Prinsip Archimedes

 

Tujah  ke atas dan Prinsip Archimedes     

 

(a) Pendahuluan

Rajah menunjukkan satu jasad beratnya 40 N berada di dalam lima kedudukan yang berlainan.

Isikan bacaan neraca spring yang mungkin dalam petak-petak berkenaan.

Kesimpulannya:…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

 

(b) 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.      

 

 

 

 

 

 

 

 

(c)Prinsip Archimedes

 

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

Tujah = 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

 

 

(d)Kaedah Lain  Menentukan Tujah ke atas

 

Kaedah 1 : Tujah  = berat jasad di udara  -  berat

                                 jasad dalam bendalir

 

Kaedah 2:  Tujah  =   daya disebabkan

                                  perbezaan tekanan cecair   

                                  bahagian permukaan  atas

                                  dan  bahagian

                                  permukaan bawah jasad.

 

 

Contoh 1

Sebuah  sfera logam berisipadu  5 x 10-4 m3 ditenggelamkan ke dalam air yang berketumpatan 

1 x 103 kgm-3.Berapakah tujah ke atas sfera itu?

 

Penyelesaian

 

 

 

 

Contoh 2

Sebuah kubus  kayu berketumpatan 4 x 10 3  kg m-3  dan berjisim 5 kg ditenggelamkan dalam air berketumpatan 1 x 103 kg m - 3.Berapakah tujah ke atas kubus itu?

Penyelesaian

 

 

 

Contoh3

Berat suatu jasad di udara ialah 40 N dan beratnya dalam suatu cecair yang berketumpatan 800 kgm-3 ialah 36 N. Berapakah isipadu jasad tersebut?

Penyelesaian

 

 

 

(e)Bagaimana jasad terapung dalam bendalir

 

 

(f)Hukum Keapungan

Jika   tujah = berat    , jasad terapung dan pegun

         tujah > berat    , jasad bergerak ke atas

         tujah < berat    , jasad tenggelam dan

         bergerak ke bawah

 

 

Contoh 4

Berdasarkan rajah (a) (b) (c) dan (d) tuliskan persamaan perkataan jika objek adalah terapung pegun.

Penyelesaian

 

 

 

 

 

Contoh 5

Sebatang tiub kaca mempunyai luas keratan bahagian luar 4.0 x 10 –4 m2 berjisim 0.012 kg mengandungi pasir..Salur kaca ini terapung tegak dalam suatu bekas mengandungi air.Jika panjang salur kaca yang terendam adalah 0.08  m dan ketumpatan air ialah 1000 kgm-3,

tentukan

(a) Tujah ke atas

(b)  Jisim pasir

 

Penyelesaian

 

 

 

 

(g)Hubungan ketumpatan jasad terapung

 dan ketumpatan cecair

 

 

Katakan suatu jasad  mempunyai ketinggian H  dan berketumpatan ro terapung di dalam suatu cecair berketumpatan rc tenggelam sedalam h , maka,

     tujah ke atas = berat jasad

     berat cecair tersesar = berat ro (AH) (g)

     rc  (h) = ro ( H)

     ro       = r c (h)

                      H

 

 

Contoh 6

Suatu jasad tenggelam  4  bahagian dalam suatu

                                       5

cecair berketumpatan 900 kgm-3.Berapakah  ketumpatan jasad tersebut?

 

Penyelesaian

 

 

 

(h)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 =  rV g)

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)

(3)

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

Belon akan naik ke atas

 

 

Pada ketinggian tertentu ketumpatan udara berkurang sehingga

Tujah ke atas =  berat belon + berat hidrogen

Belon pegun dan menghanyut.

Disebabkan juga tekanan atmosfera berkurang,isipadu belon bertambah (Hukum Boyle),maka belon akan pecah.

 

(4)           Belon udara panas

 

Ketumpatan udara sejuk >>> ketumpatan udara panas Isipadu belon juga besar menyebabkan isipadu udara sejuk yang tersesar besar.

Tujah ke atas adalah besar kerana ketumpatan dan isipadu udara yang disesar adalah besar

( F = rVg)

Tujah ke atas > berat belon + berat hidrogen

Maka belon naik ke atas.

Jika  belon mengandungi kurang udara panas,maka

Tujah ke atas < berat belon + berat hidrogen

Maka belon akan turun.

 

 

(5)     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 =rV g )

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

Hidrmeter 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.

 

 

TUTORIAL 8

 

 

 

1       Sebuah pemberat digantungkan pada neraca spring sehingga seluruh pemberat itu terendam dalam air.Pernyataan yang manakah berikut adalah benar mengenai bacaaan neraca spring itu?

