Inersia dan Jisim

Bagi sesuatu objek, semakin besar jisim objek tersebut, semakin sukar untuk menggerakkannya atau menghentikannya jika ianya dalam keadaan bergerak.

Keadaan ini menunjukkan bahawa, semakin besar jisim sesuatu objek itu, maka semakin besar inersianya.

Misalnya, sebuah motorsikal adalah lebih mudah ditolak dari keadaan rehatnya berbanding dengan sebuah kereta kerana jisim motorsikal adalah lebih kecil. Oleh itu, inersianya adalah sangat kecil dari jisim atau inersia kereta tersebut.

Hubung-kait antara jisim (mass) dan inersia (inertia) membolehkan sesuatu jisim itu dinyatakan dari segi inersia.

Daripada hubungan tersebut, maka jisim sesuatu objek boleh ditakrifkan sebagai ukuran inersianya.

Definisi jisim berdasarkan inersia adalah lebih ‘jelas’ berbanding dengan definisi jisim yang biasa, iaitu ‘jumlah jirim’ di dalam sesuatu objek.

Ini adalah kerana ‘jumlah jirim’ di dalam sesuatu objek adalah tidak boleh dikira.

Inersia

Sesuatu objek yang berada dalam keadaan bergerak akan bergerak selama-lamanya dengan halaju yang malar dalam garis lurus sekiranya tiada daya yang menentang bertindak ke atasnya.

Konsep ini dicadangkan oleh Galileo dan dirumuskan dalam Hukum Newton Pertama (Newton's First Law) yang menyatakan bahawa suatu objek akan terus berada dalam keadaan pegun atau terus bergerak dengan halaju tetap pada satu garis lurus kecuali ditindakkan oleh suatu daya luar.

Hukum Newton Pertama boleh dinyatakan dengan cara yang lain dimana semua jirim mempunyai rintangan tersendiri daripada digerak jika jirim itu berkeadaan rehat atau bergerak kerana sebarang perubahan gerakannya akan dihalang. Keadaan jirim ini dipanggil inersia (inertia).

Inersia boleh ditakrifkan sebagai kecenderungan suatu objek untuk mengekalkan keadaan rehatnya, atau jika bergerak, untuk meneruskan pergerakannya dalam garis lurus.

Jangka Masa Detik

alaju dan pecutan suatu objek dapat diukur dengan menggunakan jangka masa detik seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Jangka masa detik.

Jangka masa detik terdiri daripada sekeping logam yang bergetar 50 kali per saat (50 Hz). Ini membolehkan penggetar ini menghasilkan 50 titik per saat pada pita detik yang ditarik melaluinya.

Selang masa antara dua titik yang berturut-turut disebut detik. Satu detik adalah bersamaan dengan 1/50 saat atau 0.02 saat.

Detik dan jarak titik.

Jarak antara dua detik yang berturutan pada pita detik, bergantung pada kelajuan pita detk.

Jika pita detik bergerak dengan laju, titik-titik itu akan berjauhan. Jika pita itu bergerak dengan perlahan, titik-titik itu akan rapat antara satu sama lain seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Perubahan jarak antara titik-titik yang berturutan pada pita detik menunjukkan perubahan halaju dan juga menunjukkan pita detik objek itu memecut atau menyahpecut.

Jarak seragam antara titik-titik yang berturutan yang seragam menunjukkan halaju yang seragam.

Pita detik bagi objek yang bergerak dengan halaju seragam dan dengan pergerakan pecutan ditnjukkan seperti pada ciri-ciri gerakan di bawah.

Jarak antara titik yang tetap

Inferens:  Halaju tetap atau seragam.

Jarak antara titik bertambah secara seragam

Inferens: Pecutan seragam.

Jarak antara titik berkurangan secara seragam

Inferens: Nyahpecutan seragam.

Pecutan

Suatu objek dikatakan sedang memecut apabila halaju objek itu berubah terhadap masa.

Pecutan (acceleration) ditakrifkan sebagai kadar perubahan halaju terhadap masa.

Jika u mewakili halaju awal, v mewakili halaju akhir, dan t mewakili masa untuk perubahan, maka pecutan a ditunjukkan oleh

Pecutan suatu objek diukur dalam unit meter per saat per saat (m s^–2). Pecutan juga boleh diukur dalam sentimeter per saat per saat (cm s^–2).

Suatu objek dikatakan mempunyai pecutan positif jika halaju objek itu bertambah dan dikatakan mempunyai pecutan negatif jika halaju objek itu berkurangan.

Pecutan negatif disebut sebagai nyahpecutan (deceleration).

Suatu objek dikatakan bergerak dengan pecutan seragam jika kadar perubahan halaju objek itu terhadap masa adalah tetap.

Suatu objek dikatakan bergerak dengan pecutan sifar jika objek itu bergerak dengan halaju yang seragam.

Contoh 1

Sebuah kereta menambah halajunya dari 72 km j^–1 ke 108 km j^–1 dalam masa 5 s. Berapakah pecutan kereta itu?

Penyelesaian:

Contoh 2

Suatu objek bergerak dari keadaan pegun dengan pecutan 2 m s^–2. Berapakah halaju objek itu selepas 30 s?

Penyelesaian:

Contoh 3

Sebuah kereta bergerak pada halaju seragam 30 m s^–1, mengambil masa 6 s untuk berhenti selepas breknya ditekan. Berapakah nyahpecutannya?

Penyelesaian:

Halaju

Laju dan halaju sering disangka mempunyai maksud yang sama. Akan tetapi, terdapat perbezaan yang amat penting antara laju dan halaju.

