3.1. HUKUM KEGRAVITIAN SEMESTA NEWTON 3.1 NEWTON’S UNIVERSAL LAW OF GRAVITATION Gravitational force between Sun and Earth Gravitational force between Sun and Moon • • • • Gravitational force between Earth and Moon Rajah 1.1 Daya Graviti sebagai daya semesta Diagram 1.1 Gravitational force as universal force Daya Graviti dikenali sebagai daya semesta kerana daya graviti bertindak antara mana-mana dua jasad dalam alam semesta. Gravitational force is known as universal force because gravitational force acts in between any two bodies in the universe. Rajah 1.1 menunjukkan daya graviti antara Matahari, Bumi dengan Bulan. Diagram 1.1 shows the gravitational force between Sun, Earth and Moon. Daya graviti wujud secara berpasangan. Gravitational force exists in pairs. Dua jasad itu masing-masing mengalami daya graviti dengan magnitude yang sama Both bodies experience same magnitude of gravitational force. Pada tahun 1687, Isaac Newton telah mengemukakan dua hubungan yang melibatkan daya graviti antara 2 jasad: In the year 1687๏ผIsaac Newton presented 2 relationships that involving gravitational force between 2 bodies. Daya graviti berkadar terus dengan hasil darab jisim dua objek iaitu Gravitational force is directly proportional to the product of masses of the two bodies. F α m1m2 HUKUM KEGRAVITIAN SEMESTA UNIVERSAL LAW OF GRAVITATION Daya graviti berkadar songsang dengan kuasa dua jarak di antara pusat dua jasad tersebut Gravitational force is inversely proportional to the square of the distance between the centre of the two bodies ๐ F α ๐๐ | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 1 Dari dua hubungan di atas, boleh dirumuskan bahawa Daya Graviti, F From both relationships above, it can be concluded that gravitational force, F ๐ญ=๐ฎ ๐๐ ๐๐ ๐๐ Di mana / where: F = daya graviti antara dua jasad = Gravitational force between two bodies m1 = Jisim jasad pertama = Mass of the first body m2 = Jisim jasad kedua = Mass of second body r = jarak antara pusat jasad pertama dengan pusat jasad kedua = Distance between the centre of first and second body G = Pemalar kegravitian ( 6.67 x 10-11 N m2kg -2) = Gravitational constant ( 6.67 x 10-11 N m2kg -2) Body 1 Body 2 Distance, r | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 2 Menggunakan persamaan Using equation ๐ญ=๐ฎ ๐๐ ๐๐ ๐๐ Hukum Kegravitian Semesta Newton boleh diaplikasikan kepada: Newton’s Universal Law of Gravitation can be applied to: i. Dua jasad pegun di bumi Two stationary bodies on Earth Daya graviti antara 2 jasad berjisim kecil mempunyai magnitud yang sangat kecil. The gravitational force between 2 bodies of small mass has a very small magnitude. Contoh / Example: 2 orang lelaki berjisim masing-masing 80 kg dan 60 kg pada jarak 3 m di antara satu sama lain. Berapakah magnitud daya graviti yang bertindak di antara mereka. 2 men that weigh 80 kg and 60 kg respectively at a distance of 3 m from each other. What is the magnitude of the gravitational force acting between them? M1 = 80 kg m2 = 60 kg r=3m G = 6.67 x 10 -11 Nm2 kg-2 ii. Jasad di atas permukaan bumi The body on the surface of the earth ๐น=๐บ F = 6.67 x 10 -11 (80)(60) 32 = 3.557 x 10-8 N Daya graviti yang bertindak adalah sangat kecil dan kedua-dua lelaki tersebut tidak merasai kesan daya graviti di antara satu sama lain The gravitational force acting is very small, and the two men do not feel the effects of gravitational force on each other. ๐1 ๐2 ๐2 r = R ( jejari bumi) , maka : r = R ( radius of Earth), hence๏ผ ๐น=๐บ | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 ๐1 ๐2 ๐ 2 3 iii. Bumi dan satelit Earth and satelite ๐น=๐บ ๐1 ๐2 ๐2 r = h + R , maka: r = h + R, hence: ๐น=๐บ iv. Bumi dan Matahari Earth and Sun | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 ๐1 ๐2 (โ + ๐ )2 ๐1 ๐2 ๐2 r = Jarak diantara bumi dengan matahari. r = Distance between Earth and Sun ๐น=๐บ 4 LATIHAN EXERCISE Kertas 1 (Objektif) Paper 1 (Objective) 1. 2. Sebuah satelit komunikasi boleh berada dalam orbitnya dan tidak terlepas ke ruang angkasa kerana satelit komunikasi itu A communication satellite can stay on its orbit and do not miss into space because that communication satelite A Menjadi ringan Becomes lighter C B Bergerak di dalam vakum Moving in vacuum D Sentiasa di tarik oleh daya graviti Bumi Always pulled by the Earth’s gravitational force Bergerak dengan kelajuan yang tinggi Moving with a high speed Rajah 1 menunjukkan dua jasad P dan Q dengan jisim m1 dan m2 masing-masing. Jarak antara pusat keduanya adalah r dan daya gravity adalah F. Daya Graviti akan berkurang sekiranya Diagram 1 shows 2 bodies P and Q with mass m1 and m2 respectively. The distance between both centres is r and the gravitational force is F. Gravitational force will decrease if Rajah 1 / Diagram 1 A B 3. m 1 bertambah m1 increases m2 bertambah m2 increases C D Jarak r bertambah Distance r increases Jarak r berkurang Distance r decreases Hitungkan daya graviti antara matahari dan bumi dimana jarak diantara pusat ke pusat ialah 1.5 x 1011 m. Calculate the gravitational force between Sun and Earth where the distance between center to center is 1.5 x 1011 m. Diberi / Given : Jisim bumi / Mass of Earth = 5.97 x 1024 kg Jisim matahari / Mass of Sun = 1.99 x 1030 kg Pemalar Kegravitian, G / Gravitational constant, G = 6.67 x 10 -11 Nm2 kg -2 A 3.34 x 1022 N C 0.342 x 1024 N B 35.2 x 1022 N D 3.42 x 10 22 N | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 5 4. 5. Sebuah Kapal angkasa berjisim 5 x 105 kg dilancar dari Bumi ke Bulan. Jisim bumi dan bulan adalah masing-masing 6x 10 24 kg dan 7.4 x 10 22 kg. Hitung daya graviti antara bumi dan kapal angkasa apabila jarak kapal angkasa tersebut dari pusat bumi adalah 1.6 x 108 m. A 5 x 105 kg spacecraft is launched from Earth to the Moon. The mass of the earth and the moon are 6x 10 24 kg and 7.4 x 10 22 kg respectively. Calculate the gravitational force between the earth and the spacecraft when the distance of the spacecraft from the center of the earth is 1.6 x 108 m. A 5645.5 N C 7816.4 N B 6375.5 N D 8337.4 N Rajah 2 menunjukkan dua objek yang berada pada jarak, d. Daya graviti yang bertindak adalah F = 10 N. Diagram 2 shows two objects at a distance, d. The gravitational force acted is F = 10 N. Rajah 2 / Diagram 2 Berapakah nilai F jika isi padu kedua-dua objek digandakan? What is the value of F if the volume of the two objects is doubled? 6. A 5N C 20 N B 10 N D 40 N Rajah 3 menunjukkan lintasan sebuah planet mengorbit matahari. Kedudukan manakah planet mengalami daya tarikan graviti matahari paling tinggi? Diagram 3 shows the trajectory of a planet orbiting the sun. Which position of the planet experiences the highest gravitational pull of the sun? Rajah 3 / Diagram 3 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 6 7. 8. Mengikut Hukum Kegravitian Newton, terdapat daya tarikan graviti antara Bumi dan Bulan Bumi yang berjisim lebih besar akan menarik Bulan dengan ... According to Newton's Law of Gravitation, there is a gravitational pull between the Earth and the Moon. A larger mass of the Earth will attract the Moon with ... A Daya lebih lemah dari daya Bulan ke atas bumi a force weaker than the force of the Moon towards the Earth C Daya lebih kuat dari daya bulan ke atas bumi a force stronger than the force of Moon towards the Earth B daya sama dengan daya bulan ke atas bumi a force equal to the force of the Moon towards the Earth D Daya yang kadang kala lebih besar dari daya Bulan ke atas bumi dan kadang kala lebih kecil a force that is sometimes greater than the force of the Moon towards the earth and sometimes smaller Rajah 4 menunjukkan dua satelit P dan Q yang serupa. Pernyataan berikut yang manakah benar mengenai daya antara satelit dengan bumi? Diagram 4 shows two similar satellites P and Q. Which of the following statements is true about the force between a satellite and the earth? Rajah 4 / Diagram 4 A Daya satelit Q lebih besar dari P Force of satellite Q greater than P B Daya satelit P lebih besar dari Satelit Q Force of satellite P greater than Q | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 C Sama Same 7 9. 10. Daya graviti di antara sebiji buah kelapa dengan bumi dapat ditingkatkan apabila... The gravitational force between a coconut and the Earth can be increased when ... I jisim kelapa bertambah mass of coconut increases III jarak antara kelapa dengan bumi bertambah distance between coconut and Earth increases jarak antara buah kelapa dengan bumi berkurang distance between coconut and Earth decreases II jisim kelapa berkurang mass of coconut decreases IV A I dan II C II dan IV B II dan III D I dan IV Manakah pernyataan yang benar mengenai daya graviti? Which of the following statements are true about gravitational force? I Daya graviti berkadar terus dengan hasil darab dua jisim Gravitational force is directly proportional to the product of masses of two bodies III II Daya graviti berkadar terus dengan kuasa dua jarak di antara pusat dua jasad Gravitaional force is directly proportional to square of the distance between the centres of the two bodies IV Daya graviti berkadar songsang dengan hasil darab dua jisim Gravitational force is inversely proportional to the product of masses of two bodies Daya graviti berkadar songsang dengan kuasa dua jarak di antara pusat dua jasad Gravitational force is inversely proportional to square of the distance between the centres of the two bodies A I dan II C II dan IV B II dan III D I dan IV | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 8 Kertas 2 (Bahagian A) Paper 2 (Section A) 1.. Jadual 1.1 menunjukkan jisim m1 dan m2 yang diletakkan pada jarak yang berbeza di atas permukaan bumi. Diagram 1.1 shows mass m1 and m2 that is placed at different distance above the surface of Earth Jisim objek 1, m1(kg) Mass of object 1, m1(kg) Jisim objek 2, m2 (kg) Mass of object 2, m2 (kg) Jarak antara 2 objek, r (m) Distance between 2 objects, r(m) 180 50 20 360 100 20 180 50 5 360 100 5 Daya graviti, F (N) Gravitational force, F(N) Jadual 1.1 / Diagram 1.1 Diberi : Pemalar Kegravitian , G = 6.67 x 10 -11 Nm2 kg -2 Given: Gravitational constant, G= 6.67 x 10-11 Nm2kg-2 (a) (i) Hitungkan daya graviti, F menggunakan jisim kedua-dua objek dan jarak yang diberikan dalam jadual 1.1. Calculate the gravitational force, F by using masses of both objects and distance provided in Diagram 1.1. [4 m] (ii) Bagaimanakah jisim dua objek mempengaruhi daya graviti antara dua objek? How does the masses of two objects affect the gravitational force between the two objects? …………………………………………………………………………………………………. [1 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 9 (iii) Bagaimanakah jarak antara dua objek mempengaruhi daya graviti antara dua objek itu? How does the distance between two objects affect the gravitational force between two objects? …………………………………………………………………………………………………. [1 m] (iv) Berdasarkan daya graviti yang dihitung di 1(a)(i), apa kesimpulan yang boleh dibuat berkaitan dengan magnitud daya graviti diantara dua objek pegun dipermukaan bumi. Based on the gravitational force calculated in 1(a)(i), what conclusion can be drawn in relation to the magnitude of gravitational force between two stationaries objects on the earth's surface. (b) …………………………………………………………………………………………………. [1 m] Jika objek P berjisim 180 kg dan objek Q berjisim 50 kg berada di permukaan bumi pada jarak 20 m diantara satu sama lain, hitung: If object P has a mass of 180 kg and object Q has a mass of 50 kg are placed on the surface of the Earth at a distance of 20 m from each other, calculate: (Jejari bumi: 6.37 x 106 m dan jisim bumi :5.97 x 1024 kg) (Radius of Earth: 6.37 x 106m and mass of Earth: 5.97 x 1024kg) (i) Daya graviti P dengan bumi Gravitational force of P with earth [2 m] (ii) Daya graviti Q dengan bumi: Gravitational force of Q with earth: [2 m] c. Bandingkan daya graviti di antara dua objek yang pegun permukaan bumi dengan daya graviti diantara objek dangan bumi. Compare the gravitational force between two stationary objects on the Earth's surface with the gravitational force between objects and the earth. …………………………………………………………………………………………………. . [1 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 10 2. Jisim Matahari : 