2.5 Prinsip Archimedes Bab 2 Tekanan Fizik Tingkatan 5 KSSM Belajar bersama : Cikgu Najwa
Standard Pembelajaran : Murid dapat : 2.5.1 memerihalkan perkaitan antara daya apungan dengan perbezaan tekanan cecair pada aras kedalaman yang berbeza bagi objek yang terendam. 2.5.2 mengaitkan keseimbangan daya dengan keadaan keapungan suatu objek dalam bendalir. 2.5.3 berkomunikasi tentang aplikasi prinsip Archimedes dalam kehidupan. 2.5.4 menyelesaikan masalah yang melibatkan prinsip Archimedes dan keapungan.
Istilah penting : Kata kunci Daya apungan Berat bendalir disesarkan Kehilangan berat ketara Berat objek Keadaan keapungan Takrifan Prinsip Archimedes Aplikasi Kapal laut dan garis Plimsoll Hidrometer Kapal selam Belon udara panas 01 02 03
Jom beraktiviti…
Daya apungan Plastisin di dalam bekas berisi air Jom perhatikan…
Perkaitan Daya apungan dengan Perbezaan tekanan cecair 01
Tujuan : Membincangkan daya apungan bagi objek yang terendam di dalam cecair h1 h2 Permukaan atas silinder Permukaan bawah silinder
Daya apungan Daya yang bertindak ke atas apabila terdapat perbezaan tekanan antara permukaan atas dengan permukaan bawah suatu objek yang terendam di dalam suatu cecair. Daya apungan
Tekanan pada permukaan atas, P1 = h1 ρ g Daya yang bertindak pada permukaan atas, F1 = P1 A = h1 ρ g A Tekanan pada permukaan bawah, P2 = h2 ρ g Daya yang bertindak pada permukaan bawah, F2 = P2 A = h2 ρ g A Daya paduan, F (arah ke atas) = F2 – F1 = h2 ρ g A - h1 ρ g A = ρ A ( h2 - h1 ) g = ρ A h g = ρ V g Daya paduan ini dinamakan daya apungan, FB . h Daya, F1 Daya, F2 h1 h2 Luas permukaan, A Silinder yang terendam sepenuhnya di dalam suatu cecair
menyatakan bahawa objek yang terendam sebahagian atau sepenuhnya di dalam suatu bendalir mengalami daya apungan yang sama dengan berat bendalir yang disesarkan Prinsip Archimedes
Daya apungan = Berat bendalir yang disesarkan FB = ρ V g
Eksperimen 2.3 Inferens : Daya apungan bergantung pada berat cecair yang disesarkan Hipotesis : Semakin besar berat cecair yang disesarkan, semakin besar daya apungan Tujuan : Menentukan hubungan antara daya apungan dengan berat cecair yang disesarkan (a) Dimanipulasikan : Berat air yang disesarkan (b) Bergerakbalas : Daya apungan (c) Dimalarkan : Ketumpatan air Pemboleh ubah :
Keputusan : Berat di udara, WU/N Berat di dalam air, WA/N Berat air yang disesarkan, WS /N Daya apungan, FB = WU –WA / N 1.0 0.80 0.20 0.20 2.0 1.75 0.24 0.25 3.0 2.65 0.35 0.35 4.0 3.50 0.51 0.50 5.0 4.40 0.60 0.60 Analisis data : Perbincangan : 1. Pemberat berslot yang direndam ke dalam air mengalami daya apungan dalam arah ke atas 2. Berat di dalam air lebih kecil daripada berat di udara 3. Pemberat berslot mengalami kehilangan berat ketara 4. Kecerunan graf bernilai 1.0 menunjukkan daya apungan sama dengan berat air yang disesarkan. Graf WS melawan FB Kecerunan graf = 0.6 0.6 = 1.0 Kesimpulan : Daya apungan berkadar terus dengan berat air yang disesarkan Daya apungan sama dengan berat air yang disesarkan
Objek di udara Berat sebenar objek Objek di rendam ke dalam cecair Berat ketara objek Objek menyesarkan cecair Isi padu cecair disesarkan = Isi padu bahagian objek yang terendam di dalam cecair Objek kehilangan berat ketara Kehilangan berat ketara = Berat objek di udara – Berat objek di dalam cecair Daya apungan ke atas bertindak pada objek Daya apungan = Berat cecair yang disesarkan = Kehilangan berat ketara Aliran dan hubungan antara daya apungan dan berat cecair disesarkan
Hubung kait Keseimbangan Daya dengan Keadaan Keapungan 02
Keadaan keapungan suatu objek dalam bendalir Keadaan objek Objek terapung pegun Objek bergerak ke bawah dengan pecutan, a Objek bergerak ke atas dengan pecutan, a Rajah Berat objek, W W = FB W > FB W < FB Daya paduan, F F = 0 F bertindak ke bawah F bertindak ke atas Keseimbangan daya Ada Tiada Tiada
