PELAJARAN 3

KEKENYALAN

Pengertian Kekenyalan

Keupayaan sesuatu bahan kembali ke bentuk @ saiz asal apabila daya yang bertindak ke atasnya

( mampatan @ rengangan) dialihkan.

Mengapa Pepejal Kenyal?

Terdapat dua jenis daya antara molekul-molekul pepejal iaitu daya tarikan dan daya tolakan.

Jika pepejal diregang,daya tarikan antara molekul bertindak.

Jika pepejal dimampat daya tolakan antara molekul bertindak.

Jika tiada daya luar ,daya tolakan dan daya tarikan seimbang(daya paduan sifar).

Graf daya antara molekul,F melawan jarak pemisahan antara molekul,x.

Pada kedudukan X₁ : Dipanggil sebagai kedudukan keseimbangan dimana daya tarikan = daya tolakan

Pada kedudukan X < X₁ : Pepejal dimampatkan menyebabkan daya tolakan > daya tarikan.Jika tiada daya tolakan kemungkinan dua molekul bercantum dan musnah.

Pada kedudukan X₁ < X<X₂ : Pepejal diregang dimana daya tarikan > daya tolakan sehingga daya tolakan akan mencapai nilai maksimum pada X₂ untuk mengekalkan bentuknya.

Pada kedudukan X > X₂:Pepejal terus diregang menyebabkan daya tarikan menjadi lemah,kemungkinan pepejal bertukar menjadi cecair atau gas.

Hubungan daya (F) dan regangan @ mampatan,x

Bagi suatu bahan kenyal -(Hukum Hooke)

(i)Hukum Hooke

Hukum Hooke menyatakan daya regangan berubah secara langsung dengan regangan jika had kenyal tidak dilampaui.

@ F a x

F = k x

F = daya

X = regangan @ pemanjangan @ pemampatan

(ii) Eksperimen mencari hubungan antara daya dan pemanjangan.

Hipotisis: Jika daya bertambah maka pemanjangan bertambah

P.U.manupulatif: Daya , P.U.respons : pemanjnagan

P.U. dimalarkan : jenis spring,diameter spring.

Ukur panjang asal spring = L_o

Timbang jisim pemberat = m

Kira daya, F = mg

Gantung pemberat pada spring

Ukur panjang baru pemberat = L

Kirakan pemanjangan , x = L - L_o

Ulangi eksperimen sebanyak 5 kali dengan jisim pemberat yang berlainan.

Jadualkan data .

Daya
Pemanjangan

Lukis graf x lawan F

Berdasarkan graf didapati daya F berubah secara langsung dengan pemanjangan x.

Sebagai langkah berjaga-jaga setiap kali beban ditambah pastikan spring kembali kepada panjang asal supaya had kenyal spring tidak dilampaui.

Pemalar spring , k

F = kx,

maka k = F

Unit k ialah Nm^-1

Jika k bertambah , x berkurang , spring lebih keras.

Graf daya lawan pemanjangan apabila dawai kuprum diregang

A : Had Kenyal

B: Takat alah

OA : Kawasan kekenyalan berlaku di mana Hukum Hooke dipatuhi.Jika daya dialihkan dawai boleh kembali pada panjang asal

AB:Kawasan plastik,dawai tidak kembali pada panjang asal.

Selepas B:Dawai mengalami kadar regangan yang sangat tinggi.

Mengapa ayunan spring berhenti

Apabila spring berbeban diayunkan ,lama kelamaan ia kan berhenti kerana proses pelembapan (kehilangan tenaga dalam bentuk haba berlaku).

Proses pelembapan mengambil masa yang singkat penting dalam spring dalam ammeter supaya apabila arus berhenti mengalir penunjuk terus kembali ke sifar.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kadar pemanjangan spring

Jenis bahan:Bahan yang berlainan mempunyai kadar pemanjangan yang berlainan.Contohnya dawai kuprum mempunyai kadar pemanjangan yang lebih tinggi dari dawai keluli.

Diameter: lilitan spring Apabila diameter lilitan spring bertambah,kadar pemanjangan bertambah

Diameter dawai(bahan spring) dibuat.Jika diameter dawai(bahan spring) bertambah ,kadar pemanjangan berkurang.

Panjang spring:Apabila panjang spring bertambah kadar pemanjangan bertambah

Susunan spring: Spring disambung sesiri mempunyai kadar pemanjangan yang lebih daripada spring yang disambung selari

Aplikasi sifat kekenyalan dalam kehidupan seharian.

