Dalam tetingkap cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan pada peranti anda.
1Formula dan kaedah
Kinematik
Halaju
v = v0 + a·t
Sesaran
s = v0·t + ½·a·t²
Tanpa masa
v² = v0² + 2·a·s
Unit
1 m/s = 3.6 km/h
Kaedah
Senaraikan apa yang anda tahu: v₀, v, a, t dan s, dengan unit.
Pilih persamaan yang mengandungi tiga nilai diketahui anda dan nilai yang tidak diketahui.
Pilih satu arah positif dan berikan kuantiti yang bertentangan tanda tolak.
Selesaikan dan semak bahawa jawapan munasabah secara fizikal.
Hukum Newton
Hukum kedua
ΣF = m·a
Berat
W = m·g
Geseran kinetik
Ff = μ·N
Pada cerun
selari: m·g·sin θ, normal: m·g·cos θ
Kaedah
Lukis gambar rajah jasad bebas dengan setiap daya pada jasad.
Pilih arah positif sepanjang gerakan.
Pecahkan daya kepada komponen sepanjang dan berserenjang dengan gerakan (pada cerun: m·g·sin θ sepanjang, m·g·cos θ ke dalam cerun).
Gunakan ΣF = m·a sepanjang gerakan; geseran ialah μ·N melawan gerakan.
Gerakan peluru
Komponen
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
Kedudukan
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
Ketinggian maksimum
H = h + vy²/(2g)
Julat (tanah rata)
R = v0²·sin 2θ/g
Kaedah
Pecahkan halaju pelancaran kepada komponen: vx = v₀·cos θ dan vy = v₀·sin θ.
Gerakan mengufuk mempunyai laju malar; gerakan menegak mempunyai pecutan −g.
Cari masa penerbangan daripada gerakan menegak.
Gunakan masa itu dalam gerakan mengufuk untuk mencari julat.
Gerakan membulat
Pecutan memusat
a = v²/r = ω²·r
Daya memusat
F = m·v²/r
Laju sudut
ω = v/r = 2π/T
Selekoh rata, geseran
vmax = √(μ·g·r)
Kerja & tenaga
Tenaga kinetik
Ek = ½mv²
Tenaga keupayaan
Ep = mgh
Imbangan tenaga
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
Kerja geseran
W = μ·N·d
Kuasa
P = W/t
Momentum & perlanggaran
Momentum
p = m·v
Keabadian
Σm·v (before) = Σm·v (after)
Tak kenyal sempurna
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
Impuls
J = F·Δt = m·Δv
Kaedah
Pilih arah positif dan berikan setiap halaju tandanya.
Tulis jumlah momentum sebelum: Σm·v.
Untuk perlanggaran tak kenyal sempurna jasad-jasad bergerak bersama selepasnya; untuk perlanggaran kenyal tenaga kinetik turut terabadi.
Samakan momentum sebelum dengan momentum selepas dan selesaikan.
Spring & bandul
Jisim pada spring
T = 2π·√(m/k)
Bandul
T = 2π·√(L/g)
Frekuensi sudut
ω = √(k/m) = 2π/T
Laju dan pecutan maksimum
vmax = A·ω, amax = A·ω²
Tenaga
E = ½·k·A²
2Soalan latihan
1.KinematikSederhana
Seorang pemandu yang bergerak pada 90 km/j ternampak satu halangan. Masa tindak balasnya ialah 1.5 s, selepas itu kereta membrek dengan nyahpecutan malar 8 m/s². Cari jarak berhenti keseluruhan d dari saat dia ternampak halangan.
v₀ = 90 km/htr = 1.5 sa = −8 m/s²
d = m
2.KinematikSukar
Sebiji bola dibaling lurus ke atas pada 10 m/s dari tepi bumbung 5 m di atas tanah. Abaikan rintangan udara dan gunakan g = 9.81 m/s². Cari ketinggian terbesar hmax di atas tanah.
v₀ = 10 m/sh₀ = 5 mg = 9.81 m/s²
hmax = m
3.Hukum NewtonSederhana
Sebuah bongkah 13 kg menggelongsor menuruni cerun pada 20° kepada ufuk. Pekali geseran kinetik ialah 0.25. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari pecutan a bongkah sepanjang cerun.
