admin

Aplikasi-aplikasi Prinsip Archimedes

by

Garis Plimsoll

  1. Sebuah kapal laut yang diperbuat daripada logam boleh terapung di atas permukaan laut kerana tujah ke atas kapal adalah sama dengan berat kapal itu.
  2. Garis Plimsoll ditanda pada sisi kapal untuk menunjukkan kedalaman yang selamat untuk berlayar.
  3. Ia juga digunakan sebagai garis panduan tentang betapa banyak beban boleh ditanggung oleh kapal dalam air yang mempunyai ketumpatan yang berbeza.

Kapal Udara

  1. Kapal udara diisi dengan gas helium yang mempunyai ketumpatan yang lebih rendah daripada udara.
  2. Oleh itu, berat kapal dapat diimbangi oleh daya tujahan yang dihasilkan, membolehkan kapal udara terapung di dalam udara.

Belon Udara Panas

  1. Udara panas mempunyai ketumpatan yang lebih rendah berbanding dengan udara sejuk.
  2. Rajah di atas menunjukkan belon udara panas yang boleh terapung di udara kerana tujah ke atasnya yang lebih tinggi daripada beratnya..
  3. Daya tujah ke atas yang bertindak pada belon melebihi berat belon dan belon boleh bergerak ke atas.
  4. Ketinggian belon dapat dikawal dengan mengubah suhu udara di dalam belon.

Hydrometers

  1. Hidrometer ialah alat untuk mengukur ketumpatan relatif suatu cecair.
  2. Rajah di sebelah kanan menunjukkan suatu hidrometer yang terdiri daripada suatu bebuli dan satu tiub kaca sempit,
  3. Di dalam bebuli terdapat butir-butir plumbum yang boleh mengekalkan hidrometer dalam keadaan tegak semasa terapung pegun dalam suatu cecair.
  4. Kedalaman tiub tenggelam dalam cecair bergantung kepada ketumpatan cecair.
  5. Oleh itu, ia boleh digunakan untuk mengukur ketumpatan relatic cecair.

Kapal Selam

  1. Rajah di atas menunjukkan sebuah kapal selam. Apabila tangki balastnya diisi dengan udara, daya tujah ke atas kapal selam adalah melebihi beratnya, maka kapal selam, boleh bergerak di atas permukaan lautan.
  2. Apabila tangki balast diisi dengan air, kapal selam boleh menyelam dan bergerak pada kedalaman yang dikehendaki.

Daya Ke atas Objek Terbenam Dalam Air

by

Untuk menyelesaikan masalah yang berhubungkait dengan objek terbenam di dalam air, adalah penting bagi anda mengetahui daya-daya yang dikenakan ke atas objek dalam keadaan yang berlainan.

Kes 1:

  1. Ketumpatan objek lebih rendah daripada ketumpatan cecair, oleh itu objek itu terapung di atas permukaan cecair.
  2. Daya-daya yang dikenakan ke atas objek termasuk
    1. berat objek (W)
    2. daya tujahan (F)

Kedua-dua daya ini adalah dalam keseimbangan, maka

F = W
Kes 2:
  1. Ketumpatan objek lebih tinggi daripada cecair. Oleh itu, objek tenggelam ke dasar bekas.
  2. Apabila objek itu merehat di atas dasar cecair, terdapat satu tindak balas normal bertindak ke atas objek itu.
  3. Daya-daya yang bertindak ke atas objek itu ialah
    1. berat objek (W)
    2. daya tujahan (F)
    3. tindak balas normal (R)
Ketiga-tiga daya itu dalam  keseimbangan, oleh itu
F + R = W
Kes 3:
  1. Ketumpatan objek lebih tinggi daripada cecair. Objek digantung pada satu tali supaya ia tidak tenggelam ke dasar bekas.
  2. Terdapat satu daya tegangan pada tali yang bertindak ke atas.
  3. Daya-daya yang bertindak ke atas objek itu ialah
    1. berat objek (W)
    2. daya tujahan (F)
    3. daya tegangan tali (T)
  4. Ketiga-tiga daya itu dalam  keseimbangan, oleh itu
F + T = W
 
Kes 4:
  1. Ketumpatan objek lebih rendah daripada ketumpatan cecair, dan objek itu diikat pada satu benang supaya ia tidak terapung di atas permukaan air.
  2. Tali itu mengenakan satu daya tegangan ke atas objek.
  3. Daya-daya yang dikenakan ke atas objek termasuk
    1. berat objek (W)
    2. daya tujahan (F)
    3. daya tegangan tali (T)
  4. Ketiga-tiga daya ini adalah dalam keseimbangan, maka
F = W + T

Prinsip Keapungan

by

  1. Prinsip keapungan menyatakan bahawa apabila satu objek terapung di atas permukaan satu cecair, berat cecair yang disesarkan oleh objek itu adalah sama dengan berat objek.
  2. Mengikut prinsip Archimedes, berat cecair yang disesarkan oleh objek adalah sama dengan daya tujahan.
  3. Seperti ditunjukkan di dalam rajah di atas, jika satu objek terapung di atas permukaan air, mengikut prinsip keapungan, berat objek diimbangi oleh daya tujahan.
  4. Jika berat objek > Daya tujahan, objek itu tenggelam ke dalam cecair..