1.99 x 10 30 kg Mass of Sun : 1.99 x 10 30 kg Jisim Bumi : 5.97 x 1024 kg Mass of Earth : 5.97 x 1024 kg Jisim Bulan : 7.35 x 1022 kg Rajah 1.2 / Diagram 1.2 Mass of Moon : 7.35 x 1022 kg jarak diantara bumi dengan matahari Jisim satelit buatan : 1.20 x 103 kg distance between Earth and Sun : Mass of satellite : 1.20 x 103 kg 1.50 x 1011 m jarak diantara bumi dengan satelit distance between Earth and satellite ๏ผ 4.84 x 107 m Pemalar kegravitian , G Gravitational constant, G: 6.67 x 10-11 N m2 kg-2 jejari bumi Earth’s radius : 6.37 x 106 m (a) Berdasarkan Rajah 1.2 dan data yang diberi , bandingkan Based on Diagram 1.2 and the data given, compare (i) jisim bumi , jisim matahari dan jisim satelit buatan mass of Earth, mass of Sun and mass of manmade satellite ……………………………………………………………………………………………… [1 m] (ii) (b) Jarak diantara bumi dengan matahari dengan jarak diantara bumi dengan satelit buatan . Distance between Earth and Sun with distance between Earth and manmade satellite ……………………………………………………………………………………………….. [1 m] Berdasarkan Rajah 1.2 , hitung Based on Diagram 1.2, calculate (i) Daya graviti Bumi ke atas satelit itu sebelum satelit itu dilancarkan. Earth's gravitational force on the satellite before it was launched. [2 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 11 (ii) jarak antara pusat bumi dengan pusat bulan jika daya gravity antara bumi dengan bulan adalah 2 x 1010 N. the distance between the center of the earth and the center of the moon if the gravitational force between the earth and the moon is 2 x 1010 N. [2 m] (iii) Daya graviti antara bumi dan matahari. Gravitational force between Earth and Sun. [2 m] c. Berdasarkan jawapan anda di b(iii), bandingkan magnitud daya graviti diantara bumi dengan matahari dan di antara bumi dengan bulan . Terangkan jawapan anda. Based on your answer in b (iii), compare the magnitude of gravitational force between the Earth and the Sun and between the Earth and the Moon. Explain your answer. ……………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………. [2 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 12 Kaitan antara pecutan graviti, g dipermukaan bumi dengan pemalar kegravitian semesta G The relationship between the gravitational acceleration, g on the surface of the Earth with the Universal Gravitational Constant, G Hukum Gerakan Newton Ke 2 Hukum Kegravitian Semesta Newton Newton's 2nd Law of Motion Newton’s Universal Law of Gravitation Daya graviti yang menyebabkan objek jatuh dengan pecutan graviti Bumi, g Daya graviti yang menarik objek ke arah pusat Bumi The gravitational force that causes an object to fall with the Earth's gravitational acceleration, g Gravitational force that pulls objects toward the center of the Earth ๐น = ๐๐ ๐= ๐น= ๐๐ = ๐บ๐๐ ๐2 ๐ = ๐บ๐ ๐2 ๐บ๐๐ ๐2 ๐บ๐ ๐2 ๐≥๐ g berkadar songsang dengan r ๐<๐ g inversely proportional to r ๐๐ผ g berkadar terus dengan r 1 ๐2 g directly proportional to r ๐ Jejari bumi / Radius of Earth Lakaran graf bagi variasi nilai pecutan, g dengan jarak, r dari pusat bumi Graph of variations in the value of acceleration, g and distance, r from the center of the earth | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 13 Daya Memusat Dalam Sistem Gerakan Satelit dan Planet Centripetal Force in the Motion of Satellites and Planets DAYA MEMUSAT Objek dilontar dengan laju linear rendah. Hasilnya akan kembali ke bumi. CENTRIPETAL FORCE TAKRIF RUMUS DEFINITION EQUATION Daya yang membolehkan suatu objek bergerak mengikut gerakan membulat dengan arah daya sentiasa menuju ke arah pusat bulatan. Force that allows an object to move in a circular motion and its direction is always ๐น= ๐๐ฃ2 ๐ F = daya memusat centripetal Objek dilontar dengan laju linear yang tinggi akan bergerak membulat mengelilingi bumi dan tidak kembali ke bumi. Object is launched with alow linear speed will follow trajectory 1 and reaches the Earth. Object launched with a high linear speed will follow trajectory 2 circulating the Earth and will not return to Earth force m = jisim mass Pecutan Memusat Faktor- faktor yang mempengaruhi daya memusat Centripetal acceleration Factors that affect centripetal force Formula Daya jisim mass laju linear linear speed jejari bulatan radius of circle •semakin bertambah jisim, semakin bertambah daya memusat •the greater the mass, the greater the centripetal force •m α F •semakin bertambah laju linear, semakin bertambah daya memusat •the greater the linear speed, the greater the centripetal force •v α F •semakin bertambah jejari bulatan, semakin berkurang daya memusat •the greater the radius of circle, the lower the centripetal force •1/๐ α F Formula Daya Memusat Force formula Centripetal force formula ๐๐ = ๐๐ฃ2 ๐ ๐ = ๐ฃ2 ๐ v = laju linear satelit linear speed of satellite r = jejari orbit satelit radius of the orbit of satellite | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 14 Jisim Bumi dan Matahari Mass of the Earth and the Sun Maklumat/ Information M = jisim bumi mass of the Earth m = jisim bulan mass of the Moon r = jejari orbit bulan radius nof the Moon’s orbit T = tempoh peredaran bulan mengelilingi bumi Period of revolution of the Moon around the Earth v = laju linear linear speed of the Moon lilitan bagi satu bulatan = 2πr circumference of one circle = 2πr Hukum Kegravitian Semesta Newton Daya memusat Newton’s Universal Law of Gravitation Centripetal force ๐๐ฃ 2 ๐น= ๐ ๐บ๐๐ ๐น= 2 ๐ ๐บ๐๐ ๐๐ฃ 2 = ๐2 ๐ ๐บ๐ ๐ฃ2 = ๐2 ๐ Gantikan/ substitute substitute 2๐๐ ๐ฃ= ๐ Oleh itu / therefore ๐2๐3 ๐=4 ๐บ๐ 2 substitute Data yang diperlukan untuk menghitung jisim bumi dan matahari Data needed to calculate the mass of the Earth and the Sun Bumi/ Earth • Jejari orbit mana-mana satelit atau bulan • Radius of the orbit of any satellite or the Moon • Tempoh peredaran • Period of revolution | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 Matahari/ Sun • Jejari orbit mana-mana planet • Radius of orbit of any planet • Tempoh peredaran planet tersebut • Period of revolution of planet concerned 15 LATIHAN EXERCISE Kertas 1 (Objektif) PAPER 1 (OBJECTIVE) 1. Rajah 1 menunjukkan seorang atlet olahraga acara tukul besi sedang cuba untuk memusingkan tukul besi secara mengufuk. Diagram 1 shows a hammer throw athlete is trying to swing an iron ball in a horizontal circle. Rajah1 / Diagram 1 Apakah yang berlaku kepada tukul besi itu jika rantai putus secara tiba-tiba? What happens to the hammer if the chain breaks suddenly? A B 2. Berpusing menjauhi budak itu. swing away from the boy Terbang terus menjauhi budak itu. fly straight away from the boy C D Terbang terus mendekati budak itu fly towards the boy Terbang mengikut garis tangen lintasan bulatan fly by following the tangent line of the circle Antara berikut, manakah bukan faktor yang mempengaruhi pecutan graviti? Which of the following is not a factor that influences the gravitational acceleration? A B Jisim bumi Mass of the Earth Jejari bumi Radius of the Earth | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 C D Kedudukan objek dari permukaan bumi Position of object from the Earth's surface. Jisim objek Mass of the object 16 3. Rajah 2 menunjukkan lakaran graf bagi variasi nilai pecutan, g dengan jarak, r dari pusat bumi. Diagram 2 shows a graph of the variation of the value of acceleration, g and distance, r from the center of the earth. Rajah 2 / Diagram 2 Antara berikut, yang manakah benar tentang hubungan antara pecutan gravity, g dengan jejari bumi, R dan ketinggian, h Which of the following is true about the relationship between the gravitational acceleration, g and the radius of the earth, R and altitude, h A B C D 4. Jejari Bumi, R Radius of the Earth, R Berkadar terus Directly proportional Berkadar terus Directly proportional Berkadar songsang Inversely proportional Berkadar songsang Inversely proportional Ketinggian, h Altitude, h Berkadar terus Directly proportional Berkadar songsang Inversely proportional Berkadar terus Directly proportional Berkadar songsang Inversely proportional Apakah yang akan berlaku kepada berat objek jika jisim bumi berkurang menjadi separuh daripada jisim asal tanpa perubahan pada jejarinya? What will happen to the weight of the object if the mass of the Earth is reduced to half of the original mass without a change in its radius? A B Tidak berubah No changes Berkurang separuh dari nilai asal Decreases by half of the original value | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 C D Berkurang satu per empat dari nilai asal Decreases one-fourth of the original value Bertambah dua kali ganda dari nilai asal Double the original value 17 5. Rajah 3 menunjukkan sebuah satelit buatan bergerak mengorbit bumi dari permukaan bumi dengan kelajuan 4 x 103 ms-1. Berapakah pecutan memusatnya jika ia mengorbit bumi pada ketinggian 265 km? Diagram 3 shows a satellite moving orbiting the Earth from the Earth's surface at a speed of 4 x 103 ms-1. What is its centripetal acceleration if it orbits the Earth at an altitude of 265 km? Rajah 3 / Diagram 3 A B 6. 2.4 ms-2 2.5 ms-2 C D 50.5 ms-2. 60.4 ms-2 Rajah 4 menunjukkan satu objek berjisim 2 kg dilepaskan dari satu ketinggian. Objek itu mengalami satu pecutan 1.68 ms-2 Diagram 4 shows an object of mass 2 kg is released from a height. The object experiences an acceleration of 1.68 ms-2 Objek / Object Lantai / Floor Rajah 4 / Diagram 4 Antara pernyataan berikut, yang manakah betul jika objek itu diganti dengan satu objek lain yang berjisim 4 kg? Which of the following statements is correct if the object is replaced with another object of mass 4 kg? A Objek itu akan mengalami pecutan 0.84 ms-2. The object experiences an acceleration of 0.84 ms-2 C Objek itu akan mengalami pecutan 3.36 ms-2. The object experiences an acceleration of 3.36 ms-2 B Objek itu akan mengalami pecutan 1.68 ms-2. The object experiences an acceleration of 1.68 ms-2 D Objek itu akan mengalami pecutan lebih daripada 3.36 ms-2. The object experiences an acceleration of more than 3.36 ms-2 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 18 7. Satu objek mempunyai berat 2 N di permukaan bumi. Berapakah berat objek itu jika dibawa ke ketinggian 1 500 km dari permukaan bumi An object weighs 2 N on the surface of the Earth. What is the weight of the object if it is brought to an altitude of 1 500 km from the surface of the Earth [ Jejari bumi = 6 370 km, g= 9.81 N kg-1, M = 5.97 x 1024 kg, G = 6.67 x 10-11 N m2 kg -2 ] [ Radius of the Earth = 6 370 km, g= 9.81 N kg-1, M = 5.97 x 1024 kg, G = 6.67 x 10-11 N m2 kg -2 ] A 1.3 N C 1.0 N B 0.8 N D 0.3 N 8. Jisim bumi ialah M dan jejarinya ialah R. Pecutan gravity di permukaan bumi ialah g. Jika G ialah pemalar kegravitian semesta, yang manakah persamaan yang betul bagi g dalam sebutan M, G dan R? The mass of the Earth is M and its radius is R. The gravitational acceleration on the surface of the Earth is g. If G is the gravitational constant, which is the correct equation for g in terms of M, G and R? A g = GMR C g = ๐บ๐ ๐ 2 B 9. ๐บ๐ ๐ D g= ๐บ ๐๐ Antara berikut, manakah faktor yang akan mempengaruhi nilai jisim bumi? Which of the following factors will affect the value of the mass of the earth? A B 10. g= ketumpatan bumi dan jejari orbit bulan The density of the Earth and the radius of the Moon's orbit Jejari orbit bulan dan jisim matahari The radius of the Moon’s orbit and the mass of Sun C D Tempoh peredaran bulan dan jejari orbit bulan Period of revolution of the Moon and the radius of the Moon’s orbit Ketumpatan bumi dan tempoh peredaran bulan The density of the Earth and the period of revolution of the Moon Sebuah roket dilancarkan dari bumi. Di antara graf-graf berikut, yang manakah terbaik sekali mewakili daya graviti, F pada roket itu bila jarak roket, r daripada permukaan bumi semakin bertambah? A rocket is launched from Earth. Which of the following graphs best represents the gravitational force, F on the rocket when the rocket distance, r from the Earth's surface increases? A | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 C 19 B D Kertas 2 (Bahagian A) Paper 2 (Section A ) 1. Rajah 1 menunjukkan suatu jisim m yang dipegang di atas permukaan bumi apabila dilepaskan. Diagram 1 shows a mass of m held on the surface of the Earth when it is released Rajah 1 / Diagram 1 (a) Perihal dan jelaskan gerakan jisim itu semasa jatuh ke permukaan bumi. Describe and explain the movement of the mass while falling to the surface of the Earth. ……………………………………………………………………………………………………………. ….