m = 13 kgθ = 20°μ = 0.25g = 9.81 m/s²
a = m/s²
4.Hukum NewtonSukar
Sebuah bongkah 7 kg pada tanjakan 40° disambung dengan tali ringan melalui takal tanpa geseran di puncak tanjakan kepada jisim 8.5 kg yang tergantung. Jisim yang tergantung bergerak ke bawah. Pekali geseran kinetik antara bongkah dengan tanjakan ialah 0.2. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari pecutan a sistem.
m1 = 7 kgm2 = 8.5 kgθ = 40°μ = 0.2g = 9.81 m/s²
a = m/s²
5.Gerakan peluruSederhana
Sebiji bola dilancarkan dari tanah rata pada 50° di atas garis mengufuk dan mendarat 145 m jauhnya. Abaikan rintangan udara dan gunakan g = 9.81 m/s². Cari laju lancaran v0.
θ = 50°R = 145 mg = 9.81 m/s²
v0 = m/s
6.Gerakan peluruSukar
Sebiji bola dilancarkan pada 10 m/s dan 55° di atas garis mengufuk dari puncak tebing setinggi 55 m. Abaikan rintangan udara dan gunakan g = 9.81 m/s². Pada sudut α di bawah garis mengufuk berapakah ia menghentam tanah?
v₀ = 10 m/sθ = 55°h = 55 mg = 9.81 m/s²
α = °
7.Gerakan membulatSederhana
Seorang jurutera jalan raya mahu kereta melalui lengkung berjejari 200 m pada 80 km/j tanpa bergantung pada geseran. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari sudut bank θ.
r = 200 mv = 80 km/hg = 9.81 m/s²
θ = °
8.Gerakan membulatSukar
Lengkung berjejari 280 m dibankkan pada 10°, dan pekali geseran statik antara tayar dengan jalan ialah 0.25. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari laju tertinggi vmax di mana sebuah kereta boleh melalui lengkung itu tanpa tergelincir ke atas dan keluar.
r = 280 mθ = 10°μs = 0.25g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
9.Kerja & tenagaSederhana
Sebuah kereta yang bergerak pada 70 km/h di jalan rata membrek dengan kuat dan tergelincir hingga berhenti dengan roda terkunci. Pekali geseran kinetik antara tayar dengan jalan ialah 0.5. Cari jarak berhenti d.
v = 70 km/hμ = 0.5g = 9.81 m/s²
d = m
10.Kerja & tenagaSukar
Sebuah bongkah 3 kg terletak di atas meja mengufuk kasar (μ = 0.15). Seutas tali ringan melalui takal licin di tepi meja ke bongkah 3 kg yang tergantung. Sistem itu dilepaskan dari keadaan pegun. Cari laju v bongkah-bongkah itu selepas bongkah yang tergantung jatuh 2 m.
m1 = 3 kgm2 = 3 kgμ = 0.15d = 2 mg = 9.81 m/s²
v = m/s
11.Momentum & perlanggaranSederhana
Sebutir peluru 5 g ditembak secara mengufuk ke dalam bongkah kayu 2.5 kg yang tergantung pada tali ringan, dan kekal di dalamnya. Bongkah itu terayun ke atas sehingga 9 cm lebih tinggi daripada permulaan. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari laju v peluru sebelum hentaman.
m = 5 gM = 2.5 kgh = 9 cmg = 9.81 m/s²
v = m/s
12.Momentum & perlanggaranSukar
Sebutir peluru 5 g ditembak secara mengufuk ke dalam bongkah 1.5 kg yang tergantung pada tali ringan sepanjang 0.8 m, dan kekal di dalamnya. Tali terayun ke sudut terbesar 35° dari garis menegak. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari laju v peluru sebelum hentaman.
m = 5 gM = 1.5 kgL = 0.8 mθ = 35°g = 9.81 m/s²
v = m/s
13.Spring & bandulSederhana
Jisim 2.3 kg pada spring dengan k = 150 N/m ditarik 5 cm dalam arah positif dan dilepaskan dari keadaan pegun pada t = 0. Cari sesarannya x dari keseimbangan pada t = 0.45 s (dengan tanda).
