BAB 6 Tenaga dan Kuasa

SSM 1012 SAINS

TOPIK 6.0
TENAGA DAN KUASA

HASIL PEMBELAJARAN

1. Memahami dan mengaplikasikan konsep tenaga dalam
sistem mekanik

2. Memahami dan mengaplikasikan konsep tenaga dalam
sistem elektrik

3. Memahami dan mengaplikasikan konsep tenaga dalam
sistem terma

4. Memahami dan mengaplikasikan konsep kuasa dalam
sistem mekanik

5. Memahami dan mengaplikasikan konsep kuasa dalam
sistem elektrik

SUBTOPIK 6.1

TENAGA DALAM SISTEM
MEKANIK

Pengenalan Konsep tenaga

 Tenaga ditakrifkan sebagai keupayaan atau kebolehan
untuk melakukan kerja

 Unit SI bagi tenaga ialah Joule (J)
 Terdapat pelbagai jenis tenaga dalam kehidupan,

contohnya : tenaga cahaya, tenaga elektrik, tenaga mekanik,
tenaga nukleur, dan tenaga haba.

Tenaga TIDAK BOLEH DICIPTA ATAU
DIMUSNAHKAN.
Tenaga hanya boleh DIUBAH DARI SATU
BENTUK KE SATU BENTUK YANG LAIN

Bentuk – bentuk Tenaga

Tenaga Keupayaan Graviti

 Tenaga yang tersimpan dalam suatu objek kerana
kedudukannya pada altitude/ketinggian yang tertentu.

 Contohnya:

Tenaga Keupayaan Graviti

 Formula bagi menghitung tenaga keupayaan graviti ialah:

dimana : E = mgh

E =Tenaga Keupayaan Graviti dalam unit Joule (J)

m = Jisim objek dalam unit kilogram (kg)

g = pecutan graviti dalam unit kgms-2

h = ketinggian/kedudukan objek dalam unit meter (m)

Tenaga Keupayaan Graviti adalah bergantung kepada nilai jisim objek
dan kedudukan/ketinggian objek

Soalan Pengukuhan 1

Sebatang konkrit berjisim
1600kg dinaikkan secara
mencangcang menggunakan
sebuah kren. Berapakah
tenaga keupayaan konkrit
tersebut setelah dinaikkan
setinggi 20m?

Penyelesaian
Soalan Pengukuhan 1

Kedudukan ketinggian Konkrit, h = 20 m
Jisim Konkrit, m = 1600 kg
Nilai pecutan graviti, g = 10 ms-2

E = mgh
= 1600kg X 10ms-2 X 20m
= 320,000 Joule

Soalan Pengukuhan 2

Seorang pekerja berjisim 50 kg menaiki lif ke tingkat 10
suatu bangunan. Jika ketinggian tingkat 10 dari aras bawah
ialah 40 m. Kirakan pertambahan dalam tenaga keupayaan
gravitinya

Penyelesaian
Soalan Pengukuhan 2

Kedudukan ketinggian pekerja, h = 40 m
Jisim pekerja, m = 50 kg
Nilai pecutan graviti, g = 10 ms-2

E = mgh
= 50kg X 10ms-2 X 40m
= 20,000 Joule

Tenaga Keupayaan Kenyal

 Tenaga yang tersimpan dalam suatu jasad/ objek yang
boleh diregang atau dimampatkan.

 Contoh objek yang memiliki tenaga keupayaan kenyal
ialah:

Tenaga Keupayaan Kenyal

Tenaga Keupayaan Kenyal

 Formula bagi menghitung tenaga keupayaan kenyal ialah:

dimana : E = ½ Fx

E =Tenaga Keupayaan Kenyal dalam unit Joule (J)

F = Daya yang dikenakan pada objek dalam unit

newton (N)

x = sesaran objek dalam unit meter (m)

Soalan Pengukuhan 3

Satu daya 5N meregangkan
sebuah spring sebanyak
2cm. Hitungkan tenaga
keupayaan yang tersimpan
di dalam spring tersebut.

Penyelesaian
Soalan Pengukuhan 3

Diberi,
Daya regangan ke atas spring, F = 5N
Sesaran spring, x =2 cm = 0.02m

= 1 F
2
1
= 2 X 5 X 0.02m

= 0.05 Joule

Soalan Pengukuhan 4

Rajah menunjukkan satu spring
yang panjang asalnya ialah
14 cm.Apabila dikenakan daya
sebanyak 15N, panjang spring
menyusut menjadi 10cm.
Berapakah nilai tenaga
keupayaan yang tersimpan
dalam spring?.