………………………………………………………………………………………………………… [2 m] -2 (b) Diberi nilai pecutan graviti, g = 9.81 ms dan m = 2.0 kg Given value of gravitational acceleration, g = 9.81ms-2 and m = 2.0kg (i) Berapakah nilai daya graviti pada objek m itu? Tunjukkan arah daya graviti dalam rajah tersebut. What is the value of the gravitational force on the object m? Show the direction of gravitational force in the diagram. [3 m] (ii) Berapakah nilai daya graviti objek itu terhadap bumi? What is the value of the gravitational force of the object on the earth? ….………………………………………………………………………………………………………… [1 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 20 2 • • • • • • • • Rajah 2 menunjukkan sebuah satelit berjisim 102 kg beredar mengorbit bumi pada ketinggian 3500 km dari permukaan bumi. Pecutan graviti di bumi adalah 9.81 ms-2 dan jejari bumi ialah 6 370 km. Diagram 2 shows a satellite of mass 102 kg orbiting the earth at an altitude of 3500 km from the Earth's surface. The gravitational acceleration on the earth is 9.81 ms-2 and the radius of the earth is 6 370 km. (Di beri nilai pemalar G = 6.67 x 10-11 N m2 kg-2) (Given value constant G = 6.67 x 10-11 N m2 kg-2) (a) (b) (c) (d) Rajah 2 / Diagram 2 Apakah maksud daya memusat? What is the meaning of centripetal force? ……………………………………………………………………………………………………… … [1 m] Berapakah jejari orbit satelit itu? What is the radius of the satellite's orbit? ……………………………………………………………………………………………………… … [1 m] Berapakah pecutan graviti pada kedudukan satelit itu? What is the gravitational acceleration at the position of the satellite? [4 m] Apakah yang akan berlaku kepada nilai pecutan graviti jika ketinggiannya dikurangkan? Berikan sebab bagi jawapan anda. What will happen to the value of gravitational acceleration if its height is reduced? Give a reason for your answer. …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… [3 m] • • | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 21 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 22 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 23 LATIHAN/ EXERCISE Kertas 1 (Objektif)/ Paper 1 (Objective) 1. Hukum Kepler Kedua menyatakan/ Kepler’s Second Law state that A orbit planet di sekeliling matahari adalah elips, dengan matahari pada satu fokus. the orbits of the planets around the sun are elliptical, with the sun in one focus. C kuasa dua tempoh orbit planet adalah berkadar terus dengan kuasa tiga jejari orbitnya the square of the period of the planet's orbit is directly proportional to the cube of the radius of its orbit B paksi semimajor adalah sama dengan jarak purata planet dari Matahari. the semimajor axis is equal to the average distance of the planet from the Sun. D garis yang menyambungkan planet dengan Matahari akan mencakupi luas yang sama dalam selang masa yang sama apabila planet bergerak dalam orbitnya the line connecting the planet to the Sun will cover the same area in the same interval when the planet moves in its orbit 2. Planet Zuhrah mengorbit Matahari dengan jejari orbit 1.076 ๏ด1011 m . Jisim Matahari adalah 1.99 ๏ด1030 kg . The planet Venus orbits the Sun with its orbital radius 1.076 ๏ด1011 m . The mass of the Sun is 1.99 ๏ด1030 kg . Venus Zuhrah M = 1.99 ๏ด 1030 kg Sun Matahari r = 1.076 ๏ด 1011 m Rajah 1/ Diagram 1 Hitung tempoh orbit Zuhrah/ Calculate the period of Venus’s orbit [ G = 6.67 ๏ด10−11 N m2 kg −2 ] A 2.36 × 106 s C 1.92 × 107 s B 7.57 × 106 s D 3.74 × 108 s | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 24 3. Apakah bentuk laluan bagi sebuah planet yang mengelilingi Matahari? What is the shape of the path for a planet orbiting the Sun? A Fokus/ Focus C Bulatan/Circle B Elips/ Ellips D Perihelion/ Perihelion 4. Hukum manakah yang menyatakan bahawa kuasa dua tempoh bagi sebarang planet adalah berkadar dengan kuasa tiga jejari orbitnya? Which law shows that the square of the orbital period of any planet is proportional to the cube of the radius of its orbit? A B Hukum Kepler I Kepler’s First Law Hukum Kepler II Kepler’s second Law C D Hukum Kepler III Kepler’s Third Law Hukum Semesta Kegravitian Newton Newton’s Universal Law of Gravitational 5. Rajah 2 menunjukkan lima kedudukan bagi sebuah planet yang bergerak mengelilingi matahari mengikut satu orbit elips. Diagram 2 shows the five positions of a planet moving around the sun in an elliptical orbit. Q P Sun Matahari T S Rajah 2/ Diagram 2 Halaju planet itu adalah maksimum di/ The velocity of the planet is maximum at A P C S B Q D T 6. Jejari orbit Bumi mengelilingi Matahari ialah 1.50 ๏ด1011 m dan tempoh orbit Bumi ialah 1 tahun. Sebuah planet K dijumpai mengorbit mengelilingi Matahari dalam masa 4.97 tahun. Berapakah jarak planet K dari Matahari? The radius of the Earth's orbit around the Sun is 1.50 ๏ด1011 m and the period of the Earth's orbit is 1 year. A planet K was found orbiting the Sun in 4.97 years. What is the distance of planet K from the Sun? A 5.09 ๏ด1010 m C 4.37 ๏ด1011 m B 3.35 ๏ด1011 m D 1.67 ๏ด1012 m | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 25 7. Apakah hubungan antara tempoh orbit bagi sebuah planet, T, dengan jejari, r, planet itu mengelilingi Matahari? What is the relationship between the orbital period of a planet, T, and the radius, r, of the planet orbiting the Sun? A T2 ๏ต 1 r C T 2 ๏ต r3 B T2 ๏ต 1 D T 2 ๏ต r3 r3 8. Rajah 3menunjukkan dua satelit, M dan N, dalam orbit yang berlainan mengelilingi Bumi. Orbit N terletak lebih jauh dari Bumi berbanding orbit M. Diagram 3 shows two satellites, M and N, in different orbits around the Earth. Orbit N is located farther from Earth than orbit M. N Earth Bumi M Rajah 3/ Diagram 3 Antara perbandingan berikut, yang manakah betul berdasarkan Rajah 3 Which of the following comparisons is correct based on Diagram 3 A Pecutan graviti pada N > Pecutan graviti pada M Gravitational acceleration at N > Gravitational acceleration at M C Tempoh orbit N > Tempoh orbit M Orbital period N > Orbital period M B Daya memusat pada N > Daya memusat pada M Centripetal force at N > Centripetal force at M D Halaju mengorbit bagi N > Halaju mengorbit bagi M Orbital velocity for N > Orbital velocity for M 9. Jejari orbit Bumi mengelilingi Matahari ialah 1.50 ๏ด1011 m . Bumi mengambil masa 3.15 ๏ด107 s untuk melengkapkan orbitnya. Berapakah jisim Matahari? The radius of the Earth's orbit around the Sun is 1.50 ๏ด1011 m . Earth takes time 3.15 ๏ด107 s to complete its orbit. What is the mass of the Sun? A 6.40 ๏ด1029 kg C 1.16 ๏ด1033 kg B 2.01๏ด1030 kg | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 D 3.31๏ด1033 kg 26 10. Rajah 4 menunjukkan ilustrasi Hukum Kepler Kedua. Planet tersebut mengambil masa yang sama untuk bergerak dari A ke B berbanding dari C ke D melalui orbit Diagram 4 shows an illustration of the Second Kepler Law. The planet takes the same time to move from A to B and from C to D through the orbit. Rajah 4 Manakah antara berikut adalah benar. Which of the following is true A Luas ABF adalah sama dengan luas CDF The area of ABF is equal to the area of CDF B Luas ABF adalah lebih kecil berbanding luas CDF The area of ABF is smaller than the area of CDF C Laju purata planet dari A ke B adalah sama dengan laju purata planet dari C ke D. The average speed of a planet from A to B is equal to the average speed of a planet from C to D. D Laju purata planet dari A ke B adalah kurang berbanding laju purata planet dari C ke D. The average speed of a planet from A to B is less than the average speed of a planet from C to D. Kertas 2 (Bahagian A)/ Paper 2 (Section A) 1. Rajah 1 menunjukkan dua satelit S1 dan S 2 berjisim sama mengelilingi bumi. Diagram 1 shows two satellites S1 and S2 with same mass orbiting the earth Rajah 1/ Diagram 1 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 27 (a) Jisim adalah kuantiti ……………………………………………………………………………… mass is quantity ……………………………………………………………………………….….. [1 m] (b) Berdasarkan rajah di atas/ Based on the Diagram above, (i) Bandingkan jisim satelit m1 dan m2 / Compare mass of satellite m1 and m2 ……………………………………………………………………………………………………….. [1 m] (ii) Bandingkan jejari orbit bagi satelit r1 dan r2 Compare the orbital radius of satellite r1 and r2 ……………………………………………………………………………………………………….. [1 m] (iii) Bandingkan tempoh orbit bagi satelit S1 dan S2 . Compare the orbital period of satellite S1 and S2 ……………………………………………………………………………………………………….. [1 m] (iv) Nyatakan hubungan antara jejari orbit dan tempoh orbit. State the relationship between the orbital radius and orbital period. (c) ……………………………………………………………………………………………………….. [1 m] Nyatakan hukum yang terlibat dalam 5(b)(iii). State the related law involved in 5(b)(iii) ………………………………………………………………………………………………………. [1 m] (d) (i) Apakah yang terjadi kepada tempoh orbit jika jisim satellite S1 ditambah? What happen to the orbital period if the mass of satellite S1 increases? ……………………………………………………………………………………………………….. [1 m] (ii) Terangkan jawapan anda di d(i). Explain your answer in d(i). ……………………………………………………………………………………………………….. [1 m] 2. Rajah 2 menunjukkan sebuah planet mengelilingi matahari. Masa yang diambil untuk planet bergerak dari A ke B adalah sama dari C ke D. Diagram 2 shows a planet orbiting the sun. The time taken for a planet to move from A to B is the same from C to D. | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 28 (a) Nyatakan bentuk orbit/ State the shape of orbit ………………………………………………………………………………………………………… [1 m] (b) Berdasarkan rajah di atas/ based on the diagram above, (i) Bandingkan luas yang dicakupi oleh planet di kawasan FAB dan FCD. Compare the area coveres by planet in areas of FAB and FCD (ii) (iii) ………………………………………………………………………………………………….. [1 m] Bandingkan panjang lengkok orbit bagi AB dan CD. Compare the orbital length of AB and CD ………………………………………………………………………………………………….. [1 m] Bandingkan laju linear A ke B dan C ke D. Compare linear speed A to B and C to D. …………………………………………………………………………………………………. [1 m] (iv) Nyatakan hubungan antara masa yang diambil dengan luas yang dicakupi bagi kedua-dua kawasan. State the relationship between the time taken and the area covered for both areas. (c) …………………………………………………………………………………………………. [1 m] Nyatakan hukum yang terlibat untuk menerangkan 2(b)(iv) State the law involved to explain 2 (b)(iv) …………………………………………………………………………………………………. [1 m] (d) Hitung tempoh orbit bagi planet jika jarak purata dari pusat matahari ke orbit adalah 1.5 ๏ด1011 m . Jisim matahari = 1.99 ๏ด 1030 kg , G = 6.67 ๏ด 10−11 Nm 2 kg −2 . Calculate the orbital period of the planet if the average distance from the center of the sun to the orbit is 1.5 ๏ด1011 m . Sun mass = 1.99 ๏ด 1030 kg , G = 6.67 ๏ด 10−11 Nm 2 kg −2 [2 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 29 3.3 SATELIT BUATAN MANUSIA / MAN-MADE SATELLITES 1. Sebarang planet yang bergerak mengelilingi planet lain yang lebih besar saiznya dikenali sebagai satelit. Contohnya bulan adalah satelit bagi bumi dan bumi adalah satelit bagi matahari. Any planet that orbits another larger planet is known as a satellite. For example: Moon is a satellite for the Earth and Earth is a satellite for the sun. 2. Satelit akan bergerak dalam orbit pada ketinggian tertentu dengan laju linear yang tertentu. Satellites move in their orbits at certain heights, with certain linear speed. 3. Rumus Daya Memusat dan Hukum Kegravitian Semester Newton digunakan untuk menerbitkan dan menetukan laju linear satelit. The equation of Centripetal force and Newton’s Universal Law of Gravitaion are used to derive and determine the satellite’s linear speed. 4. Jisim Bumi / Mass of the Earth = M Jisim satelit / Mass of the satellite = m Jejari orbit satelit / Radius of the satellite’s orbit = r Laju linear satelit / Linear satellite speed = v Tempoh orbit / Period of orbit = T Daya graviti antara satelit dengan Bumi Gravitational force between satellite and the Earth ๐ญ๐ = Daya memusat pada satelit Centripetal force on the satellite ๐ฎ๐ด๐ ๐๐ ๐ญ๐ = ๐๐๐ ๐ F1 = F2 ๐ฎ๐ด๐ ๐๐๐ = ๐ ๐๐ ๐ฎ๐ด ๐๐ = ๐ ๐ฎ๐ด √ 5. Laju linear berkadar songsang dengan orbit. = Semakin bertambah jejari orbit, semakin ๐ (๐๐๐๐jejari ๐๐๐๐๐๐) ๐ berkurang laju linear. The linear speed of the satellite is inversely proportional to the radius of its orbit. The greater the radius of the orbit, the slower linear speed. 