m = 2.3 kgk = 150 N/mA = 5 cmt = 0.45 s
x = cm
14.Spring & bandulSukar
Jisim 2 kg pada spring dengan k = 210 N/m ditarik 11 cm dari keseimbangan dan dilepaskan. Cari laju maksimumnya vmax.
m = 2 kgk = 210 N/mA = 11 cm
vmax = m/s
3Larutan
1.Kinematik
Jawapan: d = 76.56 m
Motion with constant acceleration: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² and v² = v₀² + 2·a·s. Pick the equation that contains the three things you know and the one you want, and keep the signs consistent with one positive direction.
Unit
v₀ = 90/3.6 = 25 m/s
Jarak tindak balas
d1 = v₀·tr = 25·1.5 = 37.5 m
Jarak membrek
d2 = v₀²/(2a) = 25²/(2·8) = 39.06 m
Jumlah
d = 37.5 + 39.06 = 76.56 m
Jawapan
d = 76.56 m
2.Kinematik
Jawapan: hmax = 10.1 m
Gerakan dengan pecutan malar: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² dan v² = v₀² + 2·a·s. Pilih persamaan yang mengandungi tiga perkara yang anda tahu dan satu yang anda mahu, dan pastikan tanda konsisten dengan satu arah positif.
Kenaikan di atas bumbung
0 = v₀² − 2·g·Δh → Δh = 10²/(2·9.81) = 5.097 m
Ketinggian di atas tanah
hmax = 5 + 5.097 = 10.1 m
Jawapan
hmax = 10.1 m
3.Hukum Newton
Jawapan: a = 1.051 m/s²
Hukum kedua Newton: daya bersih pada sesuatu jasad sama dengan jisimnya darab pecutannya, ΣF = m·a. Lukis gambar rajah jasad bebas, pilih arah positif sepanjang gerakan, dan tambah setiap daya dalam arah itu: daya yang dikenakan, geseran μ·N melawan gerakan, dan komponen graviti.
Newton’s second law: the net force on a body equals its mass times its acceleration, ΣF = m·a. Draw a free-body diagram, choose a positive direction along the motion, and add every force in that direction: applied forces, friction μ·N against the motion, and the components of gravity.
Daya sepanjang tali
m₂·g = 83.39 N
m₁·g·sin θ = 44.14 N
μ·m₁·g·cos θ = 10.52 N
Pecutan sistem
a = (83.39 − 44.14 − 10.52)/15.5 = 1.853 m/s²
Jawapan
a = 1.853 m/s²
5.Gerakan peluru
Jawapan: v0 = 38.01 m/s
Projectile motion: with no air resistance, x = vxt and y = h + vyt − ½gt². The two directions are independent except that they share the same time.
Selesaikan formula julat untuk v₀
v₀ = √(g·R/sin 2θ) = √(9.81·145/sin 100°) = 38.01 m/s
Jawapan
v0 = 38.01 m/s
6.Gerakan peluru
Jawapan: α = 80.38 °
Projectile motion: with no air resistance, x = vxt and y = h + vyt − ½gt². The two directions are independent except that they share the same time.
Pecahkan halaju pelancaran
vx = 10·cos 55° = 5.736 m/s
vy0 = 10·sin 55° = 8.192 m/s
Laju menegak pada hentaman
Tenaga atau v² = v₀² + 2as dalam arah menegak.
vy = √(8.192² + 2·9.81·55) = 33.86 m/s
Sudut hentaman
tan α = vy/vx = 33.86/5.736 → α = 80.38°
Jawapan
α = 80.38°
7.Gerakan membulat
Jawapan: θ = 14.13 °
Uniform circular motion: an object moving at speed v on a circle of radius r accelerates towards the centre with a = v²/r, so it needs a net inward force F = m·v²/r. That force is supplied by something real: friction, tension, gravity or a normal force.
