VP < VR < VQ VQ < VP = VR
PP > PQ > PR PP > PR > PQ PQ > PP = PR

(a) (b) (c)

Udara Udara udara
PQ R P QR P QR

VP < VQ < VR VP < VR < VQ VQ < VP = VR
PP > PQ > PR PP > PR > PQ PQ > PP = PR

(d) (e) (f)

111

(2) Rajah menunjukkan keratan rentas sayap kapal terbang.

Aliran
udara

Berdasarkan rajah;
(i) Namakan bentuk keratan rentas sayap kapal terbang itu.

.....B..e..n..t..u..k...A..e..r..o..f.o..i.l.....................................................................................................
(ii) Terangkan bagaimana kapal terbang boleh terangkat dari landasan apabila ia

bergerak dengan laju semasa berlepas.
..U..d..a..r..a...d..i..s..e..b..e..l.a..h...a..t.a..s...a...e.r..o..f.o..i.l..m....e..n..g..a..l.i.r..d...e..n..g..a..n...c..e..p..a..t...d..a..n...m...e..n..g...h..a..s..i.l.k..a..n........
.k..a..w...a..s..a..n...t.e..k..a..n..a..n....r.e..n..d..a..h......U..d..a..r..a...d..i..s..e..b..e..l.a..h...b...a..w..a..h....a..e..r.o..f.o...i.l..m...e..n..g..a..l.i.r...d..e..n..g..a..n...
.p..e..r.l.a..h..a..n....m...e..n..g..h..a..s..i.l.k..a..n....k..a..w..a..s..a..n....b..e..r.t.e..k..a..n...a..n...t.i.n..g..g...i.....P..e..r.b...e..z.a..a..n....t.e..k..a..n..a..n...i.n..i....
m....e..n..y..e..b..a..b..k..a..n...d...a..y..a...a..n..g..k..a..t..k..e...a..t.a..s...t..e..r.h..a..s..i.l....D...a..y..a...a..n..g..k..a..t..y..a..n...g...l.e..b..i.h...b..e..s..a..r.......
.d..a..r.i.p..a..d...a...b..e..r.a..t..k..a..p...a..l..t.e..r.b..a..n...g...m...e..n..g..a..n...g..k..a..t..k..a..p..a..l..t.e..r..b..a..n..g...s..e..m....a..s..a...b..e..r.l.e..p..a..s........
(iii) Berikan contoh-contoh lain aplikasi prinsip Bernoulli dalam kehidupan

harian.
.P...e..n..u..n..u...b...u..n..s..e..n..,..P...e..n..y..e..m...b..u..r...m...i.n..y..a..k...w...a..n..g..i..d...a..n...k..i.p..a..s...h..a..l.i.k..o..p...t.e..r......................
(3) Sebuah kapal terbang yang berjisim 3.6 × 105 kg dan mempunyai jumlah luas
permukaan 460 m2 berada pada aras ketinggian yang tetap.
(i) Tentukan daya paduan yang bertindak ke atas kapal terbang itu.

(ii) Hitung berat kapal terbang itu.
W = mg = 3.6 × 105 × 10 = 3.5 × 106 N

(iii) Tentukan daya angkat yang bertindak ke atas kapal terbang itu.
Berat = daya angkat =3.5 × 106 N

(iv) Berdasarkan jawapan di (iii), hitung perbezaan tekanan di antara permukaan
atas dengan bawah sayap kapal terbang itu.

Perbezaan tekanan, P F 3.6 106 7826.09 Pa
A 460

112