Daya apungan Berat kapal Bahagian kapal yang terendam di bawah air akan menyesarkan air Kapal terapung di permukaan laut - Kapal berada dalam keseimbangan daya, daya paduan = 0 Berat kapal = daya apungan - Berdasarkan Prinsip Archimedes, Daya apungan = Berat air yang disesarkan Berat kapal = Berat air laut disesarkan Isi paduair laut yang disesarkan = Isi padu bahagian kapal yang terendam dalam air laut
Aplikasi Prinsip Archimedes 03
Hidrometer Kapal selam Kapal laut dan garis Plimsoll Belon udara panas Aplikasi Prinsip Archimedes :
1 Hidrometer - Alat pengukur ketumpatan cecair - Terapung pada aras kedalaman yang berbeza dalam cecair yang berlainan ketumpatan - Apabila hidrometer terapung pegun di dalam suatu cecair, berat cecair yang disesarkan adalah sama dengan berat hidrometer tersebut. Cecair kurang tumpat Cecair lebih tumpat - Di dalam cecair yang kurang tumpat, bahagian hidrometer yang tenggelam di bawah permukaan cecair adalah lebih besar untuk menyesarkan isi padu cecair yang lebih besar, dan sebaliknya. - Digunakan di kilang susu - Menguji kecairan susu - Julat : 1.000 –1.240 g cm-3
2 Kapal selam - Boleh menyelam ke dalam laut dan kemudian naik semula ke permukaan laut. - Prinsipkerja tangki balast dalam kapal selam. - Prinsipkerja tangki balast dalam kapal selam adalah mirip kepada penyelam Cartesian. - Kapal ini menyelam ke dalam laut dengan memasukkan air ke dalam tangki balast : W > FB - Untuk timbul di permukaan lautan, udara termampat digunakan untuk memaksa air keluar dari tangki balast : FB > W.
3 Kapal laut dan garis Plimsoll - Sebuah kapal laut yang diperbuat daripada logam boleh terapung di atas permukaan laut; FB = W Berat kapal = Daya apungan = Berat air disesarkan - Garis Plimsoll : - ditanda pada sisi kapal adalah untuk menunjukkan kedalaman rendaman kapal yang selamat untuk belayar. - sebagai garis panduan tentang berat beban boleh dibawa oleh kapal dalam air yang mempunyai ketumpatan berbeza.
4 Belon udara panas - Pembakar dinyalakan untuk memanaskan udara di dalam belon; ρ udara dalam belon < ρ udara di luar belon Daya apungan, FB Berat belon, W - Belon akan naik keudara; W < FB - Belon turun apabila udara panas dikeluarkan dengan memadamkan pembakar dan tali injap payung terjun di tarik; W > FB
04 Penyelesaian Masalah berkaitan Prinsip Archimedes dan keadaan keapungan
Apabila suatu objek berada dalam bendalir : Daya apungan = berat bendalir yang disesarkan FB = ρ V g Apabila suatu objek terapung pegun dalam suatu bendalir : Daya apungan = berat objek = berat bendalir yang disesarkan FB = W = ρ V g Menyelesaikan masalah yang melibatkan Prinsip Archimedes dan keapungan
1 Rajah di sebelah menunjukkan garis L pada sebuah bot. Isi padu bot di bawah garis tersebut ialah 2.8 m3 . Jisim bot ialah 600 kg. Berapakah berat muatan maksimum yang boleh dibawa oleh bot itu ? [Ketumpatan air, ρ = 1000 kg m-3 dan pecutan graviti, g = 9.81 m s-2 ] Penyelesaian :
2 Gambar foto disebelah menunjukkan sebuah rakit terapung di laut. Jisim rakit itu ialah 54 kg dan ketumpatan air laut ialah 1 080 kg m-3 . [Pecutan graviti, g = 9.81 m s-2 ] (a) Berapakah berat rakit itu ? (b) Bandingkan berat rakit itu dengan berat air laut yang disesarkan. (c) Hitungkan isi padu air yang tersesar oleh rakit itu Penyelesaian :
Rantaian Konsep Prinsip Archimedes : menyatakan bahawa objek yang terendam sebahagian atau sepenuhnya di dalam suatu bendalir mengalami daya apungan yang sama dengan berat bendalir yang disesarkan Daya apungan, F = ρ V g Keadaan keapungan berat objek, W Terapung pegun Bergerak ke bawah dengan pecutan Bergerak ke atas dengan pecutan Aplikasi • Kapal laut dan garis Plimsoll • Kapal selam • Belon udara panas W = F W > F W < F
Selesaikan…
Terima Kasih Selamat Maju Jaya