 

A   tetap

B   terus menjadi sifar

C   menurun hingga sifar

D   menurun hingga nilai tetap

 

2       Seketul logam berisipadu 0.002 m3 terendam sepenuhnya dalam air.Jika ketumpatan ais adalah 1000 kgm-3,daya julangan yang bertindak ke atas ketul logam itu adalah

 

A   40N                                                        B             30N

C   20N                                                        D             10N       

E    5N

 

3              Satu jasad berjisim 2 kg berketumpatan

8 x 103kgm-3tenggelam dalam air laut mempunyai ketumpatan 1.03 x 103

kg m-3. Berapakah daya tujah ke atas?

 

A   1.2 N                                                      B             2.6 N

C   3.0 N                                                      D             3.4 N                                      E             4.0 N

 

4       Satu jasad berisipadu 5 x 10- 4 m3  ditimbang dengan neraca spring dan didapati bacaannya adalah 8N.Berapakah bacaan neraca spring apabila ditenggelamkan sepenuhnya dalam cecair berketumpatan 600 kg m-3?

 

 

A   1N                                                           B             2N

C   3N                                                           D             5N

E    8N

 

5       Sebuah neraca spring mencatatkan bacaan 20N bagi satu beban berisipadu 5x 10-4 m3 di udara.Apabila direndam dalam suatu cecair bacaan neraca spring menjadi 15N.Ketumpatan cecair itu adalah,

 

A   400 kgm-3                                            B             800 kgm-3

C   1000 kgm-3                           D             1200 kgm-3

                E             1200 kgm-3

 

6              Seketul ais yang besar didapati terapung di permukaan air.Pernyataan yang manakah    berikut adalah benar?

 

          A   Berat ais bersamaan dengan jisim air yang tersesar

          B   Berat ais kurang daripada berat air yang       tersesar

                C             Berat ais lebih daripada berat air yang                           tersesar

          D   Berat ais bersamaan dengan berat air           yang tersesar

 

7       Rajah menunjukkan sebuah jasad berbentuk sfera yang terapung di atas satu cecair dalam  sebuah bekas.Yang          manakah di antara berikut adalah benar?

 

A       Isipadu air yang disesarkan sama dengan  isipadu sfera

B       Jisim sfera adalah sama dengan jisim cecair dalam bekas

C       Ketumpatan sfera sama dengan ketumpatan cecair

D       Berat cecair yang tersesar sama dengan berat sfera

 

 

 

 

 

 

 

 

8       Satu jasad berada dalam bikar dan terapung di atas air dalam satu bekas.Bila jasad itu dikeluarkan dari bikar,pemerhatian yang manakah berikut adalah benar?

 

x

Y

A

Bertambah

Bertambah

B

Berkurang

Berkurang

C

Bertambah

Berkurang

D

Berkurang

Bertambah

 

9       Suatu jasad berbentuk kubus bersisi 0.1 m ditenggelamkan sebanyak ¾ bahagian daripada ketinggiannya dalam air yang berketumpatan 1000 kgm-3.Berapakah berat bongkah itu di udara?

 

A   2.5N                                                       B             5.0 N

C   7.5N                                                       D             10.0N

E    12.5N

10     Satu kuboid berjisim 0.12 kg  diletakkan di dalam sebuah bikar yang mengandungi air yang berketumpatan  1000 kg m-3.Jika luas keratan rentas  kuboid adalah 0.001 m2,berapakah dalam P kuboid tenggelam dalam air?

 

                A             0.0 8 m                                  B             0.10 m

                C             0.12  m                                  D             0.18 m

                E             0.20  m

 

11   Sebuah sampan mempunyai had keselamatan L seperti pada rajah di atas.Isipadu sampan di bawah garisan L ialah 4 m3.Jisim sampan ialah 200 kg.Jika sampan ini ingin digunakan dengan selamat untuk menyeberangi sungai yang airnya tenang, berapakah jisim maksimum muatan tambahan lain yang dapat ditampung oleh sampan itu?

(Ketumpatan air = 1000 kgm-3)

 

                A             2.0 X 103 Kg                         B             3.8 X 103 Kg

                C             4.0 X 103 Kg                         D             4.2 X 103 Kg

E    5.0 X 103 Kg

12           Rajah menunjukkan sebuah tabung uji berisi

12 g pasir dan mempunyai luas keratan rentas

 2 x 10-4 m2.Apabila dimasukkan dalam air  yang berketumpatan 1000 kgm-3,panjang tabung uji terendam dalam air adalah 10 cm.Berapakah jisim tabung uji itu?

 

A   0.008 kg                                                B             0.012 kg

C   0.016 kg                                                D             0.020 kg

E    0.040 Kg

 

13     Satu bongkah logam berisipadu 0.5 m3 digantung di dalam tangki yang mengandungi air seperti dalam rajah di atas.Berapakah tegangan,T ,tali penggantung bongkah logam itu?