6. Jika laju linear satelit menjadi kurang daripada laju linear yang sepatutnya, satelit itu akan jatuh ke orbit yang lebih rendah, dan terus memusar mendekati Bumi sehingga memasuki atmosfera. If the linear satellite speed becomes less than the required linear satellite speed, the satellite will fall into a lower orbit, and continues to spiral towards the Earth until it enters the atmosphere. | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 30 7. Contoh: Example: Stesen angkasa lepas antarabangsa (ISS) berada pada ketinggian 388km dari permukaan Bumi. Tentukan halaju orbit ISS. The International Space Station (ISS) orbiting at a height of 388 km above the Earth's surface. Determine the orbiting speed of ISS. [jisim bumi = 5.97x 1024 kg, jejari bumi = 6.37 x 106 m, G = 6.67 x 10-11 Nm2kg-2] [Mass of the Earth = 5.97x 1024 kg, radius of the Earth = 6.37 x 106 m, G = 6.67 x 10-11 Nm2kg-2] ๐บ๐ ๐ฃ= √ ๐ +๐ (6.67 × 10−11 )(5.97 × 1024 ) ๐ฃ= √ 6.37 × 106 + 388 × 103 ๐ฃ = 7676.11 ๐๐ −1 Satelit Geopegun dan Bukan Geopegun Geostationary Satellite and Non-geostationary Satellite 1. Satelit buatan manusia dilancarkan ke angkasa lepas untuk kegunaan manusia seperti kaji cuaca, ketenteraan, komunikasi, kajian sains dan sebagainya. Man-made satellites are launched into space for various humans uses such as weather forecast, military, communications, science studies etc. 2. Daya tarikan gravity dan daya memusat membolehkan satelit bergerak mengelilingi Bumi pada orbit tetap. The gravitational force and the centripetal force allow satellites to move around the Earth at a specific orbit. 3. Terdapat dua jenis satelit yang mengelilingi Bumi, iaitu satelit geopegun dan satelit bukan geopegun. There are two types of satellites orbiting the Earth, which are geostationary satellites and nongeostationary satellites. 4. Contoh: Example: โ Hitungkan jejari orbit sebuah satelit geopegun yang mengelilingi Bumi. Calculate the radius of orbit of a geostationary satellite that moves around the Earth. [jisim bumi, M = 5.97x 1024 kg, G = 6.67 x 10-11 Nm2kg-2] [Mass of Earth, M = 5.97x 1024 kg, G = 6.67 x 10-11 Nm2kg-2] ๐= √ 24 × 60 × 60 = √ 4๐ 2 ๐ 3 ๐บ๐ 4๐ 2 ๐ 3 (6.67 × 10−11 )(5.97 × 1024 ) ๐ 3 = 7.53 × 1022 ๐3 ๐ = 4.22 × 107 ๐ | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 31 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 32 Halaju Lepas / Escape Velocity, v 1. Halaju lepas, v ialah halaju minimum yang diperlukan oleh objek di permukaan Bumi untuk mengatasi daya graviti dan terlepas ke angkasa lepas. The escape velocity, v is the minimum velocity required by an object on the surface of the Earth to overcome the gravitational force and escape to outer space. 2. Sebuah objek dilancar ke angkasa lepas dengan halaju lepas, v dapat mengatasi daya graviti dan bergerak sehingga jarak infiniti dari Bumi. An object launched to the universe at escape velocity, v. The object can overcome the gravitational force and move an infinite distance from the Earth. . 3. Mengaplikasikan Prinsip Keabadian Tenaga, Applying the Principle of Conservation of energy, ๐๐๐๐๐๐ ๐๐๐๐๐ก๐๐ ๐๐๐๐๐๐ข๐ + ๐๐๐๐๐๐ ๐๐๐ข๐๐๐ฆ๐๐๐ = 0 1 ๐บ๐๐ ๐๐ฃ 2 + (− )=0 2 ๐ 2๐บ๐ ๐ฃ2 = ๐ 2๐บ๐ ๐ป๐๐๐๐๐ข ๐๐๐๐๐ , ๐ฃ = √ ๐ 4. Halaju lepas, v bagi suatu objek bergantung kepada jisim Bumi, M dan jarak, r objek dari pusat Bumi tetapi tidak bergantung kepada jisim objek yang dilepaskan ke angkasa lepas. The escape velocity, v of an object depends on the mass of the Earth, M, and the distance, r from the centre of the Earth. It does not depend on the mass of the object, m that escape to outer space. 5. Contoh halaju lepas dari permukaan Bumi Example of escape velocity from the Earth’s surface [jisim bumi = 5.97x 1024 kg, jejari bumi = 6.37 x 106 m] [mass of the Earth = 5.97x 1024 kg, Radius of the Earth = 6.37 x 106 m] ๐ฃ= √ ๐ฃ= √ 2๐บ๐ ๐ 2 × (6.67 × 10−11 )(5.97 × 1024 ) 6.37 × 106 ๐ฃ = 1.12 × 1014 ๐๐ −1 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 33 LATIHAN / EXERCISE Kertas 1 (Objektif) /Paper 1 (Objective) 1. 2. Antara graf berikut, yang manakah menunjukkan dengan betul hubungan antara laju linear, v sebuah satelit dengan jejari orbit, r dari pusat Bumi? Which of the following graphs correctly shows the relationship between the linear velocity, v of a satellite with the radius of orbit, r from the center of the Earth? A C B D Apabila sebuah roket dilancarkan dari Bumi ke angkasa lepas, pecutannya bertambah. Antara berikut, yang manakah bukan sebabnya? When a rocket launches from Earth into space, its acceleration increases. Which of the following is not the reason? A. Semakin tinggi ia naik, semakin C. Semakin jauh dari Bumi, semakin besar daya kurang beratnya. tujahannya. The higher the altitude, the lesser The farther from Earth, the higher the thrust. its weight B. Semakin jauh ia dari Bumi, semakin kurang rintangan udara. The farther from Earth, the lesser the air resistance. | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 D. Semakin banyak bahan api digunakan, semakin kurang jisimnya. The more usage of fuel, the lesser its mass. 34 3. Rajah 1 menunjukkan orbit sebuah roket sepanjang lengkung R apabila ia bergerak dengan laju linear, v. Figure 1 shows the orbit of a rocket along the curve R when it moves at a linear velocity, v Rajah 1/ Diagram 1 1 Jika tiba-tiba kelajuannya mengurang ke 2v, mana satu kah orbitnya yang baru bagi roket itu? 1 2 If the speed suddenly decreases to v, which one is the new orbit for the rocket? A. P B. Q C. S D. T 4. Antara berikut, yang manakah BENAR mengenai satelit geopegun? Which of the following is TRUE about geostationary satellites? I II III IV A. B. Ia bergerak dalam arah yang sama dengan putaran Bumi. It moves in the same direction as the rotation of the Earth. Ia berada di tempat yang berubah-ubah di atas muka Bumi. It is in a different place on the surface of the Earth. Ia tidak mengalami sebarang tarikan graviti. It does not experience any gravitational pull. Tempoh putarannya ialah satu hari. The rotation period is one day. I, II dan III sahaja I dan IV sahaja | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 C. D. I , II dan IV sahaja I dan II sahaja 35 5. Rajah 2 menunjukkan sebuah satelit dilancarkan pada ketinggian 1.0 x 106 m dari permukaan Bumi. Figure 2 shows a satellite launched at an altitude of 1.0 x 106 m from the Earth's surface. Rajah 2/ Diagram 2 Diberi G = 6.67 x 10-11 Nm2kg-2 Jisim Bumi ialah 5.97x 1024 kg dan jejari bumi = 6.37 x 106 m. Berapakah laju linear satelit itu? Given G = 6.67 x 10-11 Nm2kg-2, the mass of the Earth is 5.97x 1024 kg and the radius of the earth = 6.37 x 106 m. What is the linear speed of the satellite? A. B. 1.04 x 104 ms-1 1.15 x 104 ms-1 C. D. 2.82 x 104 ms-1 7.35 x 104 ms-1 Kertas 2 (Bahagian A)/ Paper 2 (Section A) 1. Rajah 3 menunjukkan planet Musytari berjisim 1.90 x 1027 kg dan berjejari 6.99 x 107 m. Halaju lepas di planet Musytari adalah sangat tinggi menyebabkan gas panas di permukaan planet itu tidak dapat lepas ke udara. Suhu di Musytari adalah sangat tinggi dan tidak memungkinkan sebarang kehidupan berada di sana. Diberi G = 6.67 x 10-11 Nm2kg-2 Diagram 3 shows Jupiter planet with mass 1.90 x 1027 kg and radius 6.99 x 107 m. The escape velocity at Jupiter is very high causing hot gas on the surface of the planet cannot escape to the air. The temperature at Jupiter is very high and no living things can live there. Given G = 6.67 x 10-11 Nm2kg-2. Rajah 3/ Diagram 3 (a) Apakah maksud halaju lepas? / What is the escape velocity? ………………………………………………………………………………………….……......... ............................................................................................................................................ [1 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 36 (b) Berapakah halaju lepas dari planet Musytari?/ What is the escape velocity from Jupiter? [2 m] (c) (i) (ii) Suatu objek m berjisim 1000 kg berada pada permukaan planet Musytari, An object m with mass of 1000 kg is on the surface of Jupiter. Tentukan halaju lepas objek itu. Determine the escape velocity for the object. ………………………………………………………………………………………….…… [1 m] Jelaskan jawapan (c)(i). Explain your answer in (c)(i) ………………………………………………………………………………………….…… [1 m] 2. Rajah 4 menunjukkan satu satelit geopegun berputar mengelilingi Bumi Figure 4 shows a geostationary satellite rotating around the Earth. Rajah 4/ Diagram 4 (a) Terangkan ciri-ciri satelit geopegun. Explain the characteristics of geostationary satellites. ………………………………………………………………………………………….……......... ............................................................................................................................................ [2 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 37 (b) (i) Berapakah tempoh orbit satelit itu? What is the period for the orbit of satellites? ………………………………………………………………………………………….…… [1 m] (ii) Hitung jejari orbit bagi satelit geopegun itu dengan rumus di bawah. Diberi G = 6.67x10-11 Nm2kg-2 dan jisim Bumi ialah 5.97x 1024 kg. Calculate the orbital radius of the geostationary satellite with the formula below. Given G = 6.67x10-11 Nm2kg-2 and the mass of the Earth is 5.97x 1024 kg. 4๐ 2 ๐ 3 ๐= √ ๐บ๐ [3 m] (c) Ramalkan kesan satelit jika laju linearnya Predict the effect of a satellite if its linear velocity (i) Berkurang/ decrease ………………………………………………………………………………………….…… ………………………………………………………………………………………….…… (ii) Bertambah/ increase ………………………………………………………………………………………….…… ………………………………………………………………………………………….…… [2 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 38 4.1 KESEIMBANGAN TERMA/ THERMAL EQUILIBRIUM 1. Perbandingan antara Haba dan Suhu: Comparison between heat and temperature: SUHU Temperature HABA Heat Sejenis tenaga Type of energy Definasi Definition Darjah Kepanasan sesuatu objek Degree of hotness of an object Joule, J Unit Celcius, °C / Kelvin, K Terbitan Derived Kuantiti Quantity Asas Base Joule meter Joule meter Alat Pengukur Termometer Thermometer 2. Keseimbangan terma dicapai apabila/ Thermal equilibrium is achieved when: a) Pemindahan haba bersih ialah sifar / Net rate heat transfer is zero. b) Kedua-dua objek mempunyai suhu yang sama/ Both objects have the same temperature. 3. Sifat termometrik merupakan sifat fizik bagi bahan yang peka dan berubah secara linear dengan perubahan dalam suhu. Thermometric property is the physical property of substance which sensitive to and varies linearly with the change on temperature. 4. Ciri-ciri cecair yang digunakan dalam termometer cecair-dalam-kaca: Features of liquids used in liquid-in-glass thermometers: a) Mudah dilihat atau cecair berwarna gelap. Can be easily seen or liquid with dark in colour b) Mengembang dengan seragam apabila dipanaskan. Expand and contract uniformly when heated c) Tidak melekat pada dinding kaca. Not stick to to the glass wall d) Konduktor haba yang baik. Good heat conductor e) Takat didih tinggi dan takat beku rendah. High boiling point and low freezing point | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 39 5. Bagaimana termometer cecair-dalam-kaca berfungsi? How liquid-in-glass thermometers work? • Bebuli termometer mengandungi cecair merkuri dengan jisim tetap. Isipadu merkuri bertambah apabila ia menyerap haba. The thermometer bulb contains mercury liquid with a fixed mass. The volume of mercury increases when it absorbs heat. • Cecair merkuri mengembang dan meningkat naik di dalam tiub kapilari. Panjang turus merkuri dalam tiub kapilari dapat menunjukkan nilai suhu suatu objek. Mercury expands and rises in the capillary tube. The length of the mercury column in the capillary tube indicates the temperature of an object. 