Daya dan Tekanan

Prinsip Archimedes – Contoh 1

by

Contoh

Berat seketul batu ialah 36N. Apabila batu itu tenggelam sepenuhnya dalam satu cecair,  berat ketaranya ialah 24N. Cari ketumpatan cecair itu jika isi padu batu itu ialah 1500 cm3.

Jawapan
Berat nyata batu, W = 36N
Isi padu batu, V = 1500cm3
Berat ketara batu = 24N

Daya tujahan yang disebabkan oleh cecair,
F = ρVg

Isi pada cecair disesarkan
= Isi padu batu
= 1500cm3 = 0.0015m3

Berat ketara = Berat nyata – Daya tujahan
24 = 36 – ρVg
ρVg = 36 – 20 = 12
ρ(0.0015)(10) = 12
ρ = 12/0.015
ρ = 800 kgm-3

Aplikasi-aplikasi Prinsip Bernoulli

by

Kapal Terbang

(Click on the image to enlarge)
    1. Bentuk serofoil sayap kapal terbang boleh menyebabkan pengaliran udara yang lebih cepat di bahagian atas daripada bahagian bawahnya.
    2. Oleh itu, tekanan udara yang bertindak di bahagian bawah aerofoil adalah lebih tinggi daripada tekanan yang bertindak di bahagian atasnya.
    3. Suatu daya angkat dihasilkan oleh perbezaan tekanan itu, maka kapal terbang boleh naik ke atas.
    4. Bagi suatu kapal terbang yang sedang terbang secara mengufuk, beratnya diseimbangkan oleh daya angkat. Jika tujah ke depan sama dengan seretan ke belakang, daya-daya yang dikenakan ke atas kapal terbang itu adalah seimbang, maka kapal terbang itu akan menerbang secara mengufuk dengan laju malar,

    Sukan

    (Click on the image to enlarge)

    Dalam sukan tertentu seperti bola sepak, pemain-pemain boleh menghasilkan bola bergerak melengkung dengan memutarkan bola itu semasa menendang bola itu. Fenomena ini boleh diterangkan oleh Prinsip Bernoulli.

    Penyembur Racun Serangga

    1. Rajah di atas menunjukkan suatu penyembur racun serangga.
    2. Apabila omboh ditolak ke dalam pam, udara dipancut keluar dengan kelajuan yang tinggi dari muncung sempitnya.
    3. Suatu kawasan yang tekanannya lebih rendah daripada tekanan atmosfera wujud di luar muncung, maka racun serangga naik ke atas melalui tiub logam.
    4. Racun serangga yang bercampur dengan udara boleh disembur pada kelajuan yang tinggi.

    Penunu Bunsen

    1. Dalam suatu penunu Bunsen seperti yang ditunjukkan dalam rajah di atas, gas dikeluarkan melatui jet dengan kelajuan yang tinggi, maka suatu kawasan yang bertekanan rendah wujud di dalam tiub.
    2. Udara dari luar disedut masuk ke dalam tiub yang tekanannya lebih rendah daripada tekanan atmosfera.
    3. Udara masuk bercampur dengan gas dan menghasilkan suatu nyalaan yang lebih panas dan kurang berkilau.

    Karburetor Kereta

    1. Karburetor digunakan untuk menghasilkan campuran petrol dan udara bagi pembakaran dalam silinder enjin kereta.
    2. Udara yang mengalir melalui kawasan sempit dengan halaju lebih tinggi menyebabkan tekanan lebih rendah di kawasan jet.
    3. Petrol dari tangki petrol ditindakkan oleh tekanan atmosfera mengalir keluar dari jet menjadi semburan wap petrol bercampur dengan udara.

    Eksperimen Berhubung kait Dengan Prinsip Bernoulli

    by
    Eksperimen 1

    Sekeping kertas nipis dipegang secara mengufuk di bawah bibir. Apabila dihembus dengan kuat, kertas itu bergerak ke atas.

    Penerangan:

    1. Aliran udara yang lebih laju di bahagian atas kertas itu menghasilkan tekanan yang lebih rendah. 
    2. Secara relatif, tekanan atmosfera di bahagian bawah menjadi lebih tinggi.
    3. Beza tekanan ini menyebabkan kertas ditolak ke atas.

    Eksperimen 2

    Apabila udara dihembus di antara 2 biji bola ping pong yang berdekatan, bola ping pong itu melekat antara satu sama lain.

    Penerangan:

    1. Udara bergerak dengan laju di antara bola ping pong, menyebabkan tekanan gas di antara bola ping pong menurun.
    2. Tekanan gas di sebelah lain bola ping pong menjadi lebih tinggi, seterusnya menolak kedua-dua bola ping pong mendekati antara satu sama lain.

    Eksperimen 3

    Sebiji bola ping pong dipegang di dalam suatu corong turas yang ditelangkupkan. Apabila udara dihembus dengan kuat menerusi tiub corong turas itu, bola ping pong terlekat pada corong turas dan tidak jatuh ke bawah.

    Penerangan:

    1. Aliran udara yang laju di bahagian atas bola ping pong menghasilkan tekanan yang lebih rendah, maka secara relatifnya, tekanan atmosfera di bahagian bawah bola ping pong menjadi lebih tinggi.
    2. Perbezaan tekanan udara di kawasan atas dan kawasan bawah bola ping pong itu menolak bola ping pong itu ke atas.

    Prinsip Bernoulli

    by
    Prinsip Bernoulli menyatakan bahawa kawasan bendalir yang bergerak dengan halaju yang lebih tinggi mempunyai tekanan yang lebih rendah.
    Experiment 1
    (Rajah 1)

    1. Apabila cecair mengalir melalui suatu tiub seragam, tekanannya berkurangan secara seragam seperti ditunjukkan. dalam Rajah 1 di atas kerana air mengalir dari kawasan bertekanan tinggi ke kawasan bertekanan rendah.
    2. Tekanan pada titik A lebih tinggi daripada tekanan pada titik B, manakala tekanan pada titik B lebih tinggi daripada tekanan pada titik C.

    (Rajah 2)
    1. Jika tiub tidak seragam mempunyai suatu bahagian yang sempit seperti ditunjukkan dalam Rajah 2 di atas, tekanan cecair di bahagian sempit itu adalah paling rendah.
    2. Oleh kerana isi padu air sesaat yang mengalir melalui bahagian A, B, dan C adalah sama, maka laju air yang mengalir melalui bahagian sempit B adalah lebih tinggi berbanding dengan laju air di A dan C.
    3. Menurut Prinsip Bernoulli, laju yang tinggi menyebabkan tekanan pada bahagian B menjadi rendah.

    Experiment 2
    (Rajah 3)

    1. Rajah di atas menunjukkan udara ditiub melalui satu tiub yang seragam. 
    2. Didapati bahawa aras air di A adalah paling rendah. Ini adalah kerana tekanan gas di A adalah paling tinggi. 
    3. Tekanan gas berkurang dari A ke C. Oleh itu, aras air meningkat dari A ke C.
    (Rajah 4)
    1. Apabila udara ditiup melalui tiub seperti ditunjukkan dalam Rajah 4, aras air dalam tiub A lebih rendah daripada tiub C, manakala aras air dalam tiub C lebih rendah daripada tiub B.
    2. Ini disebabkan oleh tekanan di A lebih tinggi daripada tekanan di C. Tekanan di B adalah paling rendah kerana udara bergerak dengan paling cepat di B, maka aras air di B adalah paling tinggi.

    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.