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
Sebuah kapal terbang bermula dari keadaan pegun dan memecut secara seragam pada 3.75 m/s² di sepanjang landasan. Cari lajunya v selepas 1700 m.
v₀ = 0a = 3.75 m/s²s = 1700 m
v = m/s
2.KinematikSukar
Sebuah roket model dilancarkan lurus ke atas dari keadaan pegun. Enjinnya memberikan pecutan ke atas malar 22 m/s² selama 2.5 s, selepas itu enjin berhenti dan roket bergerak bebas. Abaikan rintangan udara dan gunakan g = 9.81 m/s². Berapa lama selepas pelancaran ia menghentam tanah? Cari t.
a = 22 m/s²t1 = 2.5 sg = 9.81 m/s²
t = s
3.Hukum NewtonSederhana
Sebuah bongkah 15 kg menggelongsor menuruni cerun pada 25° kepada ufuk. Pekali geseran kinetik ialah 0.15. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari pecutan a bongkah sepanjang cerun.
m = 15 kgθ = 25°μ = 0.15g = 9.81 m/s²
a = m/s²
4.Hukum NewtonSukar
Sebuah bongkah 6.5 kg di atas meja mengufuk disambung dengan tali ringan melalui takal tanpa geseran kepada jisim 5 kg yang tergantung. Pekali geseran kinetik antara bongkah dan meja ialah 0.2. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari pecutan a sistem.
m1 = 6.5 kgm2 = 5 kgμ = 0.2g = 9.81 m/s²
a = m/s²
5.Gerakan peluruSederhana
Sebiji bola dilancarkan dari tanah rata pada 22 m/s dan mesti mendarat 20 m jauhnya. Abaikan rintangan udara dan gunakan g = 9.81 m/s². Cari sudut lancaran θ yang lebih kecil daripada dua kemungkinan.
v₀ = 22 m/sR = 20 mg = 9.81 m/s²
θ = °
6.Gerakan peluruSukar
Sebiji bola dilancarkan pada 10 m/s dan 25° di atas garis mengufuk dari puncak tebing setinggi 55 m. Abaikan rintangan udara dan gunakan g = 9.81 m/s². Cari laju v bola menghentam tanah.
v₀ = 10 m/sθ = 25°h = 55 mg = 9.81 m/s²
v = m/s
7.Gerakan membulatSederhana
Sebiji bola kecil pada tali sepanjang 1.3 m bergerak dalam bulatan mengufuk supaya tali membuat sudut malar 40° dengan garis menegak (bandul kon). Gunakan g = 9.81 m/s². Cari laju v bola itu.
L = 1.3 mθ = 40°g = 9.81 m/s²
v = m/s
8.Gerakan membulatSukar
Sebiji bola pada tali sepanjang 0.8 m dipusing dalam bulatan menegak. Gunakan g = 9.81 m/s². Apakah laju terkecil vmin di atas supaya tali hanya tetap tegang?
r = 0.8 mg = 9.81 m/s²
vmin = m/s
9.Kerja & tenagaSederhana
Sebuah bongkah 2.5 kg menggelongsor 12 m menuruni cerun pada 25° kepada ufuk, dengan pekali geseran kinetik 0.3. Cari kerja Wf yang dilakukan melawan geseran.
m = 2.5 kgθ = 25°μ = 0.3d = 12 mg = 9.81 m/s²
Wf = J
10.Kerja & tenagaSukar
Sebuah bongkah 2 kg bermula dari keadaan pegun di dasar cerun 35° dan ditarik ke atas cerun oleh daya malar 20 N selari dengan cerun. Pekali geseran kinetik ialah 0.3. Cari laju v bongkah selepas bergerak 7 m ke atas cerun.
Sebutir peluru berjisim 8 kg yang bergerak secara mengufuk pada 27 m/s meletup menjadi dua serpihan yang bergerak di sepanjang garis yang sama. Serpihan 4 kg meneruskan perjalanan ke hadapan pada 35 m/s. Cari halaju v′2 serpihan 4 kg (positif dalam arah asal).
M = 8 kgu = 27 m/sm1 = 4 kgv′1 = 35 m/sm2 = 4 kg
v′2 = m/s
12.Momentum & perlanggaranSukar
Di sebuah persimpangan, kereta 1200 kg yang bergerak ke timur pada 22 m/s berlanggar dengan kereta 2000 kg yang bergerak ke utara pada 22 m/s. Kedua-dua kereta terkunci bersama. Cari arah θ bangkai kenderaan sejurus selepas perlanggaran, diukur ke utara dari timur.
m1 = 1200 kgv1 = 22 m/s (E)m2 = 2000 kgv2 = 22 m/s (N)
θ = °
13.Spring & bandulSederhana
Berapa panjangkah bandul ringkas mesti supaya mempunyai tempoh 3 s? Gunakan g = 9.81 m/s². Cari L.