6. Cara menentukur termometer tidak berskala / Calibration of non-scale thermometer Termometer/ Thermometer Stim steam Corong turas Filter funnel Kelalang penyulingan Distillation flask Bikar Beaker • Letakkan termometer di dalam ais, dan tandakan aras itu sebagai l0. Titik ini ialah titik ais atau titik tetap bawah. Place the thermometer in ice and mark the level l0. This point is the ice point or lower fixed point. • Letakkan termometer di dalam stim dan tandakan aras itu sebagai l100. Titik ini ialah titik stim atau titik tetap atas. Place the thermometer in steam and mark the level l100. This point is the steam point or upper fixed point. • Ruang antara l0 hingga l100 kemudiannya dibahagi kepada 100 bahagian. The space between l0 and l100 is then divided into 100 divisions. • Formula untuk menentukan suhu: Formula to determine the temperature: ๐= | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 ๐๐ − ๐0 × 100โ ๐100 − ๐0 40 LATIHAN/ EXERCISE Kertas 1 (Objektif)/ Paper 1 (Objective) 1. 2. Sebiji kek diletakkan di dalam sebuah ketuhar panas. Suhu kek itu adalah sama dengan suhu ketuhar selepas beberapa minit. Konsep manakah yang menerangkan situasi itu? A cake is placed in a hot oven. The temperature of the cake is the same as the temperature of the oven after a few minutes. Which concept describes the situation? A Muatan haba tentu Specific heat capacity C Haba pendam tentu pelakuran Latent hart of fusion B Keseimbangan terma Thermal equilibrium D Haba pendam tentu pengewapan Latent heat of vaporisiation Rajah 1 menunjukkan dua keping cakera logam yang serupa, M dan N yang bersentuhan. Suhu awal M dan N adalah 60°C dan 20°C masing-masing. Figure 1 shows two similar pieces of metal discs, M and N in contact. The initial temperatures of M and N are 60 °C and 20 °C respectively. Rajah 1/ Diagram 1 Pernyataan manakah yang betul mengenai M dan N apabila keseimbangan terma tercapai? Which statement is correct about M and N when the thermal equilibrium is reached? A Suhu M adalah lebih tinggi daripada N The temperature M is higher than N B Suhu N adalah lebih tinggi daripada M The temperature N is higher than M C Pengaliran haba bersih antara M dan N bukan sifar Net heat flow between M and N is zero D Pengaliran haba bersih antara M dan N adalah sifar Net heat flow between M and N is zero 3. Rajah 2 menunjukkan sebuah termometer merkuri Diagram 2 shows a mercury thermometer Rajah 2/ Diagram 2 Antara berikut, yang manakah akan menambahkan kepekaan termometer itu. Which of the following will increase the sensitivity of the thermometer? | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 41 4. 5. A Gunakan batang kaca berdinding tebal Use a glass rod with thicker wall C Gunakan bebuli kaca yang berdinding tebal Use a glass-bulb with thicker wall B Gunakan tiub kapilari yang lebih Panjang Use a longer capillary tube D Gunakan kapilari yang berdiameter lebih kecil. Use a capillary tube with smaller diameter Antara pernyataan berikut, yang manakah benar tentang skala suhu Kelvin. Which of the following statements is true about the scale of Kelvin temperature? A Ia merupakan unit SI bagi suhu It is S.I unit of temperature. C Suhu mutlak adalah 0 apabila air dibekukan The absolute temperature is 0 when the water is frozen B Air didih mendidih pada suhu 273 K Boiling water boils at room temperature of 273 K D 0 Kelvin adalah keadaan tidak ada tenaga haba 0 Kelvin is a state of no heat energy Apakah konsep yang digunakan dalam pengukuran suhu badan manusia menggunakan termometer? What is the concept used in measuring human body temperature by using thermometer? A B 6. C D Muatan haba tentu Specific heat capaciy Keseimbangan terma Thermal equilibrium Antara berikut, yang manakah adalah benar mengenai unit S.I bagi haba dan suhu. Which of the following is true about S.I units for heat and temperature? A B C D 7. Perolakan terma Thermal convection Haba pendam tentu Specific latent heat Haba/ Heat Darjah Celsius/ Degree Celsius Joule/ Joule Darjah Celsius/ Degree Celsius Joule/ Joule Suhu/ Temperature Joule/ Joule Kelvin/ Kelvin Kelvin/ Kelvin Darjah Celsius/ Degree Celsius Air digunakan di dalam sistem penyejukan enjin kereta. Mengapakah air digunakan sebagai agen penyejuk? Water is used in the car engine cooling system. Why is water used as a cooling agent? A Air tidak mengakis Water does not corrode C Air boleh menyerap banyak haba Water can absorb a lot of heat B Air meruap dengan mudah Water evaporates easily D Air mempunyai ketumpatan yang tinggi Water has a high density | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 42 8. Rajah 3 di bawah menunjukkan satu sfera logam bersuhu 90°C direndam dalam suatu cecair bersuhu 40°C. Diagram 3 shows a metal sphere with temperature 90oC is soaked in a liquid with temperature 40oC Rajah 3 Berapakah suhu sfera logam itu apabila keseimbangan terma tercapai antara sfera dan cecair? What is the temperature of the metal sphere when the thermal equilibrium is reached between the sphere and the liquid? A B Melebihi 90°C More than 90°C Bersamaan suhu bilik With room temparature C D Kurang daripada 40°C Less than 40°C Antara 40°C dan 90°C Between 40°C and 90°C Kertas 2 (Bahagian A)/ Paper 2 (Section A) 1 Rajah 1 menunjukkan sebatang termometer merkuri yang belum ditentukur. Figure 1 shows an uncalibrated mercury thermometer Merkuri Rajah 1/ Diagram 1 (a) (i) Nyatakan perubahan sifat fizikal pada merkuri bila suhu bertambah. State the physical properties of mercury when the temperature rises ……………………………………………………………………………………………………….. [1 m] (ii) Mengapa merkuri digunakan di dalam termometer itu? Why is mercury used in the thermometer? ………………………………………………………………………………………………………... [1 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 43 (b) Panjang turus merkuri pada termometer ialah 2.6 cm pada 0°C dan 22.6 cm pada 100°C. The length of the mercury column on the thermometer is 2.6 cm at 0 °C and 22.6 cm at 100 °C. (i) Berapakah perbezaan panjang turus merkuri pada 0°C dan pada 100°C? What is the difference in the length of the mercury column at 0 °C and at 100 °C? ………………………………………………………………………………………………………... [1 m] (ii) Apabila termometer itu dimasukkan ke dalam minyak panas, panjang turus merkuri ialah 16.9 cm. Hitung suhu minyak panas itu. When the thermometer is immersed in hot oil, the length of the mercury column is 16.9cm. Calculate the temperature of the hot oil. [2 m] 2 Rajah 2 (a) dan rajah 2(b) menunjukkan dua situasi yang berlaku dalam kehidupan seharian. Rajah 2 (a) menunjukkan tangan tersentuh cerek yang panas dan rajah 2 (b) menunjukkan tangan memegang seketul ais. Diagram 2 (a) and Diagram 2 (b) show two situations that happen in daily life. Diagram 2 (a) shows a hand touching a hot kettle and Diagram 2 (b) shows a hand holding a piece of ice. Rajah 2 (a)/ Diagram 2 (a) Rajah 2 (b)/ Diagram 2 (b) Kedua-duanya mempunyai suhu yang berbeza/ Both have different temperatures. (a) (b) Apakah yang dimaksudkan dengan suhu?/ What is the meaning of temperature? ……………………………………………………………………………………………………………. [1 m] Berdasarkan Rajah 2 (a) dan 2 (b)/ Based on Diagram 2 (a) and Diagram 2 (b): (i) Bandingkan suhu kedua-dua objek/ Compared the temperature of both object ………………………………………………………………………………………………………….. [1 m] (ii) Bandingkan kesan haba yang dirasai oleh kedua-dua tangan. Compare the effects of heat felt by both hands. ………………………………………………………………………………………………………….. [1 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 44 (iii) Bandingkan arah pengaliran haba./ Compare the direction of heat flow. ………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………….. [2 m] (iv) Hubung kaitkan arah pengaliran haba dengan perbezaan suhu antara objek yang bersentuhan secara terma. Relate the direction of heat flow to the temperature difference between objects in contact with. ………………………………………………………………………………………………………….. [1 m] SOALAN ESEI (KERTAS 2 BAHAGIAN B)/ ESSAY QUESTION (PAPER 2 SECTION B) Rajah 1 di bawah menunjukkan seorang budak lelaki yang sedang demam dan diukur suhu 1 badannya menggunakan termometer. Diagram 1 below shows a boy who has a fever and his body temperature is measured by using a thermometer. Rajah 1/ Diagram 1 (a) (i) Apakah maksud keseimbangan terma? /What is the meaning of thermal equilibrium? ………………………………………………………………………………………………………. [1 m] (ii) Terangkan, dalam konteks keseimbangan terma, bagaimana termometer yang diletakkan di bawah lidah budak lelaki tersebut mengukur suhu badan budak itu. Explain in the term of thermal equilibrium, how a thermometer placed under the boy's tongue measures the boy's body temperature. ………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………. [4 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 45 (b) (i) Diberi sebuah termometer alkohol yang belum ditentukur. Panjang alkohol apabila dimasukkan ke dalam ais dan air mendidih ialah 3.5 cm dan 13.7 cm masing-masing. Apabila termometer itu dimasukkan ke dalam sebuah cawan yang mengandungi air suam, panjang alkohol tersebut ialah 7.8 cm. Berapakah suhu air suam itu? Given an uncalibrated alcohol thermometer. The length of alcohol when put in ice and boiling water is 3.5 cm and 13.7 cm respectively. When the thermometer is placed in a cup containing warm water, the length of the alcohol is 7.8 cm. What is the temperature of the warm water? [3 m] (ii) Nyatakan dua ciri pemilihan cecair dalam termometer. State two characteristics of fluid selected in a thermometer. ………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………. [2 m] (c) Jadual 1 di bawah menunjukkan ciri-ciri bagi empat jenis termometer W, X, Y, dan Z. Table 1 below shows the characteristics of the four types of thermometers W, X, Y, and Z. Termometer Thermometer Cecair digunakan Liquid is used Bebuli Berdinding kaca Wall of glass bulb Diameter tiub kapilari Diameter of capillary tube W Merkuri Mercury Nipis Thin Besar Big X Merkuri Y Alkohol Tebal Thick Tebal Thick Kecil Small Besar Big Z Alkohol Nipis Thin Kecil Small Batang kaca Glass rod Tebal dan melengkung Thick and curve Nipis dan satah Thin and flat Tebal dan satah Thick and flat Tebal dan melengkung Think and curve Jadual 1/ Table 1 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 46 Maklumat tambahan/ Additional information: Takat beku merkuri/ Freezing point of mercury = - 39°C Takat beku alcohol/ Freezing point of alcohol = - 112°C Takat didih merkuri/ Boiling point of mercury = 360°C Takat didih alcohol/ Boiling point of alcohol = 78°C Anda telah dilantik sebagai ketua ekspedisi ke Kutub Utara. Anda diminta untuk mengkaji ciri-ciri bagi termometer yang boleh digunakan untuk mengukur suhu di Kutub Utara. Terangkan kesesuaian bagi setiap ciri dalam jadual di atas dan seterusnya tentukan termometer yang sesuai untuk digunakan. Jelaskan jawapan anda. You have been appointed as the head of the expedition to the North Pole. You are asked to study the characteristics of a thermometer that can be used to measure temperature at the North Pole. Explain the suitability of each feature in the table above and then determine the appropriate thermometer to use. Explain your answer. Ciri-ciri Characteristics Sebab Reason [10 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 47 4.2 Muatan Haba Tentu/ Specific Heat Capacity Muatan haba, C bagi suatu objek ialah kuantiti haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu objek itu sebanyak 1°C. Heat capacity, C of an object is the quantity of heat needed to raise the temperature of the object by 1°C. C = Q , iaitu / that is Q = kuantiti haba yang dibekalkan (J) Δθ quantity of heat supplied (J) Unit C = J °C-1 Δθ = perubahan suhu (°C atau K) change in temperature (°C or K) Muatan haba tentu, c bagi suatu bahan ialah kuantiti haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu objek itu sebanyak 1°C bagi 1 kg bahan itu. Specific heat capacity, c of a substance is the quantity of heat needed to raise the temperature of 1 kg mass of the substance by 1°C. C = Q , mΔθ iaitu / that is Q = kuantiti haba yang dibekalkan (J) quantity of heat supplied (J) Unit c = J kg-1 °C-1 m = jisim (kg) / mass (kg) atau / or Δθ = perubahan suhu. (°C atau K) Unit c = J kg-1 K-1 change of temperature (°C or K) Kuantiti haba, Q yang diserap atau dibebaskan oleh suatu objek boleh ditentukan menggunakan rumus Q = mcΔθ. Quantity of heat, Q that is absorbed or released by an object can be determined using the formula Q = mcΔθ . Aplikasi Muatan Haba Tentu/ Applications of Specific Heat Capacity Pemilihan bahan binaan rumah tradisional di pelbagai zon iklim Selection building