Nota

  1. Isi padu cecair disesarkan = Isi padu bahagian objek yang terendam di dalam cecair.
  2. Jika berat objek  > daya apungan, objek akan tenggelam ke dalam cecair
  3. Jika berat objek  = daya apungan, objek itu terapung di atas permukaan cecair.

Prinsip Archimedes

by

Archimedes Principle

  1. Prinsip Archimedes menyatakan bahawa tujah ke atas yang dialami oleh suatu jasad yang tenggelam sepenuhnya atau separa tenggelam adalah sama dengan berat cecair yang disesarkan oleh jasad itu.
  2. Dari segi matematik:
    Daya tujahan
    F=ρVg  

    V = isipadu disesarkan

    ρ = ketumpatan cecair
    g = daya tarikan graviti

  1. Daya tujahan di dalam bendalir adalah disebabkan oleh beza tekanan di antara permukaan bawah dengan permukaan atas.
  2. Tujah ke atas ialah daya yang bertindak pada arah ke atas terhadap suatu jasad yang direndam separuh atau sepenuhnya dalam suatu cecair.

  1. Rajah di atas menunjukkan suatu jasad sekata yang tenggelam separuh dalam suatu cecair.
  2. Berat air yang tersesar adalah sentiada sama dengan daya tujah.

Aplikasi-aplikasi Prinsip Pascal

by

Brek Hidraulik

  1. Kebanyakan sistem brek kereta menggunakan brek hidraulik.
  2. Dalam brek hidraulik, tekanan dipindah melalui cecair dari pedal brek ke roda-roda kereta apabila pedal brek ditekan.
  3. Terdapat dua jenis brek dalam kereta, iaitu
    1. brek piring yang biasanya digunakan pada. roda. hadapan,dan
    2. brek dram yang biasanya digunakan pada roda belakang.
  4. Rajah di atas menunjukkan sistem brek hidraulik kereta.
  5. Apabila pedal brek ditekan, omboh kecil pada roda hadapan ditolak supaya bersentuhan dengan dua belah piring keluli. Daya geseran antara kasut brek dengan piring keluli boleh memperlahankan kereta.
  6. Apabila pedal brek ditekan, omboh kecil B pada roda belakang juga ditolak. Omboh itu seterusnya menolak sepasang kasut brek supaya bersentuhan dengan dram brek. Daya geseran antara kasut brek dengan dram brek boleh memperlahankan kereta.

    Soalan & Jawapan

    S: Adalah sangat jika terdapat gelembung udara terperangkap di dalam minyak brek. Terangkan.

    J: 

    1. Jika terdapat gelembung udara di dalam minyak brek, minyak brek boleh dimampatkan.
    2. Ini akan menghalangkan atau memperlahankan pemindahan tekanan melalui minyak brek kepada kasut brek dan seterusnya mengakibatkan sistem brek gagal berfingsi.

    Soalan & Jawapan

    S: Mengapakah air adalah tidak sesuai digunakan untuk menggantikan minyak brek sebagai cecair brek dalam sistem brek hidraulik?

    J:

    1. Takat didih minyak adalah jauh lebih tinggi daripada air. Ini boleh mengelakan cecair brek daripada mendidih apabila brek menjadi sangat panas.
    2. Air boleh menyebabkan pengaratan pada bahagian tertentu di dalam sistem brek.

      Jek hidraulik

      (Rajah 1)
      (Rajah 2)
      (Rajah 3)
      1. Apabila pemegang ditolak ke hadapan (Rajah 2), injap A tertutup dan ini menghalang minyak mengalir ke tangki. Injap B pula terbuka dan ini membenarkan minyak mengalir dari silinder kecil ke silinder besar.
      2. Minyak yang mengalir ke silinder besar boleh memindahkan tekanan ke omboh besar.

      3. Apabila pemegang ditarik ke belakang (Rakah 3), injap B tertutup dan ini menghalang minyak dalam silinder besar mengalir ke silinder kecil. Injap A pula terbuka dan ini membenarkan minyak mengalir dari tangki ke silinder kecil.
      4. Apabila pemegang ditolak dan ditarik berulang kali, tekanan yang dipindah ke omboh besar adalah cukup kuat untuk mengangkut beban yang berat.
      5. Omboh besar boleh diturunkan jika injap lepas dibuka dan minyak mengalir dari silinder besar ke tangki.

      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.