Penyelesaian
Soalan Pengukuhan 4

Diberi,
Daya mampatan ke atas spring, F = 15N
Sesaran spring, x = 14 cm – 10 cm = 4 cm

= 0.04m

= 1 F
2
1
= 2 X 15 X 0.04m

= 0.3 Joule

Tenaga Kinetik Linear

 Tenaga yang dimiliki oleh suatu objek yang sedang
bergerak secara linear (lurus).

 Contoh jasad/ objek yang memiliki tenaga kinetik linear:

Atlit yang
sedang berlari

Tenaga Kinetik Linear

 Formula bagi menghitung tenaga kinetik linear ialah:

E = ½ mv2

dimana :
E =Tenaga Kinetik Linear dalam unit Joule (J)
m = jisim objek dalam unit kilogram (kg)
v = halaju objek dalam unit meter per saat (m/s)

Soalan Pengukuhan 5

Sebiji bola berjisim 1500g bergerak dengan halaju
4ms-1. Berapakah tenaga yang dimiliki oleh bola itu?

Penyelesaian
Soalan Pengukuhan 5

Diberi,
Jisim bola, m = 1500g = 1.5kg
Halaju bola, = 4m/s

E = 1 2
2
1
= 2 X 1.5kg X(4m/s)2

= 12 Joule

Soalan Pengukuhan 6

Seorang atlit pecut berjisim 65kg telah memenangi acara
larian 100m dengan catatan halaju sebanyak 10.2ms-1.
Berapakah tenaga yang dimiliki oleh atlit pecut tersebut?

Penyelesaian
Soalan Pengukuhan 6

Diberi,
Jisim atlit, m = 65kg
Halaju atlit, = 10.2m/s

E = 1 2
2
1
= 2 X 65kg X(10.2m/s)2

= 3381.3 Joule

Tenaga Keupayaan Graviti
vs
Tenaga Kinetik

Momen Inersia

Apabila suatu objek berputar
pada suatu paksi tetap,
wujud momen inersia pada
objek itu.

Contohnya, gasing yang
sedang berputar.

Momen Inersia, I biasanya disebut sebagai jisim putaran dan
unitnya ialah kilogram meterpersegi (kgm2)

Momen Inersia

 Formula bagi menghitung momen inersia ialah:

dimana : I = m X r2

I = Momen Inersia dalam unit kilogram meterpersegi

(kgm2)

m = jisim objek dalam unit kilogram (kg)

r = Jarak dari paksi putaran dalam unit meter (m)

Tenaga Kinetik Putaran

 Setiap jasad yang bergerak menghasilkan tenaga kinetik.

 Pengukuran tenaga
kinetik putaran berbeza
dengan linear kerana
perlu mengambil kira
nilai momen inersia
dan sudut (radian)
putaran jasad itu.

Tenaga Kinetik Putaran

 Formula bagi menghitung tenaga kinetik putaran ialah:

E = ½ IꙌ2

dimana :
E =Tenaga Kinetik Putaran dalam unit Joule (J)
I = momen inersia dalam unit kilogram meterpersegi
(kgm2)
Ꙍ = halaju sudut dalam unit radian per saat (rad/s)

Soalan Pengukuhan 7

Sebuah kipas sedang berputar dengan kelajuan sudut 2 rad
per saat. Ia mempunyai momen inersia 30 kgm2 . Kirakan
tenaga kinetik putarannya.

Penyelesaian
Soalan Pengukuhan 7

Diberi,

halaju sudut, Ꙍ = 2 rad/saat

Momen inersia, = 30 kgm2

E = 1 Ꙍ2
2
1
= 2 X 30kgm2 X(2rad/s)2

= 60 Joule

SUBTOPIK 6.2

TENAGA DALAM SISTEM
ELEKTRIK

Kapasitor (Pemuat)

 Kapasitor/pemuat merupakan satu komponen atau peranti
elektronik yang berfungsi untuk menyimpan tenaga
elektrik .

• Kapasitor terdiri daripada dua plat konduktor yang
disusun bertentangan antara satu sama lain dan
dipisahkan oleh bahan penebat yang dipanggil dielektrik.

Penebat (dielektrik)

Plat konduktor

Kapasitor (Pemuat)

 Secara umum, terdapat 2 jenis kapasitor iaitu:
a. Kapasitor Tetap
b. Kapasitor Boleh Ubah

 Tenaga elektrik yang
disimpan di dalam kapasitor
berbentuk cas di mana satu
plat akan mempunyai
cas negatif (-ve) dan plat lain
mempunyai cas berlawanan iaitu cas positif (+ve)

Jenis-jenis Kapasitor

Simbol Kapasitor dalam litar Elektrik

Kapasitan (Kemuatan)

 Kapasitan ialah sifat suatu kapasitor untuk menyimpan
tenaga elektrik.