Unit
v = 80/3.6 = 22.22 m/s
Sudut bank
tan θ = v²/(r·g) = 22.22²/(200·9.81) = 0.2517
θ = 14.13°
Jawapan
θ = 14.13°
8.Gerakan membulat
Jawapan: vmax = 35 m/s
Uniform circular motion: an object moving at speed v on a circle of radius r accelerates towards the centre with a = v²/r, so it needs a net inward force F = m·v²/r. That force is supplied by something real: friction, tension, gravity or a normal force.
Keseimbangan daya
Geseran menghala ke bawah cerun.
N·(sin θ + μ·cos θ) = m·v²/r
N·(cos θ − μ·sin θ) = m·g
Laju
v = √(280·9.81·0.4199/0.9414) = 35 m/s
Jawapan
vmax = 35 m/s
(126 km/h)
9.Kerja & tenaga
Jawapan: d = 38.54 m
Prinsip kerja–tenaga: perubahan tenaga kinetik sama dengan kerja yang dilakukan oleh semua daya. Menulis graviti dan spring sebagai tenaga keupayaan (mgh dan ½kx²) menjadikan ini satu imbangan: tenaga awal = tenaga akhir + tenaga yang hilang akibat geseran (μN·d).
Laju dalam unit asas
v = 70/3.6 = 19.44 m/s
Imbangan tenaga
½mv² = μmg·d → d = v²/(2μg) = 19.44²/(2·0.5·9.81) = 38.54 m
Jawapan
d = 38.54 m
Menggandakan laju menjadikan jarak berhenti empat kali lebih panjang.
10.Kerja & tenaga
Jawapan: v = 4.084 m/s
Prinsip kerja–tenaga: perubahan tenaga kinetik sama dengan kerja yang dilakukan oleh semua daya. Menulis graviti dan spring sebagai tenaga keupayaan (mgh dan ½kx²) menjadikan ini satu imbangan: tenaga awal = tenaga akhir + tenaga yang hilang akibat geseran (μN·d).
Tenaga dibebaskan dan hilang
m₂g·d = 29.43·2 = 58.86 J
μ·m₁g·d = 0.15·29.43·2 = 8.829 J
Tenaga kinetik kedua-dua bongkah
½(m₁ + m₂)v² = 50.03 → v = √(2·50.03/6) = 4.084 m/s
Jawapan
v = 4.084 m/s
11.Momentum & perlanggaran
Jawapan: v = 665.7 m/s
Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.
Ayunan selepas hentaman
V = √(2·g·h) = √(2·9.81·0.09) = 1.329 m/s
Perlanggaran
m·v = (m + M)·V → v = (0.005 + 2.5)·1.329/0.005 = 665.7 m/s
Jawapan
v = 665.7 m/s
12.Momentum & perlanggaran
Jawapan: v = 507.1 m/s
Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.
Kenaikan bongkah
h = L·(1 − cos θ) = 0.8·(1 − cos 35°) = 0.1447 m
Laju selepas hentaman
V = √(2·9.81·0.1447) = 1.685 m/s
Perlanggaran
v = (m + M)·V/m = 1.505·1.685/0.005 = 507.1 m/s
Jawapan
v = 507.1 m/s
13.Spring & bandul
Jawapan: x = −4.406 cm
Simple harmonic motion: a mass m on a spring of stiffness k oscillates with angular frequency ω = √(k/m) and period T = 2π/ω = 2π·√(m/k). A simple pendulum of length L has T = 2π·√(L/g). With amplitude A, the largest speed is A·ω, the largest acceleration A·ω² and the energy ½·k·A².
Frekuensi sudut
ω = √(150/2.3) = 8.076 rad/s
ω·t = 8.076·0.45 = 3.634 rad
Sesaran
x = A·cos(ω·t) = 5·cos(3.634) = −4.406 cm
Jawapan
x = −4.406 cm
14.Spring & bandul
Jawapan: vmax = 1.127 m/s
Gerakan harmonik ringkas: jisim m pada spring berkekakuan k berayun dengan frekuensi sudut ω = √(k/m) dan tempoh T = 2π/ω = 2π·√(m/k). Bandul ringkas sepanjang L mempunyai T = 2π·√(L/g). Dengan amplitud A, laju terbesar ialah A·ω, pecutan terbesar A·ω² dan tenaga ½·k·A².