materials of traditional houses in various climate zones 1. Kayu mempunyai muatan haba tentu yang tinggi dan lambat menjadi panas. Wood has a high specifi c heat capacity and gets hot slowly 2. Di kawasan cuaca panas, rumah tradisional dibina daripada kayu yang berfungsi sebagai penebat haba daripada bahang cahaya matahari. In warm weather regions, traditional houses are built from wood which functions as an insulator of heat from the scorching sun. 3. Di kawasan cuaca sejuk, rumah tradisional juga dibina daripada kayu. Haba dari unggun api yang dinyalakan di dalam rumah kayu | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 48 tidak dapat mengalir keluar kerana kayu berfungsi sebagai penebat haba yang baik. In cold weather regions, traditional houses are also built from wood. Heat from fi res lit in the wooden houses cannot fl ow out because wood functions as a good heat insulator. Peralatan memasak / Cooking utensils • • • • • Kuali logam Metal wok • • Periuk tanah liat Clay pot 1. Kuali diperbuat daripada logam yang mempunyai muatan haba tentu yang rendah. Oleh itu, makanan boleh digoreng pada suhu yang tinggi dalam tempoh masa yang singkat. Woks are made of metal with low specific heat capacity. As such, food can be fried at high temperature in a short time. 2. Periuk tanah liat pula diperbuat daripada tanah liat yang mempunyai muatan haba tentu yang tinggi. Oleh itu, makanan boleh kekal panas dalam tempoh masa yang lama. Clay pots on the other hand are made of clay which has a high specific heat capacity. As such, food can stay hot for a long time. Peralatan memasak / Cooking utensils • 1. Badan periuk diperbuat daripada aluminium yang mempunyai muatan haba tentu yang rendah. Hal ini membolehkan periuk dipanaskan dengan cepat. The body of a pot is made of aluminium which has a low specific heat capacity. This enables the pot to heat up quickly. 2. Pemegang periuk pula diperbuat daripada plastik yang mempunyai muatan haba tentu yang tinggi. Hal ini untuk memastikan pemegang periuk lambat menjadi panas dan selamat dikendalikan. The handle of the pot is made from plastic which has a high specific heat capacity. This ensures that the handle of the pot gets hot slowly and is safe to handle. | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 49 Sistem radiator kereta / Car radiator system 1. Pembakaran bahan api dalam enjin kereta menghasilkan kuantiti haba yang besar. Haba ini perlu dibebaskan untuk mengelakkan pemanasan enjin. Burning of fuel in car engines produces large amounts of heat. This heat needs to be released to avoid engine overheating. 2. Air mempunyai muatan haba tentu yang tinggi dan digunakan sebagai agen penyejuk. Pam akan mengepam air ke dalam blok enjin. Air akan mengalir melalui blok enjin untuk menyerap haba yang terhasil. Water has a high specific heat capacity and is used as a cooling agent. A pump will pump water into the engine block. Water will flow through the engine block to absorb heat produced. 3. Air panas mengalir ke radiator. Udara sejuk disedut masuk oleh kipas supaya haba di dalam air panas dapat dibebas dengan cepat melalui sirip penyejuk. Water flows to the radiator. Cold air is sucked in by fans so that heat in the hot water can be released quickly through cooling fins. Lapisan luar kapsul angkasa / Outer layer of space capsule • | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 1. Kapsul angkasa dalam perjalanan kembali ke Bumi menghadapi rintangan udara apabila memasuki atmosfera. Space capsule on its journey back to Earth encounters air resistance when entering the atmosphere. 2. Geseran ini meningkatkan suhu dan menyebabkan kapsul angkasa itu terbakar. This friction increases the temperature and causes the space capsule to burn. 3. Oleh itu, lapisan luar kapsul angkasa diperbuat daripada bahan dengan muatan haba tentu dan takat lebur yang tinggi. Therefore, the outer layer of a space capsule is made from substance with a high specific heat specific heat capacity and melting point. 50 Penghasilan bahan-bahan terkini dalam pembinaan bangunan hijau Production of latest materials in the construction of green buildings • 1. Bangunan Berlian, Suruhanjaya Tenaga dibina dengan bumbung konkrit bertebat, iaitu bumbung dilengkapi dengan penebat menggunakan papan styrofoam. The Diamond Building, Energy Commission is built with an insulating concrete roof, that is a roof fi tted with insulators using styrofoam boards. 2. Styrofoam mempunyai muatan haba tentu yang tinggi dan dapat mengurangkan penyerapan haba di persekitaran untuk mengurangkan suhu di dalam bangunan. Styrofoam has a high specifi c heat capacity and can reduce the absorption of heat from the surroundings to reduce the temperature inside the building. Bayu laut / Sea breeze • | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 1. Daratan mempunyai muatan haba tentu yang lebih rendah daripada laut. Land has a lower specifi c heat capacity than the sea. 2. Oleh itu, suhu daratan meningkat dengan lebih cepat daripada suhu laut pada waktu siang. Therefore, temperature on land rises more quickly than temperature in the sea during daytime. 3. Udara di daratan menjadi panas dan naik ke atas. The air on land becomes hot and rises upwards. 4. Udara yang lebih sejuk daripada laut akan bergerak ke arah daratan sebagai bayu laut. Cold air from the sea moves towards land as sea breeze. 51 Bayu darat / Land breeze • 1. Laut mempunyai muatan haba tentu yang lebih tinggi daripada daratan. Sea has a higher specific heat capacity than land. 2. Oleh itu, suhu laut menurun lebih lambat daripada suhu daratan pada waktu malam. So, temperature in the sea drops more slowly than temperature on land at night. 3. Udara di atas permukaan laut yang panas akan naik ke atas. Hot air above the sea rises upwards. 4. Udara yang lebih sejuk daripada daratan akan bergerak ke arah laut sebagai bayu darat. Cold air above the land moves towards the sea as land breeze. LATIHAN / Exercise Kertas 1 (Objektif) / Paper 1 (Objective) 1 2 Muatan haba tentu logam Q ialah 650 J kg-1 °C -1. Kenyataan ini bermaksud The specific heat capacity of metal Q is 650 J kg-1 ° C -1. This statement means A 650 J haba diperlukan untuk meleburkan 1 kg logam Q 650 J of heat is required to melt 1 kg of metal Q C 650 J haba diperlukan untuk menaikkan 1 g logam R dari 0°C ke 100°C 650 J of heat is required to raise 1 g of metal R from 0 ° C to 100 ° C B 650 J haba diperlukan untuk menaikkan suhu logam Q sebanyak 1°C 650 J of heat is required to raise the temperature of metal Q by 1°C D 650 J haba diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg logam Q sebanyak 1°C 650 J of heat is required to raise the temperature of 1 kg of metal Q Q by 1 ° C Rajah 1.1 menunjukkan 100 g logam X direndam dalam 200 g air mendidih selama 10 minit. Rajah 1.2 menunjukkan logam X itu dipindahkan ke dalam 200 g minyak dengan suhu awal 30°C. Diagram 1.1 shows 100 g of metal X soaked in 200 g of boiling water for 10 minutes. Diagram 1.2 shows the metal X being transferred into 200 g of oil with an initial temperature of 30 °C. | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 52 Rajah 1.1 / Diagram 1.1 Rajah 1.2 / Diagram 1.2 Apakah suhu akhir minyak itu? What is the final temperature of the oil? A Kurang daripada 30°C C Lebih besar daripada 100°C Less than 30°C More than 100°C B Lebih daripada 30°C D Di antara 30°C dan 100°C More than 30°C Between 30°C and 100°C 3 Rajah 2 menunjukkan tiga blok P, Q dan R yang sama jisim. Kuantiti tenaga haba yang sama dibekalkan kepada blok-blok itu. Diagram 2 shows three blocks P, Q and R of the same mass. The same amount of heat energy is supplied to the blocks. Rajah 2 / Diagram 2 Peningkatan suhu dalam blok R lebih tinggi daripada P, tetapi kurang daripada Q. Blok manakah mempunyai muatan haba tentu paling rendah? The increase temperature in block R is higher than P, but less than Q. Which block has the lowest specific heat capacity? A P C R B Q 4 Rajah 3 menunjukkan satu silinder logam yang berjisim 5 kg dan muatan haba tentu 400 J kg-1 °C-1, dipanaskan dengan pemanas yang berkuasa 800 W. Diagram 3 shows a metal cylinder with a mass of 5 kg and a specific heat capacity of 400 J kg-1 ° C-1, heated with a heating power of 800 W. Rajah 3 / Diagram 3 Berapakah kenaikan suhu silinder itu jika pemanas dihidupkan selama 1 minit? What is the temperature increase of the cylinder if the heater is turned on for 1 minute? A 24 °C C 18 °C B 20 °C D 10 °C | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 53 5 Pada suatu hari yang panas terik di tepi pantai, pasirnya sangat panas manakala air laut terasa sejuk. Konsep manakah paling sesuai untuk menerangkan kejadian tersebut? On a hot day by the beach, the sand is very hot while the sea water is cold. Which concept is most appropriate to describe the incident? A B 6 Keseimbangan terma Themal equilibrilium Kekonduksian terma Thermal conductivity C D Muatan haba tentu Specific heat capacity Haba pendam tentu Specific latent heat Rajah 4 di bawah menunjukkan satu susunan radas untuk menentukan muatan haba tentu, c, bagi satu blok aluminium. Diagram 4 below shows an arrangement of the apparatus for determining the specific heat capacity, c, of an aluminum block. Rajah 4 / Diagram 4 Langkah manakah yang tidak boleh meningkatkan kejituan c? Which steps cannot increase the accuracy of c? 7 A Balut blok aluminium dengan kapas Wrap aluminum blocks with cotton C B Letak blok aluminium di atas kepingan polisterina Place the aluminum block on top of the polystyrene sheets D Tutup bahagian atas blok aluminium dengan kerajang aluminium Cover the top of the aluminum block with aluminum foil Tuang sedikit minyak pelincir ke dalam lubang di mana termometer dimasukkan Pour a little lubricating oil into the hole where the thermometer is inserted Jika kuantiti haba yang sama dibekalkan kepada air dan parafin yang mempunyai jisim sama, kenaikan suhu parafin adalah lebih tinggi daripada air. Ini adalah disebabkan oleh If the same quantity of heat is supplied to water and paraffin having the same mass, the increase in paraffin temperature is higher than that of water. This is due to A B haba pendam tentu air adalah lebih tinggi daripada parafin the latent heat of water is higher than paraffin haba pendam tentu parafin adalah lebih tinggi daripada air. the latent heat of paraffin is higher than water. | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 C D muatan haba tentu air adalah lebih tinggi daripada paraffin the specific heat capacity of water is higher than paraffin muatan haba tentu parafin adalah lebih tinggi daripada air. the specific heat capacity of paraffin is higher than water. 