 Ia juga boleh ditakrifkan sebagai kuantiti atau jumlah cas
elektrik yang diperlukan untuk mengadakan satu
perbezaan upaya di antara dua platnya

 Kuantiti dan lamanya tenaga yang boleh disimpan dalam
kapasitor bergantung kepada nilai kapasitan.

 Unit bagi kapasitan ialah Farad (F).

 1 Farad bermakna suatu kapasitor boleh menyimpan 1
coulomb cas elektrik apabila voltan dibekalkan pada
kapasitor itu ialah 1 volt

Kapasitan (kemuatan)

 Formula bagi menghitung kapasitan suatu kapasitor ialah:

c=Q/v

dimana :
c = Kapasitan dalam unit Farad (F)
Q = kuantiti cas dalam unit coulomb (C)
v = voltan/beza keupayaan dalam unit volt(v)

Tenaga Yang Disimpan Dalam
Kapasitor

 Tenaga yang disimpan dalam kapasitor adalah dalam
bentuk Tenaga Keupayaan Elektrik.

 Tenaga keupayaan elektrik yang tersimpan dalam kapasitor
boleh dihitung menggunakan rumus:

= 1 2
2

Ep – Tenaga Keupayaan Elektrik dalam unit Joule (J)
c – Kapasitan dalam unit Farad (F)

v – voltan /beza keupayaan dalam unit volt (v)

Soalan Pengukuhan 8

Beza keupayaan sebanyak 20V telah melalui satu kapasitor
pada kadar 1.5F untuk mengecaskannya. Kirakan tenaga
keupayaan yang tersimpan dalam kapasitor itu.

Penyelesaian
Soalan Pengukuhan 8

Diberi,
beza keupayaan, v = 20
kapasitan, = 1.5

Tenaga Keupayaan Elektrik yang tersimpan dalam kapasitor,

= 1 2
2
1
= 2 X 1.5 X(20V)2

= 300 Joule

Kapasitor
(charging & discharge)

Induktor (Pearuh)

 Induktor/pearuh merupakan komponen elektrik yang
menghasilkan arus elektrik daripada medan magnet yang
berubah.

 Ia adalah satu solenoid yang menghasilkan medan magnet
apabila arus mengalir melaluinya.

 Semasa tiada arus mengalir medan magnet yang terhasil
akan berkurang sehingga tiada.

 Ini menghasilkan suatu perubahan fluks magnet yang
mengaruhkan arus elektrik yang bertentangan arah dalam
litar

Simbol Induktor Dalam Litar Elektrik

Induktans (Kearuhan)

 Induktans (atau kearuhan) merupakan nisbah fluks magnet
kepada arus elektrik yang mengalir dalam sesuatu pengalir.

 Arus elektrik, I yang mengalir dalam litar elektrik
menghasilkan medan magnet dan selanjutnya fluks magnet

 Unit SI induktans ialah Henry (H).

Induktans (Kearuhan)

 Formula bagi menghitung induktans suatu induktor ialah:

L = vL
dI/dt
dimana :

L = Induktans dalam unit Henry (H)

VL = Voltan diantara induktor dalam unit Volt
dI/dt = kadar perubahan arus dalam unit Ampere

per saat

Tenaga Yang Disimpan Dalam Induktor

 Tenaga yang disimpan dalam induktor adalah dalam bentuk
Tenaga Keupayaan Elektrik.

 Tenaga keupayaan elektrik yang tersimpan dalam induktor
boleh dihitung menggunakan rumus:

EL = ½ LI2

EL – Tenaga Keupayaan Elektrik dalam unit Joule (J)
L – Induktans dalam unit Henry (H)

I – arus alektrik dalam unit Ampere (A)

Soalan Pengukuhan 9

Arus sebanyak 5A telah melalui satu induktor pada kadar
0.2 H. Kirakan tenaga keupayaan yang tersimpan dalam
induktor itu..

Penyelesaian
Soalan Pengukuhan 9

Diberi,
arus elektrik, I = 5A
Induktans, = 0.2

Tenaga Keupayaan Elektrik yang tersimpan dalam Induktor,
EL = ½ LI2
1
= 2 X 0.2 X(5A)2

= 2.5 Joule

Kegunaan Kapasitor

Antara kegunaan kapasitor dalam litar elektrik dan
elektronik ialah:
i. Litar penala frekuensi gelombang radio (tuner)

ii. Litar penapis pada pembekal kuasa (noise filter)

iii. Litar penghapus percikan api dlm sistem nyalaan enjin
kereta

iv. Litar “flash” kamera