SCE 3105 Lecture 6

Kerja dan Mesin

Membincangkan tajuk tajuk berikut:

• Kerja

• Mesin ringkas dan mesin kompleks.

• Faedah mekanikal dan kecekapan.

• Mesin manusia berjalan.

Seeokor kuda menarik beban melalui padang.

Seorang bapa menolak kereta sorong ke lorong antara gerai-gerai.

Seorang pelajar mengangkat buku buku ke atas bahunya.

Pengangkat berat mengangkat pemberat ke atas.

Seorang ahli sukan melontar lontar peluru.

Contoh contoh kerja dalam kehidupan harian.

Kerja

Didefinisikan sebagai daya yang bertindak ke atas objek untuk mengakibatkan sesaran.

Dalam usaha untuk daya telah melakukan kerja ke atas objek, perlu ada sesaran dan daya mesti menyebabkan sesaran(Untuk melakukan kerja, daya mesti menyebabkan sesaran.)

Kerja yang dilakukan ke atas objek oleh satu daya tetap adalah hasil komponen daya yang selari dengan arah sesaran objek, darab dengan magnitud sesaran.

Ingat ini

Kerja dan tenaga diukur dalam unit yang sama, Joule (J). Bila objek di gerak oleh daya, tenaga dipindahkan dan kerja dilakukan.

Tetapi kerja bukan satu bentuk tenaga, ia adalah salah satu cara di mana tenaga dipindahkan.

• Persamaan ini menunjukkan hubungan antara kerja yang dilakukan, daya yang dikenakan dan jarak yang disesarkan.

• Jarak yang terlibat adalah jarak yang disesar dalam arah yang sama dengan daya yang dikenakan.

KerjaKerja = Fd

W = kerja (in Joule)

F = magnitud daya (in Newton)

d = magnitud sesaran dalam arah daya (meter)

Kerja berhubung dengan jarak daya yang mengerakkan objek dan bukan masa yang diambil untuk mengerakkan objek.

Sudut yang diukur didefinisikan sebagai sudut antara daya dan sesaran.

Senario A: Satu daya bertindak ke arah kanan ke atas objek yang tersesar ke kanan. Vektor daya dan vektor sesaran adalah pada arah yang sama. Maka, sudut antara F dan d adalah 0 darjah.

• Senario B: Satu daya bertindak arah kiri ke atas objek yang tersesar ke kanan. Vektor daya dan vektor sesaran adalah dalam arah bertentangan. Jadi sudut antara F dan d adalah 180 darjah.

Senario C:

Satu daya bertindak ke atas ke atas objek yang tersesar ke kanan. Vektor daya dan vektor sesaran adalah pada sudut 90 darjah.

Seorang pelayar menarik sebuag bot sepanjang dok menggunakan tali pada sudut 600 dengan ufuk. Berapakah kerja yang dilakukan oleh pelayar itu jika dia mengenakan daya 255N ke atas tali dan menarik tali sepanjang 30.0 m?

Answer: 3.83 X 103 J

Mesin ringkas

Mesin – Alat yang membantu kita melakukan kerja.

Mesin membantu kita dengan: 1. Mengubah jumlah daya ke atas

objek. 2. Mengubah arah daya.

Daya adalah tolakan atau tarikan yang mengubah

gerakan atau bentuk objek.

Contoh: Saya menolak rak buku untuk mengerakkannya.

Tenaga adalah keupyaan melakukan kerja.

Contoh: Saya mesti mepunyai tenaga untuk berlari berbatu batu.

Kerja adalah hasil daya yang menggerakkan objek.

Contoh: – Mengangkat sesuatu yang berat adalah kerja kuat.

Graviti

Graviti adalah daya yang menarik objek ke BUMI secara tetap.

Mesin Ringkas – mempunyai sedikit atau tiada bahagian

yang bergerak.

Tuas – dibuat daripada papan atau bar yang diletakkan di atas

fulkrum. Digunakan untuk mengangkat berat.

Contoh: jongkang jongkit, pengumpil, kayu besbol, pencakar

tanah

3 jenis tuas:

• Tuas kelas pertama – jongkang jongkit. Satu hujung akan mengangkat objek keatas dan hujung yang satu lagi tertolak ke bawah.

