Thursday, 13 January 2011

nota sains kejuruteraan 1 (asas fizik)

           ASAS FIZIK
                                            
Pengenalan Fizik

·         Kuantiti Asas
                 
·         Unit SI

·         Dimensi

TAJUK   :       PENGENALAN FIZIK
               
TUJUAN:
                       Kertas penerangan ini adalah bertujuan untuk menerangkan asas fizik supaya dapat memahami kuantiti Asas fizik, unit SI dan Dimensi.

PENERANGAN:

                    1.0  PENGENALAN
1.     Fizik ialah cabang sains yang mengkaji kejadian-kejadian dan fenomena-fenomena di alam sekeliling

2.     Untuk memudahkan kajian, ilmu fizik telah dikategorikan kepada beberapa bidang seperti ;

a.
Ukuran
Kajian alat-alat pengukuran
b.
Mekanik
Kajian gerakan
c.
Gelombang
Kajian bunyi, penghantaran maklumat dan telekomunikasi
d.
Optik
Kajian cahaya
e.
Nuklear
Kajian tindak balas dalam nukleas atom
f.
Elektrik & Elektromagnetan
Kajian penggunaan elektrik dan magnet
g.
Elektronik
Kajian cip-cip elektronik dan sistem komputer

3.     Bidang fizik telah banyak menyumbang ke arah kemajuan dan mengubah dunia kita

4.     Antara teknologi fizik telah diaplikasikan termasuk pengangkutan, sistem komunikasi, internet, industri perubatan, pertanian, penerokaan angkasa lepas dan sebagainya.

5.     Daripada hukum fizik yang diterbitkan ahli fizik, pelbagai alat dapat dicipta seperti termometer gas, motor, telefon, laser dan banyak lagi.

6.     Melalui kajian fizik juga pelbagai kerjaya yang berorentasikan sains dan teknologi telah terbuka luas seperti bidang kejuruteraan, penyelidikan, pendidikan, perindustrian, perubatan dan sebagainya.


2.0  KUANTITI FIZIK


1.         Kuantiti fizik ialah kuantiti yang boleh diukur. Contohnya laju, panjang, jisim, momentum, suhu, arus elektrik dan sebagainya
2.         Kuantiti Bukan Fizik ialah sesuatu yang tidak boleh diukur. Contoh kecantikan, kesetiaan, perasaan dan sebagainya.
3.         Setiap kuantiti fizik mesti terdiri daripada Nilai Berangka (Magnitud) dan Unit.
4.         Kuantiti fizik terbahagi pula kepada 2 iaitu Kuantiti Asas dan Kuantiti Terbitan.


2.1 KUANTITI ASAS

1.         Takrif kuantiti asas ialah kuantiti fizik yang tidak dapat ditakrifkan dengan sebutan  kuantiti fizik yang lain.
2.         Unit ukuran bagi kuantiti asas dinamakan sebagai unit asas
3.         Jadual 1.1 menununjukkan kuantiti asas, simbol dan unitnya ;

BIL
KUANTITI ASAS
SIMBOL UNIT ASAS
UNIT ASAS
(Unit S.I)
SIMBOL           UNIT SI
1.
Panjang
l
Meter
m
2.
Jisim
m
Kilogram
kg
3.
Masa
t
Saat
s
4.
Suhu
T
Kelvin
K
5.
Arus Elektrik
I
Ampere
A

Jadual 1.1

4.  Kuantiti Terbitan diterbitkan dengan menggunakan gabungan unit-unit kuantiti asas secara pendaraban, pembahagian atau kedua-duanya. Berikut beberapa unit terbitan yang ditunjukkan dalam jadual 1.2

BIL
KUANTITI TERBITAN
RUMUS
SIMBOL UNIT
UNIT
(Nama Khas)
UNIT-UNIT ASAS
1.
Daya
Jisim x pecutan
N
Newton
Kg m s-2
2.
Tenaga
Daya x Sesaran
J
Joule
Kg m2 s-2
3.
Cas Elektrik
Arus x Masa
C
Coulomb
A s
4.
Kuasa
Kerja / Masa
W
Watt
Kg m2 s-3
5.
Halaju (v)
Jarak / masa
-
-
m s-1
6.
Momentum
Jisim x Halaju
-
-
Kg m s-1

