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 kereta yang bergerak pada 45 km/j membrek dengan nyahpecutan malar 6 m/s² sehingga berhenti. Cari jarak membrek s.
v₀ = 45 km/ha = −6 m/s²v = 0
s = m
2.KinematikSukar
Sebiji bola dibaling lurus ke atas pada 7 m/s dari tepi bumbung 5 m di atas tanah. Abaikan rintangan udara dan gunakan g = 9.81 m/s². Berapa lama selepas balingan ia menyentuh tanah? Cari t.
v₀ = 7 m/sh₀ = 5 mg = 9.81 m/s²
t = s
3.Hukum NewtonSederhana
Sebuah kotak menggelongsor di atas lantai rata dengan laju awal 4 m/s dan berhenti selepas 16 m. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari pekali geseran kinetik μ.
v₀ = 4 m/sd = 16 mg = 9.81 m/s²
μ =
4.Hukum NewtonSukar
Sebuah bongkah ditolak supaya mula menggelongsor ke atas tanjakan pada 35° dengan laju 8.5 m/s. Pekali geseran kinetik ialah 0.3. Gunakan g = 9.81 m/s². Sejauh mana d sepanjang tanjakan ia menggelongsor sebelum berhenti?
v₀ = 8.5 m/sθ = 35°μ = 0.3g = 9.81 m/s²
d = m
5.Gerakan peluruSederhana
Sebiji bola ditendang dari tanah rata pada 24 m/s dan 50° di atas garis mengufuk ke arah dinding sejauh 17 m. Abaikan rintangan udara dan gunakan g = 9.81 m/s². Pada ketinggian y berapakah bola melepasi dinding?
v₀ = 24 m/sθ = 50°x = 17 mg = 9.81 m/s²
y = m
6.Gerakan peluruSukar
Sebiji bola dilancarkan pada 32 m/s dan 20° di atas garis mengufuk dari puncak tebing setinggi 50 m. Abaikan rintangan udara dan gunakan g = 9.81 m/s². Pada sudut α di bawah garis mengufuk berapakah ia menghentam tanah?
v₀ = 32 m/sθ = 20°h = 50 mg = 9.81 m/s²
α = °
7.Gerakan membulatSederhana
Lengkung berjejari 60 m dibankkan pada 18°. Pada laju v berapakah sebuah kereta boleh melaluinya tanpa memerlukan geseran langsung? Gunakan g = 9.81 m/s².
r = 60 mθ = 18°g = 9.81 m/s²
v = m/s
8.Gerakan membulatSukar
Sebuah kereta sorong kecil dilepaskan dari keadaan pegun di atas landasan tanpa geseran dan memasuki gelung menegak berjejari 2 m. Dari ketinggian minimum hmin berapa di atas dasar gelung ia mesti bermula untuk kekal di atas landasan di puncak gelung?
R = 2 mv₀ = 0
hmin = m
9.Kerja & tenagaSederhana
Sebuah bongkah 0.5 kg menggelongsor 16 m menuruni cerun pada 15° kepada ufuk, dengan pekali geseran kinetik 0.15. Cari kerja Wf yang dilakukan melawan geseran.
m = 0.5 kgθ = 15°μ = 0.15d = 16 mg = 9.81 m/s²
Wf = J
10.Kerja & tenagaSukar
Sebuah bongkah 1 kg dilepaskan dari keadaan rehat pada ketinggian 1 m di atas tanjakan licin. Di bawah, ia melintasi jalur mengufuk kasar sepanjang 2 m (μ = 0.2) dan kemudian meluncur ke atas spring (k = 2000 N/m) pada permukaan licin. Cari laju v bongkah apabila ia sampai ke spring.
m = 1 kgh = 1 mL = 2 mμ = 0.2k = 2000 N/mg = 9.81 m/s²
v = m/s
11.Momentum & perlanggaranSederhana
Sebuah peluncur 1.5 kg yang bergerak pada 5 m/s mengalami perlanggaran bersemuka kenyal sempurna dengan peluncur 3 kg yang pegun pada landasan tanpa geseran. Cari halaju v′1 peluncur pertama selepas perlanggaran (positif dalam arah asalnya).
m1 = 1.5 kgm2 = 3 kgv1 = 5 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.Momentum & perlanggaranSukar
Di sebuah persimpangan, kereta 1700 kg yang bergerak ke timur pada 8 m/s berlanggar dengan kereta 1500 kg yang bergerak ke utara pada 19 m/s. Kedua-dua kereta terkunci bersama. Cari laju v′ bangkai kenderaan sejurus selepas perlanggaran.
m1 = 1700 kgv1 = 8 m/s (E)m2 = 1500 kgv2 = 19 m/s (N)
v′ = m/s
13.Spring & bandulSederhana
Jisim 0.3 kg pada spring dengan k = 280 N/m berayun pada permukaan tanpa geseran dengan amplitud 10 cm. Cari lajunya v apabila ia berada 3 cm dari keseimbangan.
m = 0.3 kgk = 280 N/mA = 10 cmx = 3 cm
v = m/s
14.Spring & bandulSukar
Satu jasad berayun dalam gerakan harmonik ringkas dengan tempoh 3.1 s dan amplitud 9 cm. Apakah masa terpendek t yang diperlukannya untuk bergerak dari sesaran maksimumnya 9 cm ke sesaran 3.6 cm?
