Bab 3 - DAYA DAN TEKANAN

3.1     Tekanan

Takrif tekanan (P) dan unit S.I.nya

Tekanan adalah daya  perunit luas permukaan

@ Tekanan  =  daya

                         luas

@          P     =  F 

                         A

P = Tekanan   F = daya   A = luas

Unit S.I.nya   Nm-2  atau  Pa

Tekanan dalam cecair

Cecair akan mengenakan tekanan ke atas suatu jasad yang berada di dalamnya kerana cecair mempunyai berat.

Rumus untuk mengira tekanan di dalam cecair, P ialah

P = ρgh

ρ = ketumpatan cecair

g = graviti

h = kedalaman dari permukaan cecair

Eksperimen untuk mentahkik tekanan, P dalam cecair bergantung kepada kedalaman, h

- Penuhkan air dalam sebuah bekas berlubang yang pada mulanya ditutup seperti rajah di           atas.

- Tanggalkan penutup pada ketiga-tiga lubang secara serentak.

- Perhatikan jarak pancutan air.

- Didapati lubang yang terbawah memancutkan air paling jauh.

- Ini menunjukkan semakin dalam cecair, h (lubang terbawah) maka semakin kuat                                               tekanan, P (jarak pancutan terjauh).

Eksperimen untuk mentahkik tekanan, P dalam cecair bergantung kepada ketumpatan cecair, ρ

- Penuhkan minyak dan air dalam dua bekas berlubang seperti mana bekas di atas.

- Tanggalkan penutup pada lubang pada kedua-dua bekas.

- Perhatikan jarak pancutan minyak dan air.

- Didapati jarak pancutan air > jarak pancutan minyak.

- Ini menujukkan tekanan dalam cecair bergantung kepada ketumpatan.

- Jika ketumpatan, ρ bertambah (air) maka tekanan bertambah, P (jarak pancutan bertambah).

3.2     Tekanan Atmosfera

Tekanan Atmosfera

- Tekanan atmosfera adalah disebabkan perlanggaran molekul-molekul dalam atmosfera ke atas suatu jasad         tertentu.

- Tekanan atmosfera bertindak pada satu titik adalah kesemua arah dengan magnitud yang sama.

- Tekanan atmosfera bergantung kepada altitude (ketinggian dari paras laut) dimana apabila altitud bertambah       tekanan atmosfera berkurangan.

- Ini disebabkan ketumpatan atmosfera berkurangan jika altitud bertambah.

- Pada paras laut tekanan atmosfera lebih kurang 1x 105 Pa atau 76 cm Hg atau 10 m air.

- Kita tidak merasai tekanan atmosfera di paras laut kerana tekanan udara dalam badan kita sama dengan             tekanan atmosfera di luar badan kita.

- Seseorang akan mengalami kesesakan nafas jika kita berada pada altitud melebihi 3000 m.

Eksperimen untuk menunjukkan kewujudan tekanan atmosfera

- Penuhkan air dalam sebiji gelas dan tutupkannya dengan kadbod.

- Telangkungkan gelas sambil memegang tapak gelas di udara.

- Didapati air tidak tumpah.

- Ini disebabkan daya yang dihasilkan oleh tekanan atmosfera bertindak ke atas menyokong berat air daripada       tumpah.

Aplikasi Tekanan Atmosfera

(i) Penyedut Minuman

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

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

- Tekanan atmosfera menolak masuk minuman melalui penyedut ke mulut kita.

(ii) Penyedut Getah

Apabila penyedut getah ditekan pada satu permukaan rata dan licin ,mangkuknya menjadi rata dan udara dalam mangkuk mengalir keluar melalui tepinya menyebabkan ruang separa vakum terhasil.

Tekanan atmosfera yang lebih tinggi di luar mangkuk menekan dan mengekalkan mangkuk pada permukaan licin itu.

Alat MengukurTekanan Atmosfera

Barometer Fortin

Barometer Aneroid

3.3       TEKANAN GAS

Tekanan gas berdasarkan teori kinetik

- Teori kinetik mengatakan molekul-molekul gas sentiasa bergerak secara rawak.