[ Ketumpatan logam = 8 x 103 kg m-3 ,

ketumpatan air = 1 x 103 kg m-3]

 

A   3.0 x 104 N                            B             3.5 x 104N

C   4.0 x 104 N                            D             4.5 x 104N

E    5.0 x 104N

 

14           Sebongkah kayu yang mempunyai isipadu

2 x 10-3m3 dan ketumpatan 900 kgm- 3. Berapakah

(a) Jisim bongkah kayu itu.

 

 

 

(b) Berat bongkah kayu itu.

 

 

Bongkah kayu itu kemudiannya dimasukkan ke dalam air dan didapati bongkah kayu itu terapung di permukaan air seperti rajah(a).Berapakah

 

(c) Tujahan ke atas disebabkan oleh air?

 

 

(d)    Isipadu air yang disesarkan oleh bongkah kayu itu jika ketumpatan air adalah 1000 kg m-3?

 

 

 

 

Kayu itu kemudian ditolak dengan satu daya sehingga kayu hanya di bawah permukaan air seperti pada rajah(b).

(c)     Berapakah isipadu air yang disesarkan dalam kedudukan baru bongkah kayu ini?

 

 

 

 

 

(d) Berapakah tujah ke  atas yang baru?

 

 

 

 

(e)     Berapakah pecutan yang dihasilkan ketika daya yang menolak bongkah kayu itu dialihkan?

 

 

 

15     Sebiji belon yang besar diperbuat daripada beg nilon diisi dengan gas helium sehingga isipadunya menjadi 8 m3.

(a) Jika ketumpatan gas helium adalah 0.18

kg m-3,tentukan

                                (i)            Jisim gas helum dalam belon

 

 

(ii)        berat gas itu

 

(b)    Belon itu kemudian diikat dengan tali nilon yang ringan dan pada hujung bawah tali,tergantung beban 3.65 kg seperti pada rajah.Kedudukan beban adalah beberapa centimeter dari permukaan bumi dan belon terapung pegun di udara.

(i)      Berapakah daya paduan ke atas belon itu?

 

 

 

(ii)        Berapakah tegangan tali nilon itu?

 

 

 

 

 

 

                (c)           Jika ketumpatan udara ialah 1.25  kg m-3,                     hitungkan

 

 

                                (i)            daya tujah ke atas yang                                                                      bertindak pada belon itu.

 

 

                                (ii)           jisim beg nilon

 

 

 

(d) Jika tali pengikat itu dipotong,

(i)      berapakah pecutan yang dialami oleh belon itu

 

 

 

(ii)     Apakah perubahan yang akan berlaku apabila belon itu naik semakin tinggi?

 

…………………………………………………

 

…………………………………………………

16     Sebatang tiub kaca seragam dengan satu hujungnya tertutup mempunyai luas keratan rentas bahagian luar   2.0 x 10 –4 m2 dan berjisim 0.01k g diisikan dengan butir-butir plumbum .Tiub kaca bersama dengan butir-butir plumbum kemudian nya diletakkan dalam satu bekas yang mengandungi air.Tiub itu terapung tegak di dalam air          seperti pada rajah di atas.

[Ketumpatan air ialah 1000 k g m-3 ]

 

(a)     Panjang tiub kaca yang terendam di dalam air ialah 0.08 m.Hitungkan

(i)         isipadu air yang tersesar

 

 

 

 

 

 

(ii)        berat air yang tersesar

 

(b)    (i)         Tuliskan persamaan perkataan yang

menunjukkan hubungan daya-daya yang terlibat semasa tiub kaca bersama butir-butir plumbum itu terapung di dalam air.

 

…………………………………………………

(ii)     Hitungkan jisim butir-butir plumbum itu.

(c)     Tiub kaca bersama-sama butir-butir plumbum itu diletakkan dalam bekas yang mengandungi minyak zaitun dan tiub itu terapung secara tegak.

(i)      Apakah yang diperhatikan pada panjang tiub yang terendam di dalam minyak zaitun berbanding dengan keadaan di (a)?

 

…………………………………………………

(ii)        Jelaskan jawapan anda di (c)(i)

 

…………………………………………………

 (d)   Nyatakan satu kegunaan bagi susunan bagi tiub kaca berisi butir-butir plumbum seperti ditunjukkan di atas.

 

      …………………………………………………

 

…………………………………………………

 

 

17     (a) Nyatakan Prinsip Archimedes.Seterusnya

huraikan satu eksperimen untuk mentahkik Prinsip Archimedes.

 

(b)   Sebuah objek yang kurang tumpat ditenggelamkan sepenuhnya dalam air dengan menolaknya dengan tangan . Terangkan apa yang terjadi apabila tangan dialihkan.

 

 (c)    Terangkan bagaimana sebuah belon udara panas naik.

 

18     (a) Anda diberi sebuah tabung didih,pasir dan

gelang-gelang getah.Terangkan bagaimana anda boleh menggunakannya untuk menjadikannya sebuah hidrometer.

 

(b)   Huraikan dua lagi aplikasi dalam kehidupan seharian Prinsip Archimedes.

About these ads

Berikan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s