Latihan Formatif 3.2 – Fizik Tingkatan 4 (KSSM) Bab 3 (Kegravitian)

Soalan 1:
Nyatakan Hukum Kepler Pertama.

Jawapan:
Hukum Kepler Pertama menyatakan bahawa orbit bagi setiap planet adalah elips dengan Matahari berada di satu daripada fokusnya.

Soalan 2:
(a) Nyatakan Hukum Kepler Kedua.

(b) Rajah 3.32 menunjukkan orbit sebuah planet mengelilingi Matahari. Bandingkan laju linear planet itu di kedudukan X, Y dan Z.



Jawapan:
(a) Hukum Kepler Kedua menyatakan bahawa garis yang menyambungkan planet dengan Matahari akan mencakupi luas yang sama dalam selang masa yang sama apabila planet bergerak dalam orbitnya.

(b)

Semakin jauh planet itu dari Matahari, semakin rendah laju linearnya.

Maka, laju linear planet itu di kedudukan X, Y dan Z adalah v_Y > v_X > v_Z.

Soalan 3:
(a) Nyatakan Hukum Kepler Ketiga.

(b) Berapakah ketinggian sebuah satelit jika satelit itu dikehendaki mengorbit Bumi dengan tempoh 24 jam?
[Tempoh orbit Bulan = 27.3 hari, jejari orbit Bulan = 3.83 × 10⁸ m]

Jawapan:
(a) Hukum Kepler Ketiga menyatakan bahawa kuasa dua tempoh orbit planet adalah berkadar terus dengan kuasa tiga jejari orbitnya.


(b)
$$\begin{aligned} & \text { Jejari orbit bumi, } r_B=6.37 \times 10^6 \mathrm{~m} \\ & \text { Jejari orbit bulan, } r_1=3.83 \times 10^8 \mathrm{~m} \\ & \text { Tempoh orbit bulan, } T_1=27.3 \text { hari } \\ & \text { Tempoh orbit satelit, } T_2=1 \text { hari } \\ & \text { Jejari orbit satelit, } r_2=\left(6.37 \times 10^6\right)+h \\ & \frac{T_1^2}{T_2^2}=\frac{r_1^3}{r_2^3} \\ & \frac{27.3^2}{1^2}=\frac{\left(3.83 \times 10^8\right)^3}{\left(r_B+h\right)^3} \\ & \left(r_B+h\right)^3=\frac{\left(3.83 \times 10^8\right)^3 \times 1}{(27.3)^2} \\ & r_B+h=\sqrt[3]{\frac{\left(3.83 \times 10^8\right)^3 \times 1}{(27.3)^2}} \\ & r_B+h=4.22 \times 10^7 \mathrm{~m} \\ & h=4.22 \times 10^7 \mathrm{~m}-6.37 \times 10^6 \mathrm{~m} \\ & h=3.58 \times 10^7 \mathrm{~m} \\ & \end{aligned}$$