- Oleh itu berlaku perlanggaran sesama molekul dan perlanggaran molekul dengan dinding.

- Perlanggaran sesama molekul adalah perlanggaran kenyal di mana jumlah tenaga kinetik molekul       adalah abadi.

- Perlanggaran molekul dengan dinding bekas menghasilkan daya impuls.

- Bila terdapat daya maka terhasillah tekanan sebab P =  F

                                                                                    A

Kesan kepada molekul gas atau gas apabila isipadu bekas dikurangkan

(1)     Bilangan molekul,ketumpatan molekul,saiz molekul adalah tetap.

(2)     Bilangan molekul perunit isipadu bertambah

(3)     Jarak antara molekul berkurangan

(4)     Masa perlanggaran molekul dengan dinding berkurangan

(5)     Frekuensi perlanggaran molekul dengan dinding bertambah

(6)     Ketumpatan gas bertambah

(7)     Tekanan gas bertambah

Kesan kepada molekul gas atau gas jika suhu bekas bertambah

(1)     Halaju molekul gas bertambah

(2)     Tenaga kinetik purata molekul bertambah

(3)     Kadar perubahan momemtum bertambah

(4)     Tekanan bertambah

Alat untuk menyukat tekanan gas

a) Manometer

Pgas  =  Patmosfera +  h cm

b) Tolok Bordon

Apabila gas memasuki tiub logam melengkung, tekanan gas akan meluruskan tiub tersebut.

Gerakan tiub logam dibesarkan oleh sistem tuas dan akhirnya penunjuk terpesong.

3.4       DAYA TUJAH  KE ATAS DAN PRINSIP ARCHIMEDES

Tujah ke atas

Apabila suatu jasad yang direndam separa atau sepenuhnya dalam suatu bendalir didapati berat jasad berkurangan.Ini disebabkan terdapat daya yang bertindak ke arah atas melawan berat ke bawah . 

Daya pada ke arah atas ini dinamakan tujah ke atas @ daya apungan @ daya julangan.

Prinsip Archimedes

Tujah  ke atas yang dialami oleh suatu jasad yang direndam sepenuhnya atau separa adalah sama dengan berat cecair yang tersesar.

Daya tujah ke atas, F = berat cecair tersesar

                                 = jisim cecair tersesar  x pecutan graviti

                                 = ketumpatan cecair x isipadu cecair tersesar x pecutan graviti

                                 = ketumpatan cecair x isipadu jasad tenggelam x pecutan graviti.

F =  RV G                   

dimana 

r = ketumpatan cecair

V = Isipadu bahagian jasad tenggelam

g  = pecutan graviti

Bagaimana jasad terapung dalam bendalir

Hukum Keapungan

Jika tujah = berat, jasad terapung dan pegun

Jika tujah > berat, jasad bergerak ke atas

Jika tujah < berat, jasad tenggelam dan bergerak ke bawah

Aplikasi  Prinsip Archimedes

(1)        Kapal laut

Sebuah kapal yang diperbuat daripada logam boleh terapung kerana tujah ke atas = berat kapal .

Kapal mempunyai ruang yang besar menyebabkan isipadu air disesarkan lebih besar.Dengan itu tujah ke atas kapal adalah besar kerana (F = rVg)

Setiap kapal mempunyai garis Plimsoll sebagai garis keselamatan bagi  menandakan kedalaman selamat dan menandakan had muatan kapal dalam keadaan tertentu,kerana  ketumpatan air laut juga berubah mengikut tempat dan musim.

(2)        Kapal selam

Kapal selam dapat terapung atau tenggelam dengan mengubah ketumpatannya. Untuk mengubah ketumpatannya ialah dengan mengisi atau mengeluarkan air dalam tangki balastnya.

Jika air diisi dalam tangki balastnya, maka berat kapal selam > tujah ke atas, maka kapal selam akan bergerak di bawah permukaan laut.

