Wave (Fizik Asas) - Part 1

Apa itu gelombang?

Gelombang adalah gangguan atau ayunan yang bergerak melalui ruang masa, dan melibatkan perpindahan tenaga. 

Secara umumnya gelombang boleh dikaitkan dengan sesuatu yang berayun sama ada secara melintang atau membujur.


Gelombang melintang



Gelombang membujur



Dalam fizik terdapat 3 jenis gelombang.

1. Gelombang mekanikal.
Gelombang mekanikal adalah yang paling terkenal dan biasa di sebut. Ianya kerana senang diperhatikan oleh mata kasar. Contohnya adalah gelombang air, bunyi, dan gelombang seismik.

   
                       Gelombang Air                                                           Gelombang bunyi




                              Gelombang Seismik



Gelombang seismik adalah gelombang yang bergerak melalui bumi dan yang terhasil dari gempa bumi, letupan gunung berapi, dan tenaga akustik berfrekuensi rendah.


2. Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik adalah paling kurang dilihat tetapi kita selalu menggunakannya. Contoh adalah cahaya yang boleh dilihat (iaitu warna pelangi), x-ray, ultraviolet, gelombang radio, gama, dan sebagainya.





3. Gelombang jirim.
Gelombang jirim ini diusulkan oleh de Broglie. Ianya bermaksud, jirim seperti elektron, proton, dan lain-lain jirim yang mempunyai jisim juga mempunyai gelombang. Agak pelik bukan? Atom-atom batu, pokok, dan pepejal yang lain mempunyai gelombang tersendiri?



*abaikan pengiraan, cuma lihat saja wavelength bagi setiap atom tersebut.

2. Motion Along Straight Line (Fizik Asas)

Dalam subtopik ini ini, anda akan belajar tentang sesaran, halaju, dan pecutan.



Sesaran.
Apa itu sesaran?
Sesaran adalah kuantiti vektor (kuantiti dan arah) dimana jarak diantara titik permulaan dan terakhir dalam sesuatu pergerakan sesatu benda.

Contoh:



Laluan biru adalah jalan yang diambil.. Laluan hijau adalah jalan yang terdekat. Laluan hijau adalah sesaran.




Baiklah dalam kes bola baiklah.. mari kita lihat dalam paksi X dahulu.. iaitu dari 0.0 ke F..
walaupun bola tersebut melalui A, B, C, D, E dah F. Sesaran adalah dikira terus dari 0.00 -> B -> D -> F.

dalam paksi Y pula.
mari kita lihat situasi A dahulu.
Dari A ke B, sesaran adalah 1.5. Dan Dari B ke C, sesaran adalan lebih kurang 1.2.

Tapi, jika sesaran dikira dari B hingga D. Sesaran adalah 0. (mohon igt, paksi Y. iaitu ke atas)
Begitu juga D ke F, sesaran adalah 0.

Halaju
Rumus bagi halaju adalah , jarak/masa.

Jika jarak yang dilalui adalah 5 meter dalam 5 saat. Maka halajunya adalah,

      meter
 =  _____
     masa

       5m
= ______
        5s
=1m/s

halajunya adalah 1m/s. Jika anda lihat meter di kereta anda. ianya dalah unit km/j..



maksudnya, apabila meter anda mencecah 20km/j. Maksudnya, anda bergerak 20km dalam masa 1 jam.

Pecutan.

Apa itu pecutan?
Pecutan adalah kadar perubahan halaju dalam sesuatu masa. Ianya adalah vektor kuantiti (arah dan magