14 pelajaran dalam Bab 8: Daya dan Gerakan
Daya ialah tarikan atau tolakan ke atas objek; tidak dilihat tetapi kesannya dirasai.
Setiap aktiviti harian melibatkan daya — berjalan, mengunyah, membuka pintu. Apakah daya? Daya ialah tarikan atau tolakan yang dikenakan ke atas suatu objek. Kita tidak dapat melihat daya, tetapi kita boleh merasai kesannya. Contohnya, menendang bola ialah daya tolakan, dan menarik tali ialah daya tarikan.
Jenis daya: graviti (berat), normal, elastik, apungan & geseran (menentang gerakan).
Daya wujud dalam pelbagai bentuk. Daya graviti menarik objek ke pusat Bumi, dan berat objek ialah daya graviti yang bertindak padanya. Daya normal wujud apabila objek menyentuh permukaan. Daya elastik wujud apabila bahan diregang atau dimampat. Daya apungan menolak objek ke atas dalam bendalir. Daya geseran pula menentang gerakan antara dua permukaan bersentuhan.
Daya ialah vektor (magnitud & arah); unit newton; diukur dengan neraca spring.
Daya ialah kuantiti vektor, bermaksud ia mempunyai magnitud iaitu nilai, dan arah. Sebab itu kita lukis daya sebagai anak panah. Unit S.I. bagi daya ialah newton, sempena Sir Isaac Newton. Kita ukur daya menggunakan neraca spring, yang berfungsi berdasarkan pemanjangan spring. Di Bumi, objek berjisim satu kilogram mempunyai berat sepuluh newton.
Daya tindakan & tindak balas: sama magnitud, bertentangan arah — objek pegun bila seimbang.
Mengapa buku kekal di atas meja? Kerana daya bertindak berpasangan. Berat buku menekan ke bawah ialah daya tindakan, dan meja menolak balas dengan daya normal yang sama magnitud tetapi bertentangan arah — inilah daya tindak balas. Buku pegun kerana kedua-dua daya seimbang. Begitu juga objek terapung: berat diimbangi oleh daya apungan.
Daya boleh menggerak, menghentikan, mengubah kelajuan, arah, serta bentuk & saiz objek.
Daya tidak dapat dilihat, tetapi kesannya jelas. Daya boleh menggerakkan objek pegun, menghentikan objek yang bergerak, mengubah kelajuan, mengubah arah gerakan, dan mengubah bentuk atau saiz objek. Contohnya, menekan plastisin mengubah bentuknya, dan menendang bola dari tepi mengubah arahnya.
Objek kurang tumpat daripada air terapung; yang lebih tumpat tenggelam.
Mengapa sesetengah objek terapung dan lain tenggelam? Ia bergantung pada ketumpatan. Jika objek kurang tumpat daripada air, daya apungan melebihi beratnya, jadi ia terapung. Jika objek lebih tumpat daripada air, daya apungan kurang daripada beratnya, jadi ia tenggelam. Air mempunyai ketumpatan satu gram per sentimeter padu — gabus terapung, besi tenggelam.
Tuas ada tiga bahagian: daya, beban & fulkrum (titik sokongan tetap).
Tuas ialah mesin ringkas — sebatang palang yang berputar pada satu titik tetap. Ia membantu kita melakukan kerja dengan lebih mudah. Tuas ada tiga bahagian: daya iaitu tolakan atau tarikan yang kita kenakan, beban iaitu objek yang hendak digerakkan, dan fulkrum iaitu titik sokongan yang tetap.
Tiga kelas tuas ikut yang di tengah: fulkrum (gunting), beban (kereta sorong), daya (joran).
Tuas dibahagi kepada tiga kelas mengikut kedudukan daya, beban dan fulkrum. Dalam tuas kelas pertama, fulkrum di tengah, contohnya gunting. Dalam tuas kelas kedua, beban di tengah, contohnya kereta sorong. Dalam tuas kelas ketiga, daya di tengah, contohnya joran memancing.
Momen daya = daya × jarak tegak dari pangsi; lebih besar dengan daya atau jarak yang lebih besar.
Apabila daya memutarkan objek pada satu titik tetap, kesan putaran itu dipanggil momen daya. Cara mengiranya: momen daya sama dengan daya didarab dengan jarak tegak dari pangsi ke daya. Unitnya ialah newton meter. Momen daya bertambah apabila daya lebih besar, atau apabila jarak dari pangsi lebih jauh — itulah sebabnya sepana panjang lebih mudah mengetatkan nat.
Prinsip momen: beban × jaraknya = daya × jaraknya dari fulkrum — papan seimbang.
Bagaimana sebuah jongkang-jongket menjadi seimbang? Melalui prinsip momen. Papan seimbang apabila momen ikut arah jam sama dengan momen lawan arah jam. Ertinya, beban didarab jaraknya dari fulkrum sama dengan daya didarab jaraknya dari fulkrum. Prinsip ini membolehkan kita mengira kedudukan atau daya yang diperlukan untuk keseimbangan.
Tekanan = daya ÷ luas permukaan; luas kecil beri tekanan besar (unit pascal).
Mengapa paku tekan mudah masuk ke papan tetapi duit syiling tidak, walaupun daya sama? Jawapannya ialah tekanan. Tekanan ialah daya dibahagikan dengan luas permukaan. Luas permukaan kecil menghasilkan tekanan besar, sebab itu hujung paku yang tajam mudah menembusi. Unit S.I. tekanan ialah pascal. Gajah tidak tenggelam ke tanah kerana tapak kakinya luas, jadi tekanannya kecil.
Luas kecil untuk tekanan tinggi (pisau nipis); luas besar untuk tekanan rendah (tayar lebar).
Konsep tekanan digunakan di merata tempat. Mata kapak dan pisau dibuat nipis supaya luas permukaannya kecil dan tekanannya tinggi, jadi mudah memotong. Kasut bola sepak berpaku supaya menembusi tanah dengan cengkaman kuat. Sebaliknya, traktor mempunyai tayar lebar supaya tekanan pada tanah kecil dan tidak mudah terbenam.
Tekanan gas naik bila isi padu dikurangkan atau suhu dinaikkan (molekul berlanggar lebih kerap/kuat).
Mengikut teori kinetik, molekul gas sentiasa bergerak dan berlanggar pada dinding bekas, menghasilkan tekanan gas. Dua faktor mempengaruhinya. Apabila isi padu dikurangkan, molekul berlanggar lebih kerap, jadi tekanan meningkat. Apabila suhu dinaikkan, molekul bergerak lebih laju dan berlanggar lebih kuat, jadi tekanan juga meningkat. Sebab itu belon boleh pecah di tempat panas.
Tekanan atmosfera menekan semua jasad; digunakan dalam penyedut minuman, pam sedut & pembersih vakum.
Udara di sekeliling kita mengenakan tekanan atmosfera ke atas semua benda di Bumi. Kita boleh melihat kesannya: apabila air disedut keluar dari kotak minuman, tekanan di dalam berkurang, lalu tekanan atmosfera yang lebih tinggi di luar menyebabkan kotak kemik. Konsep ini digunakan dalam penyedut minuman, pam sedut, dan pembersih vakum.