Sebaliknya jika air dikeluarkan daripada tangki balastnya, maka berat kapal selam = tujah ke atas, maka kapal selam akan terapung.

(3)      Belon diisi dengan gas hidrogen (helium)

Ketumpatan udara > ketumpatan hidrogen

Tujah ke atas adalah besar kerana ketumpatan udara yang disesar adalah besar (F = rVg)

Tujah ke atas > berat belon + berat hidrogen

Maka, belon akan naik ke atas

(4)        Hidrometer

Kegunaanya untuk menentukan ketumpatan suatu cecair.

Bebuli yang besar supaya isipadu cecair yang tersesar adalah besar dan dengan itu tujah ke atas adalah besar(F =rVg)

Butir-butir plumbum diguna untuk mengekalkan hidrometer dalam keadaan tegak semasa terapung dalam cecair

Hidrometer terapung kerana tujah ke atas = berat hidrometer.

Jika ketumpatan cecair bertambah, maka kedalaman hidrometer tenggelam berkurang dan dengan itu skala memberi bacaan yang lebih tinggi.

3.5       TEKANAN DALAM BENDALIR YANG BERGERAK DAN PRINSIP BERNOULLI

Mengapakah laluan bola yang ditendang oleh pemain melencong seperti dalam gambar rajah?

Fenomena di atas akan dihurai oleh Prinsip Bernoulli.

Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli menyatakan bagi suatu bendalir (cecair atau gas) yang bergerak, apabila halaju bendalir tinggi, tekanannya berkurangan.

Faktor-faktor yang mempengaruhi halaju bendalir

(1)        Keluasan kawasan pergerakan : Jika luas bertambah, halaju berkurang.

(2)        Jarak pergerakan : Jika jarak bertambah, halaju bertambah.

Eksperimen ringkas  untuk menunjukkan Prinsip Bernoulli

Pegang sehelai kertas secara mengufuk di bawah bibir.

Hembuskan udara dengan kuat pada permukaan atas kertas.

Didapati kertas bergerak di atas.

Ini disebabkan semasa udara dihembus halaju udara pada permukaan atas kertas lebih tinggi dari permukaan bawah.

Menurut prinsip Bernouli, apabila halaju bendalir tinggi tekanannya berkurangan.

Tekanan udara yang lebih tinggi di bawah menolak kertas tersebut ke atas.

Eksperimen untuk mentahkik Prinsip Bernoulli

Sambungkan suatu hos getah kepada pili air.

Buka pili sehingga air mengalir pada kadar yang mantap.

Sambungkan pili air kepada tiub kaca.

Tandakkan paras air yang naik pada salur tegak 1, 2 dan 3.

Ulangi eksperimen dengan menggunakan Tiub Bernoulli.

Catatkan semua keputusan dalam jadual di bawah.

Jenis Tiub	Tinggi aras dalam tiub tegak 1	Tinggi aras dalam tiub tegak 2	Tinggi aras dalam tiub tegak 3
Tiub Kaca	Tinggi	sederhana	rendah
Tiub Bernoulli	Tinggi	rendah	sederhana

Contoh aplikasi Prinsip Bernouli dalam fenomena seharian

Bola akan bergerak secara melengkung apabila bola itu berputar.

Aplikasi Prinsip Bernoulli dalam beberapa alat

(1)        Penunu Bunsen

Apabila gas masuk, halaju gas yang melalui jet gas adalah tinggi.

Menurut Prinsip Bernoulli bila halaju tinggi tekanannya berkurangan.

Tekanan atmosfera yang lebih tinggi di luar akan menolak udara masuk dan bercampur dengan gas untuk menghasilkan nyalaan.

(2)        Penyembur racun serangga

Apabila omboh  ditolak masuk, udara keluar dengan halaju yang tinggi melalui jet udara.

Menurut Prinsip Bernoulli  bila halaju tinggi tekanannya berkurangan.

Tekanan atmosfera yang lebih tinggi di permukaan cecair racun serangga menolak cecair racun serangga tersembur keluar melalui tiub logam.