Bab 1 - Pengenalan Fizik

Apa Itu Fizik ?

Perkataan fizik (physics) berasal dari perkataan Greek 'physikos' yang bermakna 'pengetahuan tentang alam semula jadi'.

Tujuan pembelajaran fizik adalah untuk menjelaskan sifat asas alam semesta dengan menggunakan penjelasan yang paling mudah.

Secara umum, fizik membantu kita untuk mencari jawapan kepada persoalan 'mengapa (why)?' dan 'bagaimana (how)?' berhubung dengan misteri-misteri alam semesta.

Soalan 'mengapa?' memerlukan satu alasan atau sebab untuk diberikan. Soalan yang berbunyi 'mengapa air mengalir?' adalah lebih sukar untuk dijawab berbandingdengan soalan 'bagaimana air mengalir?'. 

Jawapan kepada soalan 'mengapa?' selalunya bermula dengan perkataan 'kerana (cause)', atau 'disebabkan oleh (due to)'.

Soalan 'bagaimana?' memerlukan penjelasan cara fenomena itu berlaku. Sebagai contoh, 'bagaimana komputer berfungsi?' dan 'bagaimana televisyen menghasilkan imej bergerak?'.

Manusia selalunya tidak sabar-sabar dalam memahami sesebuah fenomena semulajadi. Semenjak awal lagi, manusia mempunyai minat yang mendalam terhadap  keajaiban alam sekitar. Keadaan ini menerangkan tentang  kepentingan manusia dalam memahami bagaimana suatu perkakas (appliance) itu beroperasi.

Kebanyakan fenomena semula jadi boleh diterangkan dengan menggunakan prinsip-prinsip fizik. Sebagai contoh:

• Kita tidak boleh melihat sesuatu objek di sebalik dinding kerana cahaya bergerak dalam garis lurus.

Rumput kelihatan hijau kerana daun rumput menyerap semua spektrum (spectrum) warna kecuali warna hijau. Cahaya hijau dibalikkan, oleh itu rumput kelihatan hijau.


Bidang Kajian Dalam Fizik

1)Pada asalnya,fizik ialah kajian mengenai tenaga,kelakuan dan struktur jirim.

2)Bidang fizik dapat dibahagikan kepada fizik klasik dan fizik moden.

3)Fizik klasik termasuklah bidang daya & gerakan jasad,sifat bendalir,tenaga haba,bunyi,cahaya,elektrik dan keelektromagnetan.

4)Fizik moden pula meliputi kerelatifan,struktur atom,fizik nuklear,jirim asas dan fizik astro.

5)Penyiasatan fizik moden melibatkan kajian dari skala pemerhatian yang sangat besar seperti bintang dan planet di cakerawala hingga ke zarah-zarah seni yang terkandung dalam atom seperti proton dan neutron.

6)Ilmu fizik dibahagikan kepada bidang-bidang kajian yang berlainan.
   -Daya dan gerakan------->Menyiasat tindakan daya dan tindakan.
   -Haba------->Mempelajari kesan haba ke atas pelbagai jenis jirim.
   -Cahaya------->Menerangkan pelbagai fenomena yang berkaitan cahaya.
   -Gelombang------->Memahami sifat-sifat pelbagai jenis gelombang dan kegunaannya.
   -Eletrik dan Keelektromagnetan------->Menyiasat saling tindakan antara medan eletrik dengan      medan magnet.
   -Elektronik------->Mempelajari kegunaan alatan elektronik dalam pelbagai bidang.
   -Fizik nuklear------->Mempelajari tenaga nuklear dan aplikasinya.


Sumbangan Bidang Fizik Kepada Manusia

Berikut adalah beberapa penemuan utama dalam bidang fizik dan bagaimana ianya memberi manfaat kepada manusia.

1896-1898: Penemuan radioaktif.

Pada tahun 1896, ahli fizik Perancis Antoine Henri Becquerel telah menemui bahawa uranium memancarkan radiasi yang boleh menembusi. Dua tahun kemudian, rakan-rakannya marrie dan Pierre Curie pula menemui dua lagi unsur-unsur radioaktif, yang mereka namakan radium dan polonium. Pelepasan radioaktif, positif (alfa), negatif (beta) dan neutral (gamma) telah berjaya diasingkan daripada radium.

1897: Penemuan elektron.

Penyelidik British Joseph John Thomson menemui kehadiran zarah yang bercas negatif yang dipanggil elektron dalam tiub yang dipindahkan dibawah voltan tinggi. Elektron ini adalah penemuan pertama zarah yang benar-benar boleh dibahagikan.

1901: Gelombang elektromagnet merentasi Lautan Atlantik.

Seorang jurutera elektrik Itali, Guglielmo Marconi dengan gelombang radas 'wireless' menghasilkan radio yang dikesan merentasi Lautan Atlantik. Dalam masa beberapa tahun, radio telah digunakan secara meluas oleh kapal-kapal yang belayar di laut.

1903: Wright bersaudara telah membina dan berjaya menerbangkan kapal terbang berkuasa enjin yang pertama.

1905: Teori relativiti.