Jadual 1.2

  1. Perbezaan Kuantiti Asas dan Kuantiti Terbitan

Kuantiti Asas
Kuantiti Terbitan
Tidak boleh ditakrif oleh kuantiti asas yang lain
Diungkapkan daripada kuantiti2 asas secara pendaraban/pembahagian/kedua-duanya

Unit kuantiti asas dinamai unit asas
Unit kuantiti terbitan dinamai unit terbitan

Unit hanya terdiri daripada unit2 asas sahaja
Unit bukan sahaja terdiri daripada unit asas tetapi unit2 yang kompleks dengan nama khas

                                                                            Jadual 1.3



3.0 (UNIT SI) SISTEM UNIT ANTARABANGSA

  1. Manusia telah melakukan aktiviti pengukuran sejak zaman purba lagi.
  2. Kawasan yang berlainan menggunakan sistem pengukuran berlainan
  3. Contoh pengukuran panjang, orang Asia Tenggara menggunakan jengkal dan depa. Orang British menggunakan kaki, orang Cina menggunakan inci.
  4. Sistem pengukuran yang berbeza menimbulkan pelbagai kerumitan apabila terdapat perbezaan pendapat antara ahli sains dari pelbagai negara.
  5. Satu Sistem unit Antarabangsa (S.I) iaitu Le Systeme International d’Unites telah dipersetujui oleh semua negara untuk menggunakan unit-unit asas seperti kg, m, s, K dan A serta beberapa unit terbitan seperti N, J, W dan N s.

            Kelebihan penyelarasan unit ialah ;

  1. Untuk memudahkan urusan perdagangan dan perindustrian import-eksport di antara negara
  2. Membolehkan pertukaran dan pemindahan teknologi. Contoh teknologi dalam industri berat di Jepun dan Jerman boleh digunakan di Malaysia
  3. Membolehkan pertukaran data dan maklumat sains antara badan-badan penyelidik. Contoh pertukaran formula atau ramuan sesuatu jenis ubat yang komposisi kandunganya dalam unit tertentu
  4. Kerja atau penyiasatan saintifik seseorang ahli sains dapat dikongsi oleh ahli-ahli sains yang lain
  5. Memudahkan komunikasi antarabangsa seperti ketinggian kapal terbang di langit, pergerakan ombak dan angin, telekomunikasi telefon bimbit dan gelombang radio

4.0  BENTUK PIAWAI

  1. Nilai berangka sangat besar ditulis dalam bentuk piawai A X 10n dimana 1< A < 10 dan n ialah intiger positif atau negatif
  2. Penggunaan bentuk piawai adalah untuk mewakili data supaya kelihatan kemas, ringkas dan mudah dibuat perbandingan
  3. Magnitud kuantiti fizik biasanya dibundarkan kepada 3 atau 4 angka bererti
  4. Contoh tinggi gunung = 8,848 m dalam bentuk piawai 8.848 X 103 m. (A=8.848, n=3)

4.1   IMBUHAN

  1. Imbuhan digunakan untuk mewakili kuantiti fizik sangat besar atau sangat kecil.
  2. Jadual 1.4 menunjukkan senarai imbuhan dan faktor pendaraban masing-masing.
  3. contoh 1,000 m boleh dinyatakan sebagai 1 km. 1 cm dapat dinyatakan sebagai 0.01 m atau dalam bentuk piawai 1 X 10-2 m.

Imbuhan
Simbol
Nilai
Bentuk Piawai
Contoh

Tera
T
1 000 000 000 000
1012
1 Tm = 1 x 1012m
Giga
G
1 000 000 000
109
2.2 GW = 2.2 x 109W
Mega
M
1 000 000
106
1.6 MJ = 1.6 x 106J
Kilo
K
1 000
103
5 kg = 5 x 103g
Hekto
h
100
102
4 hg = 4 x 102g
Deka
da
10
101
3 dag = 3 x 10g
Desi
D
0.1
10-1
2 dm = 2 x 10-1m
Senti
C
0.01
10-2
100cm = 1 x 10-2m
Mili
m
0.001
10-3
3.2 mg = 3.2 x 10-3g
Mikro
µ
0.000 001
10-6
7 µm = 7 x 10-6m
Nano
n
0.000 000 001
10-9
8 nm = 8 x 10-9m
Piko
p
0.000 000 000 001
10-12
2 pm = 2 x 10-12m


Jadual 1.4
              4.2  PERTUKARAN UNIT

              Apabila imbuhan ditukar kepada unit asas, faktor pendaraban setara digunakan.