Halaju melibatkan arah dan magnitud. Oleh itu, halaju adalah kuantiti vektor. Sebaliknya laju hanya mempunyai magnitud dan oleh itu laju adalah kuantiti skalar.

Halaju suatu objek ditakrifkan sebagai jarak yang dilalui dalam arah tertentu dalam selang masa yang diberikan.

Halaju juga boleh ditakrifkan sebagai kadar perubahan sesaran terhadap masa.

Sebagai kuantiti vektor, halaju sepatunya dinyatakan dengan arah dan magnitud. Akan tetapi, bagi objek yang bergerak dalam garis lurus dengan arah yang tetap, arahnya boleh diabaikan.

Halaju juga diukur dalam unit meter per saat (m/s), sentimeter per saat (cm/s) dan kilometer per jam (km/j).

Contoh

Seorang pelari jarak jauh berlari 8 km ke selatan dan 10 km ke timur. Jika larian tersebut mengambil masa 3 jam,

a) Berapakah laju puratanya?

b) Berapakah halaju puratanya?

Penyelesaian:

Lukiskan suatu gambar rajah untuk mewakili larian jarak jauh bagi pelari tersebut seperti di bawah. PR mewakili sesaran.

Laju

Laju sebuah objek adalah suatu kuantiti skalar. Ia menunjukkan berapa cepat atau berapa lambat sesuatu objek itu bergerak.

Suatu objek yang bergerak laju mempunyai laju yang tinggi berbanding dengan objek yang bergerak perlahan.

Sesuatu objek yang pegun mempunyai kelajuan sifar.

Laju ialah jarak yang dilalui dalam masa yang tertentu. Laju ditakrifkan sebagai kadar perubahan jarak terhadap masa.

Laju diukur dalam meter per saat (m/s). Unit yang lain untuk laju ialah sentimeter per saat (cm/s) dan kilometer per jam (km/j).

Misalnya, jika laju sebuah kereta adalah 90 km/j, maka kereta itu sepatutnya hanya mengambil 1 jam untuk melalui jarak sebanyak 90 km. Akan tetapi, keadaan ini jarang berlaku kerana laju sebuah kereta bergantung kepada kesesakan lalu lintas. Di kawasan yang sesak, kereta terpaksa bergerak dengan kelajuan yang rendah. Ini adalah sebab mengapa laju purata sentiasa digunakan.

Sekiranya sebuah kereta mainan mengambil masa 14 saat untuk melalui 4 m ke utara dan 3 meter ke timur, maka laju puratanya adalah

Jarak dan Sesaran

Jarak dan sesaran adalah dua kuantiti yang mungkin dianggap mempunyai maksud yang sama, tetapi sebenarnya mempunyai definisi dan maksud yang amat berbeza.

Jarak ialah kuantiti skalar yang mempunyai magnitud tetapi tidak mempunyai arah. Jarak merujuk kepada berapa banyak kawasan yang sudah dilalui oleh suatu objek semasa sepanjang pergerakannya.

Sesaran ialah kuantiti vektor yang mempunyai magnitud dan arah. Sesaran ialah jarak antara titik akhir dari titik mula pada satu garis lurus.

Untuk memahami perbezaan diantara jarak dan sesaran, gerakan di bawah dipertimbangkan.

Seorang lelaki berjalan 5 m ke timur, 3 m ke selatan, 5 m ke barat dan akhirnya 3 m ke utara seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Walaupun lelaki itu telah berjalan sebanyak 16 m, tetapi sesarannya adalah 0 m. Ini adalah kerana dia balik semula ke tempat asalnya dan tidak bergerak dari tempat permulaannya walaupun jarak yang dilaluinya adalah 16 m.

Arah adalah penting bagi sesaran kerana sesaran adalah suatu kuantiti vektor.

Rajah di atas menunjukkan kedudukan A, C, D dan B bagi seorang pelari pada beberapa masa yang berlainan. Setelah berlari dari A ke B, dia menukar arahnya dan bergerak ke C. Selepas sampai di C, dia sekali lagi menukar arahnya dan berhenti di D. 

Daripada rajah tersebut, didapati jumlah jarak yang dilaluinya adalah (6 + 5 + 3) km manakala sesarannya dari tempat asalnya adalah 4 km di timur A.

Contoh

Berapakah sesaran yang dilalui oleh sebuah kereta mainan jika kereta mainan itu bergerak 4 m ke utara dan kemudiannya 3 m ke timur?

Penyelesaian:

(Lukiskan sebuah gambar rajah untuk mewakili pergerakan bagi kereta mainan itu seperti yang ditunjukkan dalam dajah di bawah. AC adalah mewakili sesaran.

Dengan menggunakan Teorem Phytagoras;

Gerakan Linear

Gerakan linear adalah gerakan dalam satu garis lurus (motion in a straight line).

Contoh gerakan linear (linear motion):

• Seseorang yang sedang dibawa menaiki tangga bergerak/eskalator (escalator).
• Seorang atlit berlari dalam perlumbaan '100 meter'.

Contoh gerakan bukan linear (non-linear motion):

• Gasing yang berputar (spinning).
• Pergerakan Bumi mengelilingi matahari.

Kajian gerakan objek tanpa melibatkan daya yang bertindak ke atasnya dipanggil kinematik (kinematics).

Kajian gerakan dan daya yang bertindak pada sesuatu objek dipanggil dinamik (dynamics).

Kuantiti fizik yang terlibat dalam gerakan adalah jarak (distance), sesaran (displacement), laju (speed), halaju (velocity), masa (time) dan pecutan (acceleration).

Pelari pecut 100 m sedang berlari adalah satu contoh gerakan linear.