• Tuas kelas kedua – kereta sorong. Pemegang panjang kereta sorong merupakan lengan panjang tuas.

• Tuas kelas ketiga – pancing ikan. When the pole is given a tug, one end stays still but the other end flips in the air catching the fish.

Rajah Tuas

Rajah Tuas

http://www.professorbeaker.com/lever_fact.html

Rajah Tuas

Satah condong – permukaan sendeng untuk memudahkan

kerja. Example: cerun, tangga

Baji – Dua satah condong digunakan untuk mengangkat

dan memisahkan objek. Contoh: pisau, baji pintu, kapak.

Skru – satah condong di sekeliling paku atau shaf untuk memegang bahan- bahan bersama sama atau menebuk lubang.

Contoh: drill bit, skru

Roda dan Gandar – roda yang berputar yang membantu

mengerakkan barang dengan mudah dan cepat.

Contoh: roda stering, tombol pintu dan pemutar skru

Takal – Takal adalah roda yang mempunyai salur(groove)

dihujungnya untuk memegang tali dan kabel.

Contoh : tiang bendera, penyidai baju, pancing ikan dan kren.

Bagaimanakah takal bekerja?

Bagaimanakah takal bekerja?

Takal bekerja 2 cara:

• Ia boleh mengubah arah daya atau

• Ia boleh mengubah jumlah daya.

Apakah jenis jenis takal?

Apakah jenis jenis takal? Takal Tetap

Tidak menggandakan(multiply) daya. Mengubah arah daya usaha.

Faedah mekanikal sama dengan 1.

Takal Bergerak Menggandakan daya usaha tetapi tidak boleh mengubah arah

daya usaha. Faedah mekanikal adalah jarak usaha bahagi jarak rintangan.

Sistem Takal Kombinasi takal2 tetap dan bergerak. Faedah mekanikal sama dengan bilangan tali sokongan

(supporting ropes).

Bagaimana takal tetap bekerja?

Bagaimana takal tetap bekerja?

Takal tetap mengubah arah daya yang dikenakan. ( Contoh: menaikkan bendera)

Bagaimana takal bergerak bekerja?

Bagaimana takal bergerak bekerja?

Takal bergerak di lekatkan dengan objek yang hendak digerakkan.

Faedah Mekanikal • Fe=daya usaha

• Fr=daya rintangan

Faedah Mekanikal,MA=

Kebanyakan mesin mempunyai MA>1 (bermakna mesin meningkatkan daya yang dikenakan)

- Mesin unggul, kerja output = kerja input

- Wo = Wi

Frdr = Fede

e

r

F

F

Mesin Nyata/Real

• Untuk mesin unggul, IMA =

• Kecekapan mesin =

=

=

r

e

e

r

d

d

F

F

%100

r

e

e

r

ddF

F

%100IMA

MA

i

o

W

WIMA= faedah mekanikal unggul

Faedah mekanikal (MA)

• Adalah faktor dimana mesin menggandakan daya yang dikenakan.

• Faedah mekanikal boleh dikira untuk mesin2 ringkas berikut menggunakan formula2 berikut:

• MA = (jarak dimana daya dikenakan) ÷ (jarak dimana beban digerakkan)

• Atau, KERJAin = KERJAout

MA - Takal

• Takal adalah roda2 yang disambung dengan tali. Dengan ini arah daya boleh diubah, dengan sedikit kehilangan daya geseran. (for the same reasons as the wheel).

• Walaubagaimanapun takal2 boleh digabung untuk membentuk faedah mekanikal tambahan dengan mempunyai tali yang digelung ke beberapa takal. – Takal dengan 1 tali (1 takal tetap) mempunyai MA = 1, iaitu,

tiada advantage, (or disadvantage). – Takal dengan 2 tali (1 takal bergerak) mempunyai MA = 2. – Takal dengan 6 tali (block and tackle) mempunyai MA = 6.

MA - Tuas

• Tuas: MA = Panjang lengan usaha ÷ panjang lengan rintangan.