Albert Einstein menerbitkan teori khas berkenaan relativiti pada satu postulat bahawa kelajuan cahaya adalah bebas (independent) daripada usul sumbernya dan gerakan pemerhati. Tiada apa jua yang boleh bergerak lebih pantas dari cahaya. Einstein juga menunjukkan bahawa kuantiti fizik bagi masa dan ruang tidak mutlak. Hubungan jisim-tenaga, E = mc² diterbitkan bagi menunjukkan bahawa jirim dan tenaga adalah bersamaan.

1911: Nukleus atom ditemui.

Untuk menerangkan serakan zarah alfa oleh kerajang emas nipis, ahli fizik New Zealand kelahiran British, Ernest Rutherford mencadangkan bahawa binaan atom adalah sama seperti sistem solar. Zarah yang berat dan bercas positif, dikenali sebagai nukleus, adalah pusat (centre) bagi setiap atom. Manakala, zarah yang bercas negatif, dikenali sebagai elektron, membentuk bahagian luarnya, yang kebanyakannya terdiri daripada ruang kosong.

1926-1928: Televisyen telah dibangunkan.

Imej objek bergerak televisyen yang pertama telah dihantar (transmitted) oleh jurutera elektrik British, John Baird.

1930: Jurutera aeronautikal British, Frank Whittle telah membangunkan konsep enjin turbojet.

1937: Radar (Radio Detection and Ranging), sistem elektronik yang digunakan untuk mengesan objek yang berada di luar julat penglihatan dibangunkan dengan meluas dan digunakan oleh sistem pertahanan udara British.

1939: Stesen radio FM (frequency modulation) yang pertama telah dibina dan beroperasi seperti yang dijadualkan oleh kelab radio di Universiti Columbia.

1939: Helikopter komersil yang pertama dibina dan berjaya diterbangkan oleh Igor Sikorsky, seorang jurutera penerbangan Rusia.

1942: Mikroskop elektron pertama yang dicipta oleh jurutera elektrik Jerman Ernst Ruska telah digunakan untuk memeriksa virus.

1947: Ahli fizik Amerika, John Bardeen, William Shockley dan Walter Brattain, telah mencipta transistor, penguat elektronik yang diperbuat dari kepingan kecil bahan semi konduktor. Ianya menjadi pelopor kepada litar bersepadu (integrated circuits) dan cip memori (memory chips) yang ada didalam peralatan elektrik moden hari ini.

1951: Komputer elektronik komersial yang pertama telah diperkenalkan.

1954: Sel solar photovoltaic telah dicipta oleh ahli-ahli sains di 'Bell Telephone Company'. Ianya menggunakan cahaya matahari untuk menjana arus elektrik.

1954-1956: Gentian optik telah dibangunkan.

Gentian optik adalah sangat nipis, mempunyai rod yang fleksibel yang diperbuat daripada kaca khas atau plastik telus (transparent). Gentian optik digunakan dalam sistem komunikasi untuk menghantar alur cahaya termodulat yang boleh membawa lebih banyak maklumat kerana frekuensi gelombang cahaya yang tinggi. Gentian optik juga digunakan dalam bidang perubatan.

1957: Sputnik I, satelit pertama mengorbit ke bumi, telah dilancarkan oleh USSR. Pencapaian besar ini mencetuskan revolusi dalam penerokaan angkasa di dunia barat.

1960: Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) pembedahan yang pertama telah dibina oleh ahli fizik Amerika Theodore Maiman. Pembangunan laser adalah berdasarkan Teori Kuantum dan ianya mempunyai banyak kepentingan aplikasi dalam pembedahan dan perubatan.

1969: Manusia mendarat di bulan. Angkasawan Amerika, Neil Armstrong menjadi manusia pertama yang menjejakkan kaki di bulan.

1989-1991: World-Wide Web (dikenali sebagai 'www') telah dilancarkan.

Jurutera British Tim Berners-Lee dan rakan-rakannya telah mencipta Hypertext Transfer Protocol (http), mod standard komunikasi bagi rangkaian komputer yang memudahkan perkongsian maklumat melalui komputer dengan menggunakan 'internet'.

Kuantiti Skalar

Kuantiti skalar ialah kuantiti fizik yang mempunyai magnitud sahaja.

Contoh Kuantiti Skalar:-Panjang     
                                    -Luas         
                                    -Jarak       
                                    -Kerja       
                                    -Suhu
                                    -Masa
                                    -Isi padu
                                    -Laju
                                    -Tenaga
                                    -Ketumpatan

Kuantiti Vektor

Kuantiti vektor ialah kuantiti fizik yang mempunyai kedua-dua magnitud dan arah.

Contoh Kuantiti Vektor: -Sesaran
                                      -Halaju
                                      -Daya
                                      -Pecutan
                                      -Momentum

Pengukuran

Menggunakan Alat yang sesuai untuk mengukur

Adalah amat penting bagi kita memilih alat yang sesuai untuk mengukur sesuatu kuantiti fizik.Contohnya,pelbagai jenis alat yang digunakan untuk mengukur panjang objek-objek yang berlainan.

Antara alat-alat tersebut ialah :>-Tolok skru mikrometer digunakan untuk mengukur diameter sebiji guli.

