Daya dan Tekanan

Prinsip Pascal – Soalan-soalan Pengiraan

by
Contoh 1:
Dalam satu sistem hidraulik, omboh besar mempunyai luas keratan rentas A2 = 200 cm² dan omboh kecil mempunyai luas keratan rentas A1 = 5 cm². Sekiranya daya 250 N dikenakan pada omboh kecil, berapakah
A. Tekanan yang dikenakan pada omboh kecil?
B. Daya F, yang dihasilkan pada omboh besar?

Jawapan:
a. Tekanan dikenakan pada omboh kecil P= F/A = 250/ 5 =50N/cm2

b. Tekanan dikenakan pada omboh besar = Tekanan yang dikenakan pada omboh kecil

P= F/A

(50)= F/ (200)
 F=10,000N

Contoh 2:
Satu jek hidraulik digunakan untuk mengangkat trak berjisim 5000 kg. Sekiranya diameter omboh kecil dan omboh besar jek masing-masing adalah 5cm dan 1 m,
  1. Berapakah tekanan pengukur dalam Pa yang mesti digunakan pada minyak?
  2. Berapakah besar daya yang diperlukan pada omboh kecil untuk mengangkat trak?

    Jawapan:
    a. Berat trek,
    W = mg
    W = (5000)(10) = 50,000N

    Luas permukaan omboh besar

    A 2 =π r 2 =π (1) 2 =π m 2

    Tekanan minyak

    P= F A P= 50,000 π =15,900Pa

    b.
    Luas permukaan ombo kecil

    A 1 =π r 2 =π (0.05) 2 =0.0025π m 2

    Mengikut prinsip Pascal,

    F 1 A 1 = F 2 A 2 F 1 (0.0025π) = (50,000) π F 1 = (50,000)(0.0025π) π =125N

Contoh 3:

Figure above shows a hydraulic system. The area of surface X is 5 cm² and the area of surface Y is 100 cm². Piston X has been pushed down 10cm. what is the change of liquid level, h, at Piston Y?
Rajah di atas menunjukkan satu sistem hidraulik. Luas permukaan X ialah 5 cm² dan luas permukaan Y ialah 100 cm². Jika piston X ditolak ke bawah 10cm, berapakah perubahan tahap cecair, h, pada Piston Y?

Jawapan:

Jarak dilalui omboh-X, h1 = 10cm
Jarak dilalui omboh-Y, h2 = h
Luas permukaan omboh-X, A1 = 5 cm²
Luas permukaan omboh-Y, A2 = 100 cm²

h 1 A 1 = h 2 A 2
(10)(5)=h(100)
h= 50 100 =0.5cm

Prinsip Pascal

by

Prinsip Pascal 

  1. Prinsip Pascal menyatakan bahawa tekanan yang dikenakan ke atas suatu cecair boleh dipindah ke seluruh cecair itu dengan seragam.
  2. Prinsip Pascal juga dikenali sebagai Prinsip Pemindahan Cecair Dalam Cecair.

Soal Jawab

S: Cadangkan satu eksperimen untuk membuktikan Prinsip Pascal

J:

  1. Apabila omboh ditolak masuk ke sfera kaca berlubang, air dipancut keluar dengan laju yang sama ke semua arah. 
  2. Ini menunjukkan tekanan cecair boleh dipindah ke seluruh cecair dengan seragam.

Pemindahan Tekanan Dalam Cecair – System Hidraulik

  1. Prinsip Pascal yang menerangkan pemindahan tekanan dalam cecair boleh digunakan dalam sistem hidraulik.
  2. Dalam satu sistem hidraulik (rujuk kepada rajah di atas), apabila satu daya Fl dikenakan ke atas ombok kecil X yang mempunyai luas permukaan Al , satu daya yang lebih besar F2 akan dihasilkan di omboh besar Y yang mempunyai luas permukaan A2 
  3. Tekanan yang dihasilkan di omboh X ofleh daya Fl  dipindahkan kepada omboh Y oleh cecair.
  4.  Menurut Prinsip Pascal
F 1 A 1 = F 2 A 2 

