Sains Kejuteraan 1 [Asas Fizik]

Sains Kejuteraan 1 [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

5. 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’Unitestelah dipersetujui oleh semua negara untuk menggunakan unit-unit asas sepertikg, 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)