T = 3 sg = 9.81 m/s²
L = m
14.Spring & bandulSukar
Jisim 1.6 kg pada spring dengan k = 320 N/m ditarik 18 cm dari keseimbangan dan dilepaskan. Cari jumlah tenaga E ayunan itu.
m = 1.6 kgk = 320 N/mA = 18 cm
E = J
3Larutan
1.Kinematik
Jawapan: v = 112.9 m/s
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.
Laju selepas jarak itu
v = √(2·a·s) = √(2·3.75·1700) = 112.9 m/s
Jawapan
v = 112.9 m/s
(406.5 km/h)
2.Kinematik
Jawapan: t = 14.85 s
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.
Fasa berkuasa
v₁ = 22·2.5 = 55 m/s
h₁ = ½·22·2.5² = 68.75 m
Penerbangan bebas ke tanah
Selesaikan −h₁ = v₁·t₂ − ½·g·t₂² untuk punca positif.
t₂ = (55 + √(55² + 2·9.81·68.75))/9.81 = 12.35 s
t = 2.5 + 12.35 = 14.85 s
Jawapan
t = 14.85 s
3.Hukum Newton
Jawapan: a = 2.812 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.
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.
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.
Formula julat
R = v₀²·sin 2θ/g → sin 2θ = 9.81·20/22² = 0.4054
Sudut
2θ = 23.91° → θ = 11.96°
Jawapan
θ = 11.96°
Penyelesaian yang satu lagi ialah 90° − θ = 78.04°.
6.Gerakan peluru
Jawapan: v = 34.34 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.
Pecahkan halaju pelancaran
vx = 10·cos 25° = 9.063 m/s
vy0 = 10·sin 25° = 4.226 m/s
Laju menegak pada hentaman
Tenaga atau v² = v₀² + 2as dalam arah menegak.
vy = √(4.226² + 2·9.81·55) = 33.12 m/s
Laju hentaman
v = √(9.063² + 33.12²) = 34.34 m/s
Jawapan
v = 34.34 m/s
Semak dengan tenaga: v² = v₀² + 2gh.
7.Gerakan membulat
Jawapan: v = 2.623 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.
Jejari bulatan
r = L·sin θ = 1.3·sin 40° = 0.8356 m
Laju
Tegangan dan graviti bersama-sama memberikan daya ke dalam: tan θ = v²/(r·g).
v = √(r·g·tan θ) = √(0.8356·9.81·tan 40°) = 2.623 m/s
Jawapan
v = 2.623 m/s
8.Gerakan membulat
Jawapan: vmin = 2.801 m/s
Gerakan membulat seragam: objek yang bergerak pada laju v pada bulatan berjejari r memecut ke arah pusat dengan a = v²/r, jadi ia memerlukan daya bersih ke dalam F = m·v²/r. Daya itu dibekalkan oleh sesuatu yang nyata: geseran, tegangan, graviti atau daya normal.
Tegangan sifar di atas
m·g = m·v²/r → v = √(g·r) = √(9.81·0.8) = 2.801 m/s
Jawapan
vmin = 2.801 m/s
9.Kerja & tenaga
Jawapan: Wf = 80.02 J
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).
Daya geseran
N = mg·cos θ = 24.53·0.9063 = 22.23 N
F = μN = 0.3·22.23 = 6.668 N
Kerja melawan geseran
Wf = F·d = 6.668·12 = 80.02 J
Jawapan
Wf = 80.02 J
10.Kerja & tenaga
Jawapan: v = 5.242 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).
Daya sepanjang cerun
m·g = 2·9.81 = 19.62 N
mg·sin θ = 11.25 N
μ·mg·cos θ = 4.822 N
Kerja–tenaga
½mv² = (20 − 16.08)·7 = 27.47 J
v = √(2·27.47/2) = 5.242 m/s
Jawapan
v = 5.242 m/s
11.Momentum & perlanggaran
Jawapan: v′2 = 19 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.
Momentum sebelum
p = M·u = 8·27 = 216 kg·m/s
Momentum selepas
216 = 4·35 + 4·v′2
v′2 = (216 − 140)/4 = 19 m/s
Jawapan
v′2 = 19 m/s
12.Momentum & perlanggaran
Jawapan: θ = 59.04 °
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.
Komponen momentum
px = 1200·22 = 26400 kg·m/s
py = 2000·22 = 44000 kg·m/s
Arah
tan θ = py/px = 1.667 → θ = 59.04°
Jawapan
θ = 59.04°
13.Spring & bandul
Jawapan: L = 2.236 m
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.
Selesaikan untuk panjang
L = g·(T/2π)² = 9.81·(3/2π)² = 2.236 m
Jawapan
L = 2.236 m
14.Spring & bandul
Jawapan: E = 5.184 J
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.