Faedah mekanikal• Untuk keseimbangan statik, daya masuk

darab tuas masuk mesti sama dengan daya keluar darab tuas keluar. Hasil keputusan ini adalah jumlah daya input yang diperlukan untuk menghasilkan daya output yang berkadaran kepada nisbah jarak keluar dan masuk lengan tuas (dout/din).

• Faedah mekanikal adalah songsang nisbah dout/din, iaitu dout/din.

• Bila dout/din meningkat, faedah mekanikal juga meningkat.

• Nisbah dout/din adalah bersamaan dengan nisbah Fout/Fin : so some people use this latter ratio as the mechaical advantage (which again makes sense...the bigger the output force relative to the input force, the better the mechanical advantage).

• Kita belajar untuk membina pelbagai jenis sistem takal menggunakan faedah mekanikal untuk menggerakkan beban yang susah untuk digerakkan. Gambar ini menunjukkan satu sistem takal 9:1. Dengan menggunakan sistem ini, ia hanya memerlukan 50 lb “tarikan” untuk menggerakkan 450 lb beban.

• Instructor John Giddings teaches the mechanical advantage lecture to the Technician students. The progression from theoretical to practical mechanical advantage systems is a key component of the Peak Rescue course.

MA – Roda dan Gandar

• Roda merupakan tuas dengan satu lengan berjarak antara gandar dengan titik luar roda, dan yang lagi satu merupakan jejari gandar.

• Typically this is a fairly large difference, leading to an equally large mechanical advantage.

• This is why even simple wheels with wooden axles running in wooden blocks will still turn freely, because the friction is overwhelmed by the rotational force of the wheel multiplied by the mechanical advantage.

MA – Satah condong

• MA = panjang cerun ÷ tinggi cerun

MA

• Ini memerlukan mesin ringkas unggul, bermakna tiada kehilangan disebabkan geseran atau kekenyalan.

• Jika wujud geseran atau kekenyalan di dalam sistem, kecekapan akan jadi lebih rendah; Kerjain akan jadi lebih besar daripada Kerjaout

• Ada 2 jenis faedah mekanikal: – Faedah Mekanikal Unggul (IMA) – Faedah Mekanikal Sebenar (AMA)

IMA

• Dalam Fizik, faedah mekanikal unggul adalah faedah mekanikal untuk mesin unggul.

• IMA mesin boleh dicari dengan formula berikut,– IMA = de ÷ dr

– Dimana de sama dengan jarak usaha (effort distance) and dr sama dengan jarak rintangan (resistance distance).

AMA

• Dalam fizik, faedah mekanikal sebenar adalah faedah mekanikal untuk mesin sebenar.

• AMA untuk mesin boleh dicari dengan menggunakan formula berikut:– AMA = R ÷ Eactual

• dimana R sama dengan daya rintangan (resistance force) and Eactual sama dengan daya usaha (effort force) sebenar.

Mesin Majmuk – dua atau lebih mesin ringkas bekerja bersama-sama. Contoh:

Basikal

Kereta

Penyelesaian Masalah• Seorang pelajar menggunakan roda basikal

dengan jejari giar 4.00 sm dan jejari roda 35.6 sm. Bila daya 155 N dikenakan ke atas rantai, roda akan bergerak 14.0 cm. Disebabkan geseran, kecekapannya adalah 95.0%.

  a. Apakah IMA roda dan giar itu?

b. Apakah MA roda dan giar itu?

c. Apakah bacaan daya pada skala roda itu? d. Bagaimana pelajar itu menarik rantai?

Penyelesaiana. b. Since efficiency =

107.0%100

)112.0%)(0.95(

%100

IMAeffMA

c. MA=

NNFMAF er 6.16)155)(107.0())(( d.

e

r

F

F

cmcmdIMAdd

dIMA fe

f

e 7.15)0.14)(112.0())((

112.06.35

00.4

_

_

cm

cm

radiuswheel

radiusgear

d

dIMA

r

e

%100IMA

MA

Bagaimana kerja dilakukan

Tenaga Daya Fungsi

Kerja dilakukan!