                                                -Angkup vernier digunakan untuk mengukur lebar sebongkah kayu.

                                                -Pembaris meter digunakan untuk mengukur panjang sebuah buku.

                                                -Pita pengukur digunakan untuk mengukur lebar sehelai kain.

   

         Apabila mengukur sesuatu kuantiti fizik,kita perlu mengambil kira magnitudnya dan kemudian,memilih   alat yang sesuai.Magnitud kuantiti tersebut tidak boleh melebihi had maksimum alat tersebut dan alat itu mestilah peka untuk mengesan dan memberi pengukuran yang bermakna bagi kuantiti itu.

Kejituan dan kepersisan dalam pengukuran

            Dalam pengukuran,kita perlu sentiasa menitikberatkan kepersisan dan kejituan.Kepersisan ialah kebolehan alat pengukur mengukur sesuatu kuantiti secara konsisten dengan sedikit atau tiada sisihan relatif antara bacaan yang diperolehnya.Kepersisan boleh dipengaruhi oleh ketidakseragaman kuantiti yang diukur(contohnya diameter sekeping duit syiling mungkin berbeza apabila diukur dari arah yang berlainan)atau ralat yang disebabkanoleh prosedur yang tidak betul.Selain itu,apabila kita mengukur suatu kuantiti fizik,kita harus sentiasa mengukurnya seberapa jitu yang mungkin.Kejituan pengukuranialah betapa hampirnya suatu nilai pengukuran kepada nilai sebenar.

Kepekaan dalam Pengukuran

         Kepekaan suatu alat ialah kebolehannya untuk mengesan perubahan yang kecil dalam kuantiti yang diukur.Semakin kecil perubahanyang dapat dikesan oleh alat itu,semakin peka alat itu.

         Alat pengukur yang berlainan mempunyai aras kepekaan yang berbeza.kita mestilah memilih suatu alat dengan kepekaan yang sesuai untuk mengukur kuantiti tertentu sepadan dengan saiz perubahan yang dijangka dalam kuantiti yang diukur.

Ralat dalam pengukuran

            Apabila kita mengukur,ralat mungkin berlaku.Ralat ialah perbezaan antara nilai pengukuran dengan nilai sebenar.Ralat boleh dikategorikan kepada ralat bersistem dan ralat rawak.

            Ralat bersistem mungkin berlaku disebabkan oleh kecacatan pada alat.Ralat ini juga mungkin disebabkan oleh ralat sifar alat itu,iaitu penunjuk alat tidak kembali ke senggtan sifar apabila tidak digunakan.Ralat bersistem sukar dikesan kerana semua bacaan kelihatan persis.Ralat-ralat ini selalunya disebabkan oleh masalah yang sentiasa berlaku semasa eksperimen dijalankan.Ralat bersistem akan mengurangkan kejituan sesuatu pengukuran.

            Ralat rawak berlaku disebabkan oleh kecuaian pemerhati apabila membuat pengukuran.Kesilapan yang biasa dilakukan ialah kedudukan mata yang salah apabila mengambil bacaan bagi pengukuran.Hal ini akan menyebabkan ralat paralaks.Ralat rawak juga boleh disebabkan oleh perubahan faktor persekitaran secara tiba-tiba seperti suhu dan pergerakan udara.Ralat rawak akan mengurangkan kepersisan suatu pengukuran.

           Ralat bersistem yang disebabkan oleh kecacatan pada alat boleh diatasi jika kita memeriksa alat-alat tersebut dengan teliti sebelum menggunakannya.Ralat sifar boleh diatasi dengan membetulkan bacaannya.

           Bagi mengelakkan ralat Paralaks,garis penglihatan mesti berserenjang dengan skala bacaan semasa membuat pengukuran.Kaedah paling sesuai untuk mengurangkan ralat rawak ialah dengan mengulangi pengukuran untuk mendapatkan bacaan purata.Kita perlu menyingkirkan sebarang bacaan yang terlalu tinggi atau terlalu rendah sebelum mengira purata bacaan..

LATIHAN

1-Antara kejadian yang berikut,yang menakah bukan fenomena semula jadi?
    a)Letusan gunung berapi
    b)Hujan
    c)Pergerakan kereta

2-Berikut ialah bidang kajian dalam fizik,kecuali
    a)Daya dan gerakan
    b)Cahaya
    c)Struktur sel
    d)Gelombang

3-Antara unit yang berikut,yang manakh unit SI?
    a)Sentimeter
    b)Minit
    c)Gram
    d)Kelvin

4-Kuantiti skalar ialah kuantiti yang mempunyai
    a)Magnitud sahaja
    b)Arah sahaja
    c)Kedua-dua magnitud dan arah

5-Antara yang berikut,yang manakah kuantiti vektor?
    a)Jisim
    b)Masa
    c)Suhu
    d)Sesaran

6-Hipotesis ialah kenyataan yang
    a)Mesti benar
    b)Mesti palsu
    c)Sama ada benar atau palsu

NAK TAHU JAWAPAN ? PERGI SEKOLAH TANYA CIKGU FIZIK MASING-MASING ...=)