54 8 Rajah 5 menunjukkan sebuah kuali. Diagram 5 shows a pan Rajah 5 / Diagram 5 Mengapakah pemegang kuali diperbuat daripada bahan bermuatan haba tentu tinggi? Why is the pan handles made of high specific heat-carrying material? A B 9 Untuk meningkatkan jisim kuali itu To increase the mass of the pan Untuk mengurangkan peningkatan suhu To reduce the increase in temperature C D Untuk meningkatkan takat lebur To increase the melting point Untuk mengurangkan pengembangan pemegang To reduce the expansion of the handle Fenomena manakah menunjukkan kegunaan muatan haba tentu dalam kehidupan seharian. Which phenomenon indicates the use of a specific heat capacity in daily life. A B Mengukus kek Steam the cake Menyejukkan enjin kereta Cooling the car engine | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 C D Menyejukkan minuman the Cool the tea Menuang minuman kopi daripada alat pembancuh kopi Pour coffee from a coffee maker 55 Kertas 2 (Bahagian A)/ Paper 2 (Section A) 1. Rajah 1.1 menunjukkan dua bebola logam yang serupa dipanaskan selama beberapa minit dalam air mendidih. Dua bebola logam itu kemudian dipindahkan ke dalam dua buah bikar yang mengandungi cecair X dan cecair Y. Rajah 1.2 menunjukkan bacaan awal dan bacaan akhir termometer dalam cecair X dan cecair Y. Diagram 1.1 shows two similar metal balls are heated for several minutes in boiling water. The two metal balls were then transferred into two beaker fruit containing liquid X and liquid Y. Diagram 1.2 shows the initial reading and final reading of the thermometer in liquid X and liquid Y. Rajah 1.1 / Diagram 1.1 Rajah 1.2 / Diagram 1.2 Jadual 1 menunjukkan jisim dan muatan haba tentu cecair X dan cecair Y. Table 1 shows the specific mass and heat capacity of liquid X and liquid Y. Cecair / Liquid X Y a) Jisim / Mass (g) Muat haba tentu / Specific heat capacity (J kg-1°C-1) 300 2100 300 4200 Jadual 1/ Table 1 Apakah maksud muatan haba tentu? What is the meaning of specific heat capacity? ………………………………………………………………………………………………… [1 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 56 b) Nyatakan kuantiti fizikal yang diukur oleh sebuah termometer. State the physical quantity that measured by a thermometer. ………………………………………………………………………………………………… [1 m] c) Berdasarkan Rajah 1.2 dan Rajah 1.3: Based on Diagram 1.2 and Diagram 1.3: (i) Bandingkan muatan haba tentu cecair X dan cecair Y. Compare the specific heat capacity of liquid X and liquid Y. …………………………………………………………………………………………… [1 m] (ii) Bandingkan bacaan akhir termometer dalam cecair X dan cecair Y. Compare the final readings of the thermometer in liquid X and liquid Y. …………………………………………………………………………………………… [1 m] (iii) Bandingkan perubahan suhu bagi cecair X dan cecair Y. Compare the changes of temperature for liquid X and liquid Y. …………………………………………………………………………………………… [1 m] (iv) Nytakan hubungan antara muatan haba tentu dan perubahan suhu cecair. State the relationship between the specific heat capacity and the changes temperature of the liquid. d) …………………………………………………………………………………………… [1 m] (i) Cecair yang manakah lebih sesuai digunakan sebagai bahan penyejuk dalam sistem penyejukan sebuah kereta? Which liquid is more suitable use as a coolent in a car's cooling system? …………………………………………………………………………………………… [1 m] (ii) Beri satu sebab bagi jawapan di 1(b)(i). Give one reason for the answer in 1 (b) (i) …………………………………………………………………………………………… [1 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 57 2. Jadual 2 menunjukkan tiga jenis kuali dan ciri-cirinya Table 2 shows the three types of pans and their characteristics Muatan haba tentu / J kg-1oC-1 Specific heat capacity / J kg-1oC-1 Jenis kuali dan jisim Type of pan and mass 2.2 kg 387 Tembaga / Copper 2.5 kg 500 Besi / Metal 2.9 kg 900 Aluminium / Aluminium Jadual 2 / Table 2 a) b) Apakah yang dimaksudkan dengan muatan haba tentu? What is meant by specific heat capacity? ………………………………………………………………………………………………… [1 m] Berdasarkan Jadual 2, nyatakan ciri-ciri yang sesuai bagi kuali jika ia digunakan untuk menggoreng keropok lekor dengan cepat. Berikan sebab untuk kesesuaian bahan tersebut. Based on Table 2, state the suitable characteristics of a pan if it is used to fry fish crackers faster. Give reasons for the suitability of the material. (i) Bahan kuali / Pan material ….……………………………………………………………………………………… Sebab / reason ….……………………………………………………………………………………… [2 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 58 (ii) Jisim kuali / Mass of pan ….……………………………………………………………………………………… Sebab / Reason ….……………………………………………………………………………………… [2 m] c) Kuali itu dipanaskan dengan menggunakan plat pemanas elektrik berkuasa 500 W. Berdasarkan maklumat pada Jadual 2, hitung masa yang diambil untuk meningkatkan suhu sebanyak 50 oC bagi, The pan is heated by using a 500 W electric heating plate. Based on the information in Table 2, calculate the time taken to increase the temperature by 50 oC for, (i) Kuali tembaga / Copper pan [2 m] (ii) Kuali besi / Metal pan [2 m] (iii) Kuali aluminium / Aluminium pan [2 m] d) Antara kuali-kuali tersebut, yang manakah lebih sesuai digunakan untuk menggoreng keropok lekor dalam masa yang singkat? Which pans is more suitable for frying crackers in a short time? …………………………………………………………………………….. [1 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 59 Kertas 2 (Bahagian B)/ Paper 2 (Section B) 1 Rajah 1 (a) menunjukkan seorang wanita memegang sebuah periuk memasak yang panas pada pemegangnya. Rajah 1 (b) menunjukkan seorang wanita lain memegang dasar periuk memasak yang panas. Diagram 1 (a) shows a woman holding the handle of a hot cooking pot. Digram 1(b) shows another woman holding the base of a hot cooking pot. Rajah 1 (a) / Diagram 1 (a) (a) (b) Rajah 1 (b) / Diagram 1 (b) Apakah yang dimaksudkan dengan penyataan ‘kuprum mempunyai muatan haba tentu 400 J kg-1 °C-1? What is meant by the statement ‘copper has a specific heat capacity of 400 J kg-1 ° C-1? …………………………………………………………………………………………………… [1 m] Terangkan mengapa wanita dalam Rajah 2 (a) boleh memegang periuk dengan selamat tetapi wanita dalam Rajah 2 (b) tidak boleh memegang dasar periuk dengan selamat. Explain why the woman in Diagram 2 (a) can hold the pot safely but the woman in Diagram 2 (b) cannot hold the base of the pot safely. …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… [4 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 60 (c) Rajah 2 di bawah menunjukkan satu plat panas yang digunakan untuk memasak makanan. Diagram 2 below shows a hot plate used to cook food. Rajah 2 / Diagram 2 Jadual 3 di bawah menunjukkan ciri – ciri empat keping plat logam. Table 3 below shows the characteristics of four pieces of metal plates. Ciri – ciri Plat logam Metal plate P Q R S Ketumpatan Density (kg m-3) 1020 800 900 1000 Takat lebur Melting point (°C) Muatan haba tentu Specific heat capacity (J kg-1 °C-1) 730 900 650 800 1200 500 2010 1200 Jadual 3 / Table 3 Kesan pengaratan Rusting effects Sederhana Rendah Rendah Tinggi Berdasarkan ciri – ciri dalam Jadual 3, terangkan kesesuaian setiap ciri tersebut. Seterusnya, tentukan plat logam yang manakah paling sesuai digunakan untuk memasak makanan. Based on the features in Table 3, explain the suitability for each feature. Next, determine which metal plate is best used for cooking food. Ciri – ciri / Charateristics Alasan / Reason [10 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 61 d) Satu bahan pepejal berjisim 0.5 kg dipanaskan menggunakan pemanas rendam berkuasa 50 W. Graf di bawah menunjukkan lengkung pemanasan bagi bahan itu. A solid material of mass 0.5 kg is heated using a 50 W soaking heater. The graph below shows the heating curve of the material. (i) Berapakah takat lebur bahan itu? What is the melting point of the material? …………………………………………………………………………………………… [1 m] (ii) Hitung muatan haba tentu bahan pepejal itu Calculate the specific heat capacity of the solid material [2 m] (iii) Cari nilai T jika haba pendam tentu pelakuran bahan itu ialah 3 x 104 J kg-1 Find the value of T if the latent heat of the fusion of the material is 3 x 104 J kg-1 [2 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 62 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 63 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 64 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 65 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 66 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 67 LATIHAN / Exercise Kertas 1 (Objektif) / Paper 1 (Objective) 1. Satu proses pepejal berubah menjadi cecair. Haba yang diserap semasa proses ini dipanggil A process to change solid to a liquid. The heat is absorbed during this process is called A B 2. muatan haba tentu pepejal specific heat capacity of solid muatan haba tentu cecair specific heat capacity of liquid C D haba pendam tentu pengewapan specific latent heat of vapolisation haba pendam tentu pelakuran specific latent heat of fusion Rajah 1 menunjukkan lengkung penyejukan suatu bahan yang pada asalnya dalam keadaan gas. Diagram 1 shows the cooling curve of a substance that was originally in gas conditions. Rajah 1 / Diagram 1 Pada fasa manakah, bahan itu dalam keadaan pepejal dan cecair pada masa yang sama? In which phase the substances in solid and liquid state at the same time? 3. Rajah 2 (a) menunjukkan sejumlah air dipanaskan berterusan menggunakan pemanas rendam. Rajah 2 (b) menunjukkan air itu selepas 5 minit dipanaskan. Diagram 2 (a) shows the amount of water heated continuously using an immersion heater Diagram 2 (b) shows the water was heating after 5 minutes. | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 68 Rajah 2(a) Diagram 2 (a) Rajah 2(b) Diagram 2 (b) Berdasarkan rajah-rajah dan maklumat yang diberi, tentukan haba pendam pengewapan air. Based on the diagrams and information provided, determine the latent heat of water vaporization. \ 4. 5. A 1300 J kg-1 C 77 000 J kg-1 B 42 000 J kg-1 D 250 0000 J kg-1 Haba pendam dilepaskan bila The latent heat is released when A Air mendidih Boiling water C Filamen mentol dihidupkan The bulb filament is turned on B Lilin memejal Candles solidify D Air mengewap pada suhu bilik Water evaporates at room temperature Rajah 3 menunjukkan lengkung pemanasan suatu bahan pepejal Diagram 3 shows the heating curve of a solid material Rajah 3 / Diagram 3 Pada peringkat Y, haba yang diserap oleh objek ialah At stage Y, the heat absorbed by the object is A B sifar zero haba pendam pengewapan latent heat of vaporization | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 C D haba pendam pelakuran latent heat of fusion muatan haba tentu specific heat capacity 69 6. Sebuah cerek elektrik berlabel 2 kW yang mengandungi air pada suhu 100 ºC diletakkan di atas penimbang. Setelah 5 minit bacaan pada penimbang berubah sebanyak 0.2kg. Berapakah nilai haba pendam tentu pengewapan air? An electric kettle labeled 2 kW containing water at a temperature of 100 ºC was placed on a scale. After 5 minutes the reading on the scales changed by 0.2kg. What is the latent heat value of water vapor? A 2 000 J kg-1 C 50 000 J kg-1 B 7. 3 000 J kg-1 D 3 000 000 J kg-1 Rajah 4 menunjukkan graf suhu-masa bagi penyejukkan bahan X. Diagram 4 shows the temperature-time graph of cooling material X. Rajah 4 / Diagram 4 8. A PQ C RS B QR D ST Suhu tidak meningkat apabila haba dibekalkan untuk menukarkan air kepada stim. Antara yang berikut yang manakah menerangkan pemerhatian tersebut? The temperature does not rise when heat is supplied to change water to steam. Which of the following describes the observation? A Haba digunakan untuk mengenakan tekanan pada molekul-molekul Heat is used to exert pressure on molecules C Haba digunakan untuk meningkatkan tenaga kinetik molekul-molekul. Heat is used to increase the kinetic energy of molecules. B Haba digunakan untuk meningkatkan getaran molekulmolekul. Heat is used to increase the vibration of molecules. D Haba digunakan untuk mengatasi daya tarikan antara molekul-molekul. Heat is used to overcome the attraction between molecules. | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 70 9. Rajah 5 menunjukkan proses di mana air bertukar kepada stim. Diagram 5 shows the process which water is converted to steam. Rajah 5 / Diagram 5 Haba yang diserap semasa proses ini dikenali sebagai The heat absorbed during this process is known as A B muatan haba tentu specific heat capacity haba pendam pelakuran latent heat of fusion C D haba pendam pengewapan latent heat of vaporization haba pendam kondensasi latern heat condensation 10. Satu jisim tetap suatu gas pada tekanan malar mempunyai isipadu V pada 30 °C. Gas itu akan mengembang ke isipadu 2V jika suhunya bertambah hingga A fixed mass of a gas at constant pressure has a volume V at 30 ° C. The gas will expand to a volume of 2V if the temperature rises to A 60 K C 333 K B 243 K D 606 K Kertas 2 (Bahagian A)/ Paper 2 (Section A) 1. Suatu bahan berjisim 0.05 kg dipanaskan dari keadaan pepejal dengan menggunakan pemanas rendam 240 V, 0.1 kW. Rajah 1 menunjukkan keluk pemanasan bagi bahan tersebut. A material of mass 0.05 kg is heated from a solid state using a 240 V immersion heater, 0.1 kW. Diagram 1 shows the heating curve for the material. Rajah 1 / Diagram 1 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 71 (a) (b) (c) Berdasarkan graf pada Rajah 1, apakah takat didih bagi bahan itu? Based on the graph in Diagram 1, what is the boiling point of the material? …………………………………………….……………………………………………………….. [1 m] Nyatakan perubahan suhu bagi bahan itu semasa proses peleburan. State the changes of temperature for the material during the melting process. ………………………………….….