(1)Kusyen/tilam:Kita rasa selesa apabila berada di atasnya kerana kusyen dan tilam mempunyai sifat kekenyalan menyokong berat badan kita.Apabila badan kita dialih kusyen dan tilam akan kembali pada kedudukan asal.

(2)Alat elektrik seperi ammeter,voltmeter:Alat-alat ini mempunyai spring di dalamnya.Dengan bantuan spring penunjuk akan kembali ke kedudukan sifar apabila arus tiada mengalir ke alat-alat tersebut.

(3)Neraca spring:Digunakan untuk mengukur berat atau daya kerana pemanjangan spring berkadar langsung dengan daya yang dikenakan.

(4)Spring pada kenderaan:Digunakan untuk sistem gantungan sebuah kereta.Apabila berlaku hentakan,penumpang tidak akan merasa kesan hentakan itu.

Prinsip pembahagian daya.

Sambungan sesiri: Jika n spring disambung sesiri dan dikenakan daya F,maka setiap spring akan menerima dayasebanyak F.

Sambungan selari:Jika n spring disambung selari dikenakan daya F maka setiap spring akan menerima daya sebanyak

F / n

Contoh-contoh pengiraan menggunakan Hukum Hooke:

Contoh 6

Sebuah spring mempunyai panjang asal 5 cm.Apabila digantung beban 20 g,panjangnya menjadi 7 cm.Tentukan

(a) Jumlah pemanjangan spring apabila digantung beban 40 g

(b) Jumlah panjang spring apabila digantung beban

60 g.

spring menjadi 20 cm.

Penyelesaian

Contoh 7

Spring A didapati memanjang sebanyak 2 cm apabila digantung beban 10 g dan spring B didapati memanjang 4 cm apabila digantung beban 10g.Berapakah jumlah pemanjangan bagi susunan spring-spring pada rajah berikut:-

Penyelesaian

TUTORIAL 3

1 Suatu spring keluli menghasilkan pemanjangan 4 cm apabila dikenakan daya 8N.Berapakah daya yang perlu dikenakan supaya pemanjangannya adalah 5 cm?

A 9 N B 10 N

C 12 N D 14 N

E 16 N

2 Rajah menunjukkan sebuah spring yang mempunyai panjang asal 18 cm.Apabila diletak beban 10 kg,panjangnya menjadi 8 cm dan apabila diletak beban P panjangnya menjadi 10 cm.Berapakah nilai P?

A 4 kg B 6 kg

C 8 kg D 9 kg

E 12 kg

3 Spring K dan L mempunyai panjang asal masing-masing 5 cm.Spring K meregang 2 cm apabila digantung beban 200g dan spring L meregang 3 cm apabila digantung beban

100 g.Apabila kedua-duanya disambung sesiri dan digantung beban 400 g seperti rajah di atas,berapakah jumlah panjang AB terhasil?

A 16 cm B 21 cm

C 23 cm D 24 cm

E 26 cm

4 Satu spring yang panjangnya 10 cm.Apabila diletak beban 20 N panjang spring menjadi 8 cm seperti pada rajah(a).Apabila lima spring yang serupa disusun seperti rajah(b) dan diletak beban 60 N,berapakah nilai L?

A 5 cm B 7 cm

C 9 cm D 13 cm

E 15 cm

5 Rajah menunjukkan dua spring yang serupa mempunyai panjang asal yang berbeza ditetapkan pada dinding tegak.Sekeping papan diletak di atas satu permukaan ufuk yang lici.satu daya dikenakan untuk menolak papan itu ke arah dinding.Manakah antara graf-graf F melawan X yang betul?

Dua spring A dan B masing-masing mempunyai panjang asal 10 cm.Spring –spring itu kemudiannya digantungkan beban 100g dan 200 g seperti rajah(a).Apabila kedua-dua spring digantung dengan beban 300 g seperti rajah(b),berapakah nilai P?

A 55 cm B 100 cm

C 70 cm D 105 cm E 125 cm

7 Rajah(a) menunjukkan satu spring dengan satu ceper tergantung di hujungnya.Apabila satu beban 60 g diletak pada ceper,spring memanjang seperti rajah(b).Apabila satu beban M ditambah spring memanjang seperti rajah(c) .Berapakah nilai M?