Contoh 1 ;
Pertukaran imbuhan kepada unit asas, nyatakan jawapan dalam bentuk piawai
a).  0.07 cm tukar kepada unit (m)                     
b).  0.43 ns tukar kepada unit (s)



 


 
Penyelesaian ;             










 


a).  0.07 cm = 7 X 10-2  cm                                 b).  0.43 ns = 4.3 X 10-1 ns
         = 7 X 10-2  X 10-2 m                                          = 4.3 X 10-1 X 10-9 s
                                             = 7 X 10-2 X 10-2 m                                           = 4.3 X 10-10 s

                                             = 7 X 10-4 m

Contoh 2 ;
Pertukaran unit asas kepada imbuhan, nyatakan jawapan dalam bentuk piawai
(a) 4350 m dalam unit kilometer (km) dan
(b) 79 A dalam unit TA.





(a)   4350 m = 4350 ÷ 103 km
   = 4350 X 10-3 km
                     = 4.35 km


(b)    79 A = 79 ÷ 1012 TA
 = 7.9 X 10 X 10-12 TA
 = 7.9 X 10-11 TA


        DIMENSI

1.          Dimensi bagi suatu kuantiti fizik ialah cara kuantiti itu dikaitkan dengan kuantiti asas seperti jisim (M), panjang (L), masa (T), arus Elketrik (A), suhu (θ) dan kuantiti Jirim (N). Dimensi merupakan suatu ciri yang intrinsik (tulin) bagi satu kuantiti fizik,
2.          Jadual 1.5 menunjukkan Simbol kuantiti [  ] yang digunakan dalam DIMENSI ;

BIL
KUANTITI ASAS
SIMBOL KUANTITI
1.
Panjang
[L]
2.
Jisim
[M]
3.
Masa
[T]
4.
Arus Elektrik
[I]
5.
Suhu
[θ]
6.
Kuantiti Jirim
[N]
                                                Jadual 1.5

3.          Berikut ialah beberapa contoh dimensi ;

BIL
KUANTITI TERBITAN
RUMUS
RUMUS (DIMENSI)
DIMENSI
1.
Luas
Panjang X Lebar
[L] X [L]
[L]2
2.
Isipadu
Panjang X Lebar X Tinggi
[L] X [L] x [L]
[L]3
3.
Halaju
Sesaran
Masa
[L]
[T]
[L] [T]-1
4.
Pecutan
Perubahan Halaju
Masa
              [L]   .
[T] [T]
[L] [T]-2
5.
Daya
Iisim X Pecutan
[M] X [L]
 [T]
[M] [L] [T] -2
Jadual 1.6

Analisa dimensi :

          Contoh 1 :
         
                         Dimensi isipadu :                
                         
                          V = Panjang X Lebar X Tinggi
                             = (L) (L) (L)
                             = L3           ,(m3)


         Contoh 2 :
                            
                            Dimensi Isipadu silinder berjejari r,
                              
                              V = pr2l :
                              V = (p) ( r2) ( l )                       p  tidak berdimensi
                                 = p ( L2) (L)1
                                 = L3                    ,(m3)

           Contoh 3 :
         
                             Dimensi halaju :  v = Sesaran/ Masa              
                         
                             v = l/ t
                                = (L) / (T)
                                = (L) (T) -1
                                = L T -1               ,(m s-1)

          Contoh 4 :
                             
                              Dimensi Pecutan ;  a = Perubahan halaju/ Masa
                              
                              a = v/ t
                                 = [(L) (T) -1]/ (T)
                                 = (L) (T) -1 (T) -1
                                 = L T -2              ,(m s -2)

           Contoh 5 :

                              Dimensi Daya,   F = Jisim X Pecutan                        { kgms-2 = Newton }

                               F = m a
                                  = (M) (L) (T) -2
                                  = M L T-2 (kgms-2)
                                  = M L T-2         ,(N)