Nota Fizik T5 Bab 1: Daya dan Gerakan II SPM
Nota lengkap Fizik Tingkatan 5 Bab 1 — daya paduan, leraian daya kepada komponen, keseimbangan tiga daya, segi tiga daya, Hukum Hooke, pemalar spring dan tenaga keupayaan kenyal.
1.1 Daya Paduan
Daya paduan ialah daya tunggal yang mewakili jumlah secara vektor dua atau lebih daya yang bertindak ke atas sesuatu objek. Arah daya paduan menentukan arah gerakan objek.
Situasi Daya Paduan
| Situasi | Daya Paduan | Kesan |
|---|---|---|
| FA = FB (bertentangan) | Sifar (0 N) | Objek pegun / halaju seragam |
| FA > FB (bertentangan) | Ke arah FA | Bergerak ke arah FA |
| FA < FB (bertentangan) | Ke arah FB | Bergerak ke arah FB |
Kaedah Menentukan Daya Paduan
Situasi 1 — Dua daya searah:
F = F₁ + F₂ (tambah magnitud)
Situasi 2 — Dua daya bertentangan:
F = F₁ − F₂ (tolak; arah ke daya lebih besar)
Situasi 3 — Dua daya berserenjang:
Gunakan Teorem Pythagoras:
F = √(Fx² + Fy²)
tan θ = Fy / Fx
Situasi 4 — Dua daya pada sudut sewenang:
Gunakan kaedah segi tiga daya atau segi empat selari (gambar rajah berskala).
Daya Paduan dan Hukum Newton Kedua
F = ma
| Keadaan Gerakan | Pecutan, a | Daya Paduan, F |
|---|---|---|
| Pegun | 0 | 0 N |
| Halaju seragam | 0 | 0 N |
| Memecut | ≠ 0 | ≠ 0 N |
1.2 Leraian Daya
Satu daya boleh dileraikan kepada dua komponen serenjang:
Komponen mengufuk: Fx = F cos θ
Komponen menegak: Fy = F sin θ
di mana θ ialah sudut antara daya dengan ufuk.
Contoh — Daya pada Satah Condong
Bagi objek di atas satah condong sudut θ dengan berat W:
- Komponen selari satah (ke bawah): W sin θ
- Komponen serenjang satah: W cos θ
- Tindak balas normal: R = W cos θ
1.3 Keseimbangan Daya
Objek dalam keseimbangan daya apabila daya paduan ke atasnya = 0 N (pecutan = 0).
Segi Tiga Daya
Tiga daya dalam keseimbangan boleh diwakili oleh segi tiga daya — tiga daya dilukis secara berturutan mengikut arah, membentuk segi tiga tertutup.
Petua: Bagi tiga daya dalam keseimbangan:
• Jumlah komponen mengufuk = 0
• Jumlah komponen menegak = 0
Contoh Keseimbangan
| Situasi | Syarat Keseimbangan |
|---|---|
| Objek di atas meja | R = W |
| Lampu digantung dua tali | T₁ cos θ₁ + T₂ cos θ₂ = W; T₁ sin θ₁ = T₂ sin θ₂ |
| Objek pada satah condong (pegun) | R = W cos θ; F_geseran = W sin θ |
1.4 Kekenyalan
Kekenyalan ialah sifat bahan yang membolehkan objek kembali kepada bentuk dan saiz asalnya selepas daya dikenakan dialihkan.
Hukum Hooke
F = kx
F = daya yang dikenakan (N)
k = pemalar spring (N m⁻¹)
x = pemanjangan spring (m)
Had kenyal ialah had maksimum daya yang masih membolehkan spring kembali ke panjang asal. Melampaui had kenyal, Hukum Hooke tidak lagi terpakai.
Graf F melawan x
- Graf garis lurus melalui titik asalan (di bawah had kenyal)
- Kecerunan graf = pemalar spring, k
- Semakin besar k → spring lebih keras / tegar
Tenaga Keupayaan Kenyal
Eₚ = ½ F x = ½ k x²
Eₚ = tenaga keupayaan kenyal (J)
k = pemalar spring (N m⁻¹)
x = pemanjangan (m)
Eₚ = luas di bawah graf F melawan x (luas segi tiga)
Faktor yang Mempengaruhi Pemalar Spring, k
| Faktor | Kesan ke atas k |
|---|---|
| Bahan spring (e.g. keluli vs kuprum) | Bahan berbeza → k berbeza |
| Diameter wayar spring | Wayar lebih tebal → k lebih besar |
| Diameter gegelung spring | Gegelung lebih besar → k lebih kecil |
| Panjang spring | Spring lebih pendek → k lebih besar |
Rumus Penting Bab 1
| Kuantiti | Rumus | Unit |
|---|---|---|
| Daya paduan (serenjang) | F = √(Fx² + Fy²) | N |
| Sudut daya paduan | tan θ = Fy / Fx | ° |
| Komponen mengufuk | Fx = F cos θ | N |
| Komponen menegak | Fy = F sin θ | N |
| Hukum Hooke | F = kx | N |
| Pemalar spring | k = F/x = kecerunan graf | N m⁻¹ |
| Tenaga keupayaan kenyal | Eₚ = ½kx² | J |
Soalan lazim
Apakah perbezaan antara daya paduan dan leraian daya?
Daya paduan menggabungkan beberapa daya menjadi satu daya tunggal. Leraian daya pula memecahkan satu daya kepada dua komponen serenjang (mengufuk dan menegak) untuk memudahkan pengiraan.
Bilakah Hukum Hooke tidak terpakai?
Hukum Hooke tidak terpakai apabila daya melebihi had kenyal spring. Dalam keadaan ini, pemanjangan tidak lagi berkadar terus dengan daya, dan spring tidak dapat kembali ke panjang asalnya.
Bagaimana menentukan keseimbangan tiga daya?
Tiga daya dalam keseimbangan apabila jumlah komponen mengufuk = 0 DAN jumlah komponen menegak = 0. Boleh juga digambarkan oleh segi tiga daya tertutup.
Apakah maksud pemalar spring k yang besar?
Pemalar spring k yang besar bermaksud spring lebih tegar (keras). Diperlukan daya yang lebih besar untuk menghasilkan pemanjangan yang sama.