  1. Contoh-contoh sistem hidraulik yang menggunakan prinsip Pascal ialah jek hidraulik ringkas dan brek hidraulik.

    Perubahan Aras Cecair dalam System Hidraulik

    1. Dalam rajah di atas, apabila omboh-X ditekan ke bawah sebanyak h1, omboh-Y akan ditolak ke atas sebanyak h2. 
    2. Jika luas permukaan di X dan Y masing-masing ialah A1 dan A2, maka perubahan aras cecair di X dan Y boleh dihitungkan dengan menggunakan persamaan berikut:
    h 1 A 1 = h 2 A 2

    Gas Teperangkap di Dalam Tiub

    by
    1. Tekanan bagi gas yang terperangkap di dalam satu kapilari bergantung kepada kedudukan kapilari.
    2. Rajah di bawah menunjukkan bagaimana tekanan gas boleh dihitung apabila kapilari berada dalam kedudukan yan berlainan
    Contoh 1:

    Rajah di atas menunjukkan kedudukan berlainan bagi satu tiub kapilari yang terdapat gas terperangkap di dalamnya.  Jiak PA, PB dan PC masing-masing ialah tekanan gas perangkap dalam kedudukan yang berlainan seperti ditunjukkan di dalam rajah di atas.  Cari nilai PA, PB dan PC dalam unit cmHg. [Tekanan atmosfera = 76cmHg]

    Jawapan:

    PA = 76cmHg

    PB = 76cmHg + 2cmHg = 78cmHg

    PC = 76cmHg – 2cmHg = 74cmHg

    Contoh 2:

    Rajah di atas menunjukkan gas terperangkap di dalam satu tiub-J. Cari tekanan gas itu. [Ketumpatan air = 1000 kg/m³; tekanan atmosfera = 100,000 Pa]

    Jawapan:

    P gas = P atm +hρg P gas =(100,000)+(0.2)(1000)(10) P gas =102,000Pa

    Barometer Aneroid

    by

    Barometer Anaroid 

    1. Barometer aneroid mengandungi suatu kotak separa vakum yang disokong oleh suatu spring yang kuat supaya tidak mudah kemek.
    2. Apabila tekanan atmosfera bertambah, kotak itu menjadi kemek sedikit. Apabila tekanan atmosfera berkurangan, kotak akan mengembang sedikit.
    3. Gerakan kotak yang kemek dan mengembang itu diperbesarkan oleh suatu sistem tuas. Sistem tuas seterusnya menggerakkan suatu penunjuk di atas skala.
    4. Barometer ini boleh berfungsi sebagai sebuah altimeter untuk menentukan ketinggian semasa dari aras laut bagi sebuah kapal terbang yang sedang dalam penerbangannya. Ini adalah kerana tekanan atmosfera berkurangan apabila tinggi bertambah.

    Barometer Fortin

    by

    Barometer Fortin

    1. Barometer Fortin adalah barometer yang lebih canggih daripada barometer merkuri ringkas.
    2. Ia mempunyai tiub kaca yang dilindungi oleh tabung logam dengan tingkap kaca pada bahagian atas supaya bacaan dapat dibaca.
    3. Aras merkuri boleh dinaikkan dan diturunkan dengan pemutar skru di bahagian bawah.
    4. Ia menpunyai skala vernier yang boleh memberi bacaan yang lebih tepat berbanding dengan barometer merkuri ringkas.

      Soal Jawab

      S: Apakah keistimewaan Barometer Fortin berbanding dengan barometer merkuri ringkas?

      J:

      1. Senang dibawa
      2. Lebih tepat.

      Barometer Merkuri Ringkas

      by

      Barometer Ringkas

      1. Barometer merkuri ringkas terdiri daripada suatu tiub kaca berdinding tebal yang panjangnya lebih kurang 100 cm.
      2. Tiub kaca diisi penuh dengan merkuri dan kemudian ditelangkupkan supaya satu hujungnya dimasukkan ke dalam suatu bekas yang berisi merkuri.
      3. Pada aras laut, aras merkuri dalam tiub kaca akan jatuh sehingga lebih kurang 76 cm di atas aras merkuri dalam bekas.
      4. Turus merkuri 76 cm ini disokong oleh tekanan atmosfera, maka 1 tekanan atmosfera = 76 cm merkuri.

