Praktis Sumatif 2 (Soalan 4 – 6) – Fizik Tingkatan 5 (KSSM) Bab 2 (Tekanan)

Soalan 4:
Rajah 2 menunjukkan sebatang tiub-U yang mengandungi merkuri.


(a) Apakah tekanan yang bertindak ke atas titik X dan titik Y pada permukaan merkuri itu?

(b) Dengan membandingkan tekanan di titik X dan titik Z, terangkan mengapa ketinggian turus merkuri, h merupakan pengukur tekanan atmosfera.

(c) Tentukan tekanan atmosfera dalam unit Pa.

[Ketumpatan merkuri, ρ = 13 600 kg m^–3 dan pecutan graviti = 9.81 m s^–2]


Jawapan:
(a)
Tekanan di titik X = tekanan atmosfera
Tekanan di titik Y = 0

(b)
Titik X terdedah kepada atmosfera, maka tekanan di titik X = tekanan atmosfera

Tekanan di titik Z = tekanan disebabkan oleh turus merkuri + tekanan vakum (= 0)

Tekanan di X = Tekanan di Z (kerana titik X dan titik Z berada pada aras yang sama)

Tekanan atmosfera = tekanan disebabkan oleh turus merkuri (Iaitu h mmHg)

Maka, ketinggian turus merkuri, h merupakan pengukur tekanan atmosfera.


(c)
Tekanan atmosfera = 756 mm Hg = 0.756 m Hg

Tekanan atmosfera
= hρg
= 0.756 × 13 600 × 9.81
= 100 862 Pa

Soalan 5:
Sebuah manometer merkuri disambung kepada suatu silinder gas. Tekanan gas dalam silinder itu dan tekanan atmosfera masing-masing ialah 180 kPa dan 103 kPa.

Lakarkan gambar rajah manometer yang tersambung kepada silinder gas itu. Tentukan ketinggian turus merkuri dalam lakaran anda.

[Ketumpatan merkuri, ρ = 13 600 kg m^–3 dan pecutan graviti, g = 9.81 m s^–2]

Jawapan:



Tekanan di X = Tekanan atmosfera (P_atm)

Tekanan di Y = Tekanan atmosfera + Tekanan turus merkuri (hρg)

Tekanan di Z = Tekanan di Y
 = P_atm + hρg

Tekanan gas termampat (P_gas) = tekanan di Z
P_gas  = P_atm + hρg
180000 = 103000 + h(13600)(9.81)
h = 0.577m
=57.7cm

Soalan 6:
Dalam suatu sistem brek hidraulik, seorang pemandu kenderaan mengenakan daya 80 N ke atas pedal brek. Daya ini digandakan oleh satu sistem tuas mekanikal kepada daya input 400 N ke atas cecair hidraulik dalam silinder induk. Diameter silinder induk dan diameter silinder hamba di roda ialah 0.8 cm dan 2.5 cm masing-masing.

(a) Hitungkan tekanan pada cecair hidraulik dalam silinder induk.

(b) Nyatakan prinsip yang membolehkan tekanan dihantar dari silinder induk ke silinder hamba.

(c) Berapakah daya membrek yang dihasilkan di silinder hamba untuk menghentikan putaran roda?


Jawapan:
(a)
$$\begin{aligned} & F_1=400 \mathrm{~N} \\ & d_1=0.8 \mathrm{~cm} \\ & d_2=2.5 \mathrm{~cm} \\ & P=? \end{aligned}$$
$$\begin{aligned} & P_1=\frac{F_1}{A_1} \\ & A_1=\pi\left(\frac{d_1}{2}\right)^2 \\ & =\frac{\pi \times 0.8^2}{4} \\ & =0.50 \mathrm{~cm}^2 \end{aligned}$$
$$\begin{aligned} P_1 & =\frac{F_1}{A_1} \\ P_1 & =\frac{400}{0.50} \\ & =800 \mathrm{Ncm}^{-2} \end{aligned}$$


(b) Prinsip Pascal

(c)
$$\begin{aligned} &\begin{aligned} & P_1=800 \mathrm{Ncm}^{-2} \\ & P_2=P_1=800 \mathrm{Ncm}^{-2} \end{aligned}\\ &\text { Luas keratan rentas silinder hamba }\\ &\begin{aligned} & =\frac{\pi \times 2.5^2}{4} \\ & =4.91 \mathrm{~cm}^2 \end{aligned} \end{aligned}$$
$$\begin{aligned} &\text { Daya membrek , }\\ &\begin{aligned} F_2 & =P_2 A_2 \\ & =800 \times 4.91 \\ & =3928 \mathrm{~N} \end{aligned} \end{aligned}$$