Soalan 9:
Sebuah belon udara panas terapung pegun di udara.
(a) Nyatakan prinsip Archimedes.
(b) Terangkan hubungan antara berat belon dengan berat udara yang disesarkan.
(c) Apabila nyalaan pembakar dipadamkan dan injap payung dibuka, belon itu mula menurun. Terangkan bagaimana tindakan ini membolehkan belon itu turun ke bumi.
Jawapan:
(a) Prinsip Archimedes menyatakan bahawa objek yang direndam sebahagian atau sepenuhnya dalam suatu bendalir mengalami daya apungan yang sama dengan berat bendalir yang disesarkan.
(b)
Belon itu pegun, iaitu daya yang bertindak ke atas belon itu berada dalam keseimbangan.
Daya paduan ke atas belon = 0
Berat belon (Daya ke bawah) = daya apungan (Daya ke atas)
Menurut prinsip Archimedes, daya apungan = berat udara yang disesarkan
Maka, berat belon = berat udara yang disesarkan.
(c)
Apabila nyalaan pembakar dipadamkan dan injap payung dibuka:
– sebahagian udara panas di dalam belon mengalir keluar melalui injap itu
– suhu udara di dalam belon berkurang
– udara sekeliling yang lebih sejuk mengalir masuk ke dalam belon
– ketumpatan udara bertambah
– berat belon bertambah.
Oleh sebab berat belon > daya apungan, terdapat satu daya paduan ke bawah.
Belon itu bergerak ke bawah sehingga tiba di darat.
Sebuah belon udara panas terapung pegun di udara.
(a) Nyatakan prinsip Archimedes.
(b) Terangkan hubungan antara berat belon dengan berat udara yang disesarkan.
(c) Apabila nyalaan pembakar dipadamkan dan injap payung dibuka, belon itu mula menurun. Terangkan bagaimana tindakan ini membolehkan belon itu turun ke bumi.
Jawapan:
(a) Prinsip Archimedes menyatakan bahawa objek yang direndam sebahagian atau sepenuhnya dalam suatu bendalir mengalami daya apungan yang sama dengan berat bendalir yang disesarkan.
(b)
Belon itu pegun, iaitu daya yang bertindak ke atas belon itu berada dalam keseimbangan.
Daya paduan ke atas belon = 0
Berat belon (Daya ke bawah) = daya apungan (Daya ke atas)
Menurut prinsip Archimedes, daya apungan = berat udara yang disesarkan
Maka, berat belon = berat udara yang disesarkan.
(c)
Apabila nyalaan pembakar dipadamkan dan injap payung dibuka:
– sebahagian udara panas di dalam belon mengalir keluar melalui injap itu
– suhu udara di dalam belon berkurang
– udara sekeliling yang lebih sejuk mengalir masuk ke dalam belon
– ketumpatan udara bertambah
– berat belon bertambah.
Oleh sebab berat belon > daya apungan, terdapat satu daya paduan ke bawah.
Belon itu bergerak ke bawah sehingga tiba di darat.
Soalan 10:
Rajah 4 dan Rajah 5 menunjukkan blok logam yang serupa berjisim 0.050 kg digantungkan pada neraca spring dan direndam ke dalam air dan minyak masak masing-masing.
(a) Bandingkan tekanan di titik A dan titik B dalam Rajah 4. Jelaskan jawapan anda.
(b) Terangkan bagaimana perbezaan tekanan di 10(a) mengenakan satu daya apungan pada blok logam itu.
(c) Hitungkan ketumpatan minyak masak jika ketumpatan air ialah 1 000 kg m–3.
[Pecutan graviti, g = 9.81 m s–2]
Jawapan:
(a)
Tekanan di titik A < tekanan di titik B
sebab A berada pada aras kedalaman yang lebih rendah daripada B.
(b) Tekanan pada permukaan bawah blok logam > tekanan pada permukaan atas blok logam
Daya pada permukaan bawah blok logam > daya pada permukaan atas blok logam
Satu daya paduan bertindak dalam arah ke atas.