      Cara Mengguna Barometer Merkuri Ringkas

      Characteristics of the Mercury Barometer

      1. Tinggi tegak turus merkuri dalam barometer merkuri ringkas tetap sama dengan 76 cm pada aras laut walaupun tiub dicondongkan seperti ditunjukkan dalam Rajah di atas. 
      2. Tinggi tegak turus merkuri dalam barometer merkuri ringkas juga tidak dipengaruh oleh diameter tiub dan panjang tiub.

      Alat-alat Mengukur Tekanan Atmosfera

      by

      Instruments Used to Measure Atmospheric Pressure

      1. Tekanan atmosfera boleh diukur dengan menggunakan 
        1. barometer merkuri ringkas
        2. barometer Fortin
        3. barometer Aneroid
      2. Dalam peperiksaan SPM, kebanyakan soalan ditanya adalah berhubungkait dengan barometer merkuri ringkas.
      3. Bagi barometer Fortin and barometer Aneroid , anda hanya perlu tahu prinsip bagaimana ia berfungsi.

        Simple Mercury Barometer
        The Fortin Barometer.
        This image is created by Edal Anton Lefterov and shared under the Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license.
        The Aneroid Barometer

        Aplikasi-aplikasi tekanan atmosfera

        by

        Picagari

        1. Apabila. omboh ditarik ke atas, ruang di dalam picagari mempunyai tekanan yang lebih rendah daripada tekanan atmosfera di luar.
        2. Tekanan atmosfera yang lebih tinggi akan menolak cecair supaya masuk ke dalam picagari itu.

          Pam Angkat

          1. Rajah di atas menunjukkan suatu pam angkat yang diguna untuk mengeluarkan air dari perigi atau mengeluarkan minyak dari tong minyak besar.
          2. Apabila omboh digerak ke atas, injap A tertutup dan ruang di bawah omboh mempunyai tekanan yang lebih rendah daripada tekanan atmosfera di luar.
          3. Injap B terbuka, maka tekanan atmosfera yang bertindak pada aras air menolak air masuk ke dalam pam melalui injap B.
          4. Apabila omboh bergerak ke bawah, injap 8 tertutup dan air mengalir ke atas omboh melalui injap A yang terbuka.
          5. Apabila omboh bergerak ke atas sekali lagi, injap A tertutup dan air akan dibawa ke atas sehingga keluar melalui muncung.

          Sifon

          Mekanisma Kerja Sifon

          Penlekap Getah

          1. Rajah di atas menunjukkan suatu penyedut getah yang diguna untuk menggantung objek kecil pada permukaan licin.
          2. Apabila penyedut getah ditekan pada suatu permukaan rata dan licin seperti kaca, udara dalam ruang antara penyedut getah dengan permukaan licin itu dikeluarkan dan menghasilkan suatu ruang separa vakum.
          3. Tekanan atmosfera di luar yang lebih tinggi menekan dan mengekalkan penyedut getah pada permukaan licin itu.

          Penyedut Minuman

          1. Apabila kita menyedut minuman melalui penyedut minuman seperti yang ditunjukkan dalam Rajah di atas, udara di dalam penyedut minuman. masuk ke peparu kita.
          2. Tekanan udara penyedut minuman. menjadi lebih rendsh daripada tekanan atmosfera di luar.
          3. Tekanan atmosfera. di luar bertindak pada permukaan minuman dan menolak minuman masuk ke dalam mulut kita.

          Penyedut Getah

          Pembersih Vakum

          1. Pembersih vakum menghasilkan ruang separa vakum dengan menghembus udara di dalamnya keluar.
          2. Ini menghasilkan satu kawasan bertekanan rendah di dalamya .
          3. Tekanan atmosfera di luar yang lebih tinggi menolak udara masuk ke dalam melalui paip dan membawa bersama kotoran ke dalamnya.