T = 3.1 sA = 9 cmx = 3.6 cm
t = s
3Larutan
1.Kinematik
Jawapan: s = 13.02 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.
Unit
v₀ = 45/3.6 = 12.5 m/s
Jarak membrek
0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 12.5²/(2·6) = 13.02 m
Jawapan
s = 13.02 m
2.Kinematik
Jawapan: t = 1.95 s
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.
Persamaan gerakan
Ke atas adalah positif dan tanah berada h₀ di bawah titik permulaan.
−5 = 7·t − ½·9.81·t²
4.905·t² − 7·t − 5 = 0
Selesaikan kuadratik
Hanya punca positif yang bermakna secara fizikal.
t = (7 + √(7² + 2·9.81·5))/9.81 = 1.95 s
Jawapan
t = 1.95 s
3.Hukum Newton
Jawapan: μ = 0.05097
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.
Nyahpecutan
a = v₀²/(2d) = 4²/(2·16) = 0.5 m/s²
Pekali geseran
μ·m·g = m·a → μ = a/g = 0.5/9.81 = 0.05097
Jawapan
μ = 0.05097
4.Hukum Newton
Jawapan: d = 4.495 m
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.
Nyahpecutan
Kedua-dua daya menghala ke bawah cerun; jisim saling batal.
a = 9.81·(sin 35° + 0.3·cos 35°) = 8.038 m/s²
Jarak
d = v₀²/(2a) = 8.5²/(2·8.038) = 4.495 m
Jawapan
d = 4.495 m
5.Gerakan peluru
Jawapan: y = 14.3 m
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.
Masa ke dinding
vx = 24·cos 50° = 15.43 m/s
t = x/vx = 17/15.43 = 1.102 s
Ketinggian pada masa itu
y = 18.39·1.102 − ½·9.81·1.102² = 14.3 m
Jawapan
y = 14.3 m
Bola masih naik di dinding.
6.Gerakan peluru
Jawapan: α = 47.81 °
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 = 32·cos 20° = 30.07 m/s
vy0 = 32·sin 20° = 10.94 m/s
Laju menegak pada hentaman
Tenaga atau v² = v₀² + 2as dalam arah menegak.
vy = √(10.94² + 2·9.81·50) = 33.18 m/s
Sudut hentaman
tan α = vy/vx = 33.18/30.07 → α = 47.81°
Jawapan
α = 47.81°
7.Gerakan membulat
Jawapan: v = 13.83 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.
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.
Syarat di puncak
m·g = m·v²/R → v² = g·R
Keabadian tenaga
g·h = g·2R + ½·g·R → h = 2.5·R = 2.5·2 = 5 m
Jawapan
hmin = 5 m
9.Kerja & tenaga
Jawapan: Wf = 11.37 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 = 4.905·0.9659 = 4.738 N
F = μN = 0.15·4.738 = 0.7107 N
Kerja melawan geseran
Wf = F·d = 0.7107·16 = 11.37 J
Jawapan
Wf = 11.37 J
10.Kerja & tenaga
Jawapan: v = 3.431 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 yang tinggal selepas jalur kasar
Tanjakan itu licin, jadi hanya jalur itu yang menyingkirkan tenaga.
mgh − μmgL = 9.81·(1 − 0.2·2) = 5.886 J
Laju pada spring
½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9.81·0.6) = 3.431 m/s
Jawapan
v = 3.431 m/s
11.Momentum & perlanggaran
Jawapan: v′1 = −1.667 m/s
Keabadian momentum: apabila tiada daya luar bertindak semasa perlanggaran, jumlah momentum Σm·v sebelum sama dengan jumlah selepas. Halaju mempunyai arah, jadi pilih arah positif dan berikan halaju ke arah sebaliknya tanda tolak. Dalam perlanggaran kenyal tenaga kinetik turut terabadi; dalam perlanggaran tak kenyal sempurna jasad-jasad itu melekat bersama.
Perlanggaran kenyal dengan sasaran yang pegun
Menyelesaikan keabadian momentum dan tenaga bersama memberikan kedua-dua keputusan ini.
v′1 = (1.5 − 3)/(1.5 + 3)·5 = −1.667 m/s
v′2 = 2·1.5/(1.5 + 3)·5 = 3.333 m/s
Jawapan
v′1 = −1.667 m/s
Tanda tolak bermaksud peluncur pertama melantun balik.
12.Momentum & perlanggaran
Jawapan: v′ = 9.868 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.
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 = √(280/0.3) = 30.55 rad/s
Laju pada x
v = ω·√(A² − x²) = 30.55·√(0.1² − 0.03²) = 2.914 m/s
Jawapan
v = 2.914 m/s
14.Spring & bandul
Jawapan: t = 0.572 s
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.