A 100g B 180g

C 200 g D 240g E 300g

7 Apabila satu jisim 0.5 kg digantungkan kepada hujung satu spring seperti pada rajah(a) ,pemanjangan spring adalah 5 cm.Empat spring yang serupa dengan spring tadi dipasang dan dibebankan dengan satu jisim 1.0 kg seperti rajah(b).Jumlah pemanjangan sistem spring itu adalah,

A 5.0 cm B 10.0 cm

C 15.0 cm D 20.0 cm

E 25.0 cm

8 J,K,L dan M adalah empat spring yang

serupa.Tiap-tiap satu akan meregang 2 cm apabila dibebankan dengan jisim 20 g .Rajah (a) menunjukkan spring P yang dibebankan dengan satu beban berjisim 40 g.Berapakah jisim P itu yang boleh meregangkan spring K,L dan M pada rajah(b) dengan regangan yang sama dengan spring J pada rajah(a)?

A 60g B 80g

C 120g D 160g

E 200 g

9 Spring-spring E,F pada rajah(a) dan spring-spring G,H,I dan J pada rajah(b) adalah serupa.Panjang asal tiap-tiap spring adalah 12 cm. Berapakah panjang L?

A 26 cm B 28 cm C 30 cm D 32 cm E 34 cm

10 Rajah(a) menunjukkan bacaan penunjuka suatu spring dibebankan dengan jisim 50g.Apabila ditambah jisim 30g,bacaan penunjuk baru adalah seperti pada rajah(b).Berapakah bacaan penunjuk spring itu jika jisim 20 g dikeluarkan selepas itu?

A 5.00 cm B 10.00 cm

C 15.00 cm D 18.75 cm E 20.00 cm

11 Berdasarkan graf daya,F lawan regangan,X di atas pada kawasan manakah Hukum Hooke berlaku?

A Antara titik O dan A

B Antara titik A dan B

C Pada titik B

D Selepas titik B

12 Rajah menunjukkan bagaimana daya antara dua molekul ,F berubah dengan jarak pemisahan antara molekul,x.Apakah yang berlaku apabila satu daya luar menyebabkan nilai x melebihi nilai x₂ ?

A Objek patah

B Objek mula menunjukkan sifat plastik

C Daya tarikan antara molekul bertambah

D Daya tolakan antara molekul bertambah

13 Pemalar spring, k bertambah apabila

A Panjang spring bertambah

B Diameter lilitan spring bertambah

C Diameter dawai yang dijadikan spring bertambah

14 Graf di atas graf pemanjangan ,x lawan daya,F bagi dua spring iaitu spring A dan spring B yang panjang asalnya adalah 10.0 cm masing-masing.

(a) Daripada graf nyatakan hubungan antara pemanjangan,x dan daya ,F.

………………………………………………………

(b) Nyatakan Hukum yang menerangkan perhubungan tersebut.

………………………………………………………

(d) Spring yang manakah lebih sesuai digunakan untuk menyukat daya yang lebih besar?Mengapa?

………………………………………………………

(e) Nyatakan dua faktor yang mempengaruhi perbezaan pemanjangan antara spring A dibandingkan dengan pemanjangan spring B apabila suatu beban digantungkan pada hujung-hujung spring itu?

………………………………………………………

(f) Ciptakan satu susunan spring A dan spring B,supaya pemanjangan spring pada susunan itu ialah 10 cm apabila beban 10N digantungkan di hujungnya.

18 Rajah(a) menunjukkan satu spring yang mempunyai panjang asal 100 cm.Apabila dikenakan daya F ke atas papan ringan,spring akan dimampatkan sebanyak y seperti rajah(b).Hubungan antara daya F dan jarak mampatan,y adalah diberikan oleh graf berikut:

(a) Nyatakan hubungan antara daya ,F dengan jarak,y.

………………………………………………………

(b) Namakan Hukum yang menerangkan jawapan(a)

………………………………………………………

(d) Berapakah daya F yang diperlukan supaya panjang spring menjadi 50 cm?

(e) Apakah terjadi kepada graf apabila spring yang lebih keras digunakan?

………………………………………………………

19 (a) Apakah yang dimaksudkan dengan

kekenyalan.Terangkan mengapa pepejal adalah bersifat kenyal.

(b) Nyatakan kegunaan-kegunaan sifat kekenyalan dalam kehidupan seharian.

(d) Huraikan faktor-faktor yang

mempengaruhi kadar pemanjangan spring.