          Bukti-bukti Kewujudan Tekanan Atmosfera

          by
          Kewujudan Tekanan Atmosfera boleh dibuktikan melalui eksperimen-eksperimen berikut:
          1. Eksperimen Tin Kemek
          2. Air terkandung di dalam satu bekas yang ditutup oleh satu kadbod tidak tertumpah.
          3. Hemisfera Magdeburg

          Eksperimen Tin Kemek

          1. Dalam Rajah di atas, sedikit air dalam suatu tin logam dididihkan untuk beberapa minit.
          2. Apabila tudung tin ditutup dan air sejuk ditumpah ke atas tin itu, tin itu menjadi kemek.
          3. Ini menunjukkan bahawa tekanan atmosfera yang lebih tinggi telah bertindak ke atas tin yang tekanan dalamnya lebih rendah.

          Air terkandung di dalam satu bekas yang ditutup oleh satu kadbod tidak tertumpah

          1. Rajah di atas menunjukkan suatu gelas yang diisi penuh dengan air dan ditutup dengan sekeping kadbod ringan.
          2. Apabila ditelangkupkan dengan cepat dan tangan dialih dengan teliti, kadbod tidak terjatuh dan air tidak tertumpah.
          3.  Ini menunjukkan daya yang dihasilkan oleh tekanan atmosfera bertindak ke atas kadbod dan menyokong berat air dalam gelas.

          Hemisfera Magdeburg 

          1. Apabila udara di dalam hemisfera dipam keluar supaya ruang dalam hemisfera menjadi vakum, kedua-dua hemisfera tidak dapat dipisahkan walaupun oleh daya yang besar.
          2. Ini adalah kerana apabila udara dipam keluar, tekanan di dalam hemisfera menjadi sangat rendah.
          3. Di luar hemisfera, tekanan atmosfera mengenakan daya yang besar ke atas permukaan luar hemisfera, seterusnya memegang kedua-dua hemisfera dengan kuat.

              Tekanan Atmosfera

              by

              Tekanan Atmosfera

              1. Tekanan atmosfera adalah disebabkan oleh perlanggaran molekul molekul udara dalam atmosfera ke atas suatu jasad tertentu.
              2. Tekanan atmosfera boleh diukur dalam unit atm, mmHg atau Pa.
              3. Tekanan di paras laut diambil sebagai 1 atm, iaitu kira-kira 760 mmHg atau 101,000 Pa.

                Ciri-ciri Tekanan Atmosfera

                  1. Berkurang dengan altitud (Ketinggian dari aras laut)
                    Semakin tinggi dari aras laut, tekanan atmosfera semakin berkurang. Ini disebabkan oleh ketumpatan udara berkurangan apabila ketinggian bertambah.
                  2. Bertindak sama rata ke semau arah
                    Tekanan atmosfera yang bertindak ke atas suatu titik adalah pada semua arah dengan magnitud yang sama.
                  3. Tidak bergantung kepada luas permukaan
                    Tekanan atmosfera tidak dipengaruhi oleh luas permukaan suatu jasad, tetapi bergantung kepada ketinggian jasad itu dari aras laut.

                 

                  (Click here to play the slides)

                  Unit-unit yang Digunakan untuk Menukur Tekanan Atmosfera

                  1. Berikut ialah unit-unit yang digunakan untuk mengukur tekanan atmosfera
                    1. Pascal (Pa)
                      1 Pa = 1 N/m²
                    2. Tekanan Atmisfera Piawai (atm)
                      1 atm = Tekanan atmosfera di permukaan laut ( = 101,325 Pa)
                    3. mmHg (juga dikenal sebagai torr)
                      1 mmHg = 1/760 atm.
                    4. milibar (Not used in SPM)
                  2. Dalam SPM, biasanya unit cmHg digunakan dan bukan mmHg.