………………………………………………………………. [1 m] Hitungkan tenaga haba yang diperlukan untuk proses peleburan bagi bahan itu. Calculate the heat energy that required for the melting process of the material. [2 m] (d) Hitungkan haba pendam tentu pelakuran bahan itu. Calculate the latent heat of fusion of the material. [2 m] Kertas 2 (Bahagian B)/ Paper 2 (Section B) 1. Rajah 1 menunjukkan sebuah cerek elektrik. Cerek ini boleh digunakan untuk menganggar haba pendam tentu pengewapan air. Diagram 1 shows an electric kettle. This kettle can be used to estimate the latent heat of water vaporization. Rajah 1 / Diagram 1 (a) Apa yang dimaksudkan oleh haba pendam tentu pengewapan air? What is the meaning of specific latent heat of vaporization? …………………………………………….……………………………………………………… [1 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 72 (b) Terangkan bagaimana cerek itu boleh digunakan untuk menganggarkan haba pendam tentu pengewapan. Explain how the kettle can be used to estimate the latent heat of vaporization. ………………………………….….…………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………. ……….…………………………………………………………………………………………… [4 m] (c) Cerek itu mempunyai suatu kuasa elektrik input 1500 W dan digunakan untuk 6 minit. The kettle with input electrical power of 1500 W and is used for 6 minutes. (i) Hitung tenaga elektrik dalam unit joule (J) yang dibekalkan kepada cerek. Calculate the electrical energy in unit joules (J) is supplied to the kettle. [2 m] (ii) Hitung tenaga elektrik dalam kilowatt jam (kWj) yang dibekalkan kepada cerek. Calculate the electrical energy in kilowatt hours (kWh) is supplied to the kettle. [2 m] (iii) Dengan menggunakan jawapan dalam (i) dan (ii), hitung bilangan joule yang bersamaan dengan 1.0 kWj Using the answers in (i) and (ii), calculate the number of joules equal to 1.0 kWh. [1 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 73 (d) Anda diperlukan untuk menyiasat ciri dan reka bentuk peti sejuk yang ditunjukkan dalam jadual di bawah. Terangkan kesesuian setiap ciri dan reka bentuk dan tentukan peti sejuk yang paling sesuai digunakan di rumah. You are required to investigate the features and design of the refrigerator shown in the table below. Explain the suitability of each feature and design and determine the most suitable refrigerator to use at home. Ciri – ciri Characteristics Alasan Reasons [10 m] | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 74 75 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 76 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 77 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 LATIHAN/ EXERCISE Kertas 1 (Objektif) / Paper 1 (Objective) 1. Sebahagian gas yang terperangkap di dalam silinder dimampatkan pada suhu malar oleh satu omboh. Manakah antara berikut yang tidak berubah? Part of gas is trapped inside the cylinder is compressed at a constant temperature by a piston. Which of the following does not change? A B 2. C D Tekanan/ Pressure Jarak antara molekul/ Distance between molecules Suatu gas berjisim tetap di dalam sebuah bekas berisi padu tetap dipanaskan. Pernyataan manakah yang betul? A gas with a fixed mass inside a container with a fixed volume is heated. Which statement below is correct? A B 3. Jisim/ Mass Ketumpatan/ Density Tekanan gas adalah malar Pressure of the gas is constant Molekul gas bergerak lebih jauh antara satu sama lain. Gas molucules moves further from one another. C D Tenaga kinetik molekul gas adalah tetap. Kinetic energy of gas molecules is fixed. Molekul gas bergerak dengan halaju yang lebih tinggi. Gas molecules moves with a higher velocity. Rajah 1 menunjukkan keadaan botol plastik yang pada awalnya mengandungi udara panas, sebelum dan selepas dimasukkan ke dalam sebuah besen yang berisi ais. Diagram 1 shows the initial condition of a plastic bottle containing hot air, before and after it is placed in a basin filled with ice. Ais/ Ice Air panas/ Hot water Rajah 1 Situasi ini dapat diterangkan oleh Situation above can be explained by A B Hukum Boyle Boyle’s Law Hukum Charles Charles’ Law C D Hukum Gay-Lussac Gay-Lussac’s Law Hukum Snell Snell’s Law 78 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 4. Suatu gelembung udara dihasilkan di dasar sebuah tasik menjadi besar apabila ia naik ke atas permukaan air kerana An air bubble is formed at the bottom of lake becoming larger when it rises to the surface of water because A B 5. Ketumpatan air bertambah dengan kedalaman air yang bertambah Density of water increase with increasing water depth Suhu air bertambah dengan kedalaman air yang bertambah Temperature of water increases with increasing water depth C Tekanan air bertambah dengan kedalaman air yang bertambah Water pressure increases with increasing water depth D Tekanan air adalah sama pada semua peringkat ke dalaman Water pressure is the same at all levels of depth Rajah 2 menunjukkan graf tekanan-suhu bagi suatu gas berjisim tetap pada isi padu malar. Diagram 2 shows graph pressure against temperature for a fixed mass of gas at a constant volume Tekanan/ Pressure (Nm-2) Suhu/ Temperature (0C) Rajah 2/ Diagram 2 Pernyataan manakah yang betul mengenai keadaan gas itu? Which statement is correct about the situation of the gas? A Tekanan gas adalah sifar pada 0 โฐC Gas pressure is zero at 0 โฐC. C B Molekul-molekul gas adalah pegun pada -273 โฐC Gas molecules are stationary at 273 โฐC. D Tenaga kinetik molekul-molekul adalah maksimum pada -273 โฐC. Kinetic energy of molecules is maximum at -273 โฐC. Tekanan gas adalah berkadar songsang dengan suhu. Gas pressure is inversely proportional to temperature. 79 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 6. Rajah 3 (a) menunjukkan satu silinder mengandungi gas pada suhu 30 โฐC. Tinggi silinder ialah P. Rajah 3 (b) menunjukka gas di dalam silinder yang dipanaskan supaya ia mengembang ke tinggi 3P. Diagram 3 (a) shows a cylinder containing gas at 30 โฐC. The height of cylinder is P. Diagram 3(b) shows gas inside the cylinder is heated so that it expands to the height 3P. 3P P Rajah 3(a)/ Diagram 3(a) Rajah 3(b)/ Diagram 3(b) Berapakah suhu akhir gas itu? What is the final temperature of the gas? A 90 °C B 180 °C 7. C D 303 °C 636 °C Rajah 4 menunjukkan tekanan pada tayar kereta adalah 200 kPa pada suhu 30 โฐC Diagram 4 shows the presuure on the tyre of car is 200kPa at the temparature of 30 โฐC Rajah 4/ Diagram 4 Selepas satu perjalanan yang jauh, suhu tayar itu meningkat kepada 60 โฐC. Berapakah tekanan yang baharu? After a long journey, the temperature of tyres increses to 60โฐC. What is the new value of pressure? A B 8. 182.0 kPa 219.8 kPa C D 400.0 kPa 504.5 kPa Mengapakah tekanan bagi satu jisim gas yang tetap bertambah apabila ia dipanaskan pada isi padu malar Why the pressure of a fixed mass of gas increases when it is heated at a constant volume? A B Bilangan molekul-molekul bertambah The number of molecules increases Ketumpatan molekul-molekul bertambah The density of molecules increases C Purata jisim molekul-molekul bertambah The average mass of molecules increases D Purata laju molekul-molekul bertambah The average speed of molecules increases 80 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 9. Pada 27 °C, sebiji belon yang digunakan dalam ramalan kaji cuaca mempunyai tekanan 100 kPa. Apabila belon itu mencapai ketinggian tertentu, tekanan berkurang kepada 90 kPa. Berapakah suhu pada ketinggian itu? At 27 °C, a balloon used in weather forecasts have a pressure of 100kPa. When the ballon reaches a specific height, the presuure decreases to 90kPa. What is the temperature at that height? A B 10. 24.3 °C 60.3 °C C D -3.0 °C 3.0 °C Rajah 5 menunjukkan satu picagari disambungkan ke Tolok Bourdon Diagram 5 shows a syringe that is connected to the Bourdon Gauge Piston Piston Picagari Syringe Udara Air Tolok Bourdon Bourdon Gauge Rajah 5/ Diagram 5 Bacaan pada Tolok Bourdon ialah 1.0 x 105 Pa apabila isi padu udara dalam picagari ialah 40 cm3. Berapakah bacaan baharu apabila isi padu udara ialah 10 cm3? The reading on the Bourdon Gauge is 1.0 x 105 Pa when the volume of air in syringe is 40cm3. What is the new reading when the volume of air is 10cm3? A B 4.0 x 105 Pa 2.5 x 105 Pa C D 1.0 x 10-5 Pa 4.0 x 10-5 Pa Kertas 2 (Bahagian A) Paper 2 (Section A) 1. Rajah 1 menunjukkan gelembung-gelembung udara dihasilkan oleh pam udara di dalam sebuah akuarium berisi air tawar. Diagram 1 shows air bubbles produced by the air pump in an aquarium filled with freshwater. 81 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 Gelembung udara Air bubble Air Tawar Freshwater Pam udara Air pump Akuarium Aquarium Rajah 1/ Diagram1 (a) Terangkan mengapa isipadu gelembung udara bertambah apabila bergerak menghampiri permukaan. Explain why the volume of air bubble increases when it moves towards the surface. ………………………………………………………………………………………………… [1 m] (b) (i) Apakah perubahan dalam isipadu gelembung udara pada paras R apabila air tawar digantikan dengan air laut? What is the change in volume of air bubble at level R when freshwater is replaced with seawater? ………………………………………………………………………………………….. [1 m] (ii) Berikan sebab bagi jawapan anda Give reason for your answer ………………………………………………………………………………………….. [1 m] (c) Satu gelembung udara yang mempunyai isipadu 5 cm3 dibebaskan oleh pam udara pada kedalaman 0.5 m. Hitung isipadu gelembung udara itu apabila sampai di permukaan air. [Anggap tekanan atmosfera adalah 10 m air] An 5cm3 air bubble is released from the air pump at a depth of 0.5m. Calculate the volume of the air bubble when it reaches the surface of water. [Assume the atmospheric pressure is 10 m of water] [2 m] 82 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 2. Rajah 2.1 menunjukkan bacaan Tolok Bourdon sebelum omboh pam basikal ditolak ke dalam. Diagram 2.1 shows the reading of Bourdon Gauge before the bicycle pump’s piston is pushed inwards. Pam basikal Bicycle pump Piston Tolok Bourdon Bourdon Gauge Piston Rajah 2.1/ Diagram 2.1 Rajah 2.2 menunjukkan bacaan Tolok Bourdon apabila omboh pam basikal ditolak ke dalam. Diagram 2.2 shows the reading of Bourdon Gauge when the bicycle pump’s piston is pushed inwards. Pam basikal Bicycle pump Piston Tolok Bourdon Piston Bourdon Gauge Rajah 2.2/ Diagram 2.2 (a) Berdasarkan Rajah 2.1, tanda (√) pada jawapan yang betul dalam kotak yang disediakan. Based on Diagram 2.1, tick (√) on the correct answer in the box provided. • • Tolok Bourdon boleh mengukur Bourdon Gauge can measure Suhu gas / Temperature of gas Tekanan gas / Pressure of gas [1 m] (b) (i) Bandingkan isi padu udara dalam pam basikal pada Rajah 2.1 dan Rajah 2.2. Compare the volume of air in bicycle pump of Diagram 2.1 and Diagram 2.2. …………………………………………………………………………………………… [1 m] 83 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4 (ii) Bandingkan tekanan yang dihasilkan dalam pam basikal pada Rajah 2.1 dan Rajah 2.2. Compare the pressure generated in the bicycle pump of Diagram 2.1 and Diagram 2.2. …………………………………………………………………………………………… [1 m] (iii) Bandingkan bilangan zarah-zarah udara dalam pam basikal pada Rajah 2.1 dan Rajah 2.2. Compare the number of molecules of air in the bicycle pump of Diagram 2.1 and Diagram 2.2. ………………………………………………………………………………………….. [1 m] (c) (a) Berdasarkan jawapan di 2(b), (b) Based on the answers in 2(b), (i) Nyatakan hubungan antara isi padu udara dalam pam basikal dengan tekanan yang dihasilkan. State the relationship between volume of air in bicycle oumo and pressure generated. ………………………………………………………………………………………….. [1 m] (ii) Nyatakan hukum fizik yang terlibat. State the law of physics involved. …………………………………………………………………………………………… [1 m] (d) (i) Berdasarkan jawapan di 2(c), apakah yang berlaku kepada tenaga kinetik zarah-zarah udara apabila udara dimampatkan. Based on answer in 2(c), what happens when the kinetic energy of air molecules when air is compressed. …………………………………………………………………………………………… [1 m] (ii) Beri satu sebab untuk jawapan anda di 2(d)(i). Give one reason for your answer in 2(d)(i). …………………………………………………………………………………………… [1 m] 84 | MODUL KSSM FIZIK TINGKATAN 4
0
advertisement
Download
advertisement
Add this document to collection(s)
You can add this document to your study collection(s)
Sign in Available only to authorized usersAdd this document to saved
You can add this document to your saved list
Sign in Available only to authorized users