Daya paduan ini ialah daya apungan
(c)
$$ \begin{aligned} \text { Berat blok logam di udara } & =m g \\ & =0.050 \times 9.81 \\ & =0.49 \mathrm{~N} \end{aligned} $$
$$ \begin{aligned} & \text { Apabila blok logam berada di dalam air: } \\ & \text { Berat blok logam dalam air }=0.20 \mathrm{~N} \\ & \begin{aligned} \text { Kehilangan berat ketara blok logam } & =0.49-0.20 \\ & =0.29 \mathrm{~N} \end{aligned} \end{aligned} $$
$$ \begin{aligned} \text { Daya apungan } & =\text { kehilangan berat ketara blok logam } \\ & =0.29 \mathrm{~N} \end{aligned} $$
$$ \begin{aligned} &\text { Daya apungan, } F_{\mathrm{B}}=\rho V g \text {, }\\ &\begin{aligned} & \rho=\text { ketumpatan air } \\ & V=\text { isi padu air yang disesarkan } \\ & \rho V g=0.29 \\ & 1000 \times V \times 9.81=0.29 \\ & V=2.96 \times 10^{-5} \mathrm{~m}^3 \end{aligned} \end{aligned} $$
$$ \begin{aligned} & \text { Apabila blok logam berada di dalam minyak: } \\ & \begin{aligned} \text { Isi padu minyak yang disesarkan } & =\text { isi padu air yang disesarkan } \\ & =2.96 \times 10^{-5} \mathrm{~m}^3 \end{aligned} \end{aligned} $$
$$ \begin{aligned} & \text { Berat blok logam dalam minyak }=0.25 \mathrm{~N} \\ & \begin{aligned} \text { Kehilangan berat ketara blok logam } & =0.49-0.25 \\ & =0.24 \mathrm{~N} \end{aligned} \end{aligned} $$
$$ \begin{aligned} \text { Daya apungan } & =\text { kehilangan ketara berat blok logam } \\ & =0.24 \mathrm{~N} \end{aligned} $$
$$ \begin{aligned} & \text { Daya apungan, } F_{\mathrm{B}}=\rho V g, \\ & \rho=\text { ketumpatan minyak } \\ & V=\text { isi padu minyak yang disesarkan } \\ & \quad \rho V g=0.24 \\ & \begin{aligned} \rho \times 2.96 \times 10^{-5} \times 9.81 & =0.24 \\ \quad \rho & =826.5 \mathrm{~kg} \mathrm{~m}^{-3} \end{aligned} \end{aligned} $$
Rajah 4 dan Rajah 5 menunjukkan blok logam yang serupa berjisim 0.050 kg digantungkan pada neraca spring dan direndam ke dalam air dan minyak masak masing-masing.
(a) Bandingkan tekanan di titik A dan titik B dalam Rajah 4. Jelaskan jawapan anda.
(b) Terangkan bagaimana perbezaan tekanan di 10(a) mengenakan satu daya apungan pada blok logam itu.
(c) Hitungkan ketumpatan minyak masak jika ketumpatan air ialah 1 000 kg m–3.
[Pecutan graviti, g = 9.81 m s–2]
Jawapan:
(a)
Tekanan di titik A < tekanan di titik B
sebab A berada pada aras kedalaman yang lebih rendah daripada B.
(b) Tekanan pada permukaan bawah blok logam > tekanan pada permukaan atas blok logam
Daya pada permukaan bawah blok logam > daya pada permukaan atas blok logam
Satu daya paduan bertindak dalam arah ke atas.
Daya paduan ini ialah daya apungan
(c)
$$ \begin{aligned} \text { Berat blok logam di udara } & =m g \\ & =0.050 \times 9.81 \\ & =0.49 \mathrm{~N} \end{aligned} $$
$$ \begin{aligned} & \text { Apabila blok logam berada di dalam air: } \\ & \text { Berat blok logam dalam air }=0.20 \mathrm{~N} \\ & \begin{aligned} \text { Kehilangan berat ketara blok logam } & =0.49-0.20 \\ & =0.29 \mathrm{~N} \end{aligned} \end{aligned} $$
$$ \begin{aligned} \text { Daya apungan } & =\text { kehilangan berat ketara blok logam } \\ & =0.29 \mathrm{~N} \end{aligned} $$
$$ \begin{aligned} &\text { Daya apungan, } F_{\mathrm{B}}=\rho V g \text {, }\\ &\begin{aligned} & \rho=\text { ketumpatan air } \\ & V=\text { isi padu air yang disesarkan } \\ & \rho V g=0.29 \\ & 1000 \times V \times 9.81=0.29 \\ & V=2.96 \times 10^{-5} \mathrm{~m}^3 \end{aligned} \end{aligned} $$
$$ \begin{aligned} & \text { Apabila blok logam berada di dalam minyak: } \\ & \begin{aligned} \text { Isi padu minyak yang disesarkan } & =\text { isi padu air yang disesarkan } \\ & =2.96 \times 10^{-5} \mathrm{~m}^3 \end{aligned} \end{aligned} $$
$$ \begin{aligned} & \text { Berat blok logam dalam minyak }=0.25 \mathrm{~N} \\ & \begin{aligned} \text { Kehilangan berat ketara blok logam } & =0.49-0.25 \\ & =0.24 \mathrm{~N} \end{aligned} \end{aligned} $$
$$ \begin{aligned} \text { Daya apungan } & =\text { kehilangan ketara berat blok logam } \\ & =0.24 \mathrm{~N} \end{aligned} $$
$$ \begin{aligned} & \text { Daya apungan, } F_{\mathrm{B}}=\rho V g, \\ & \rho=\text { ketumpatan minyak } \\ & V=\text { isi padu minyak yang disesarkan } \\ & \quad \rho V g=0.24 \\ & \begin{aligned} \rho \times 2.96 \times 10^{-5} \times 9.81 & =0.24 \\ \quad \rho & =826.5 \mathrm{~kg} \mathrm{~m}^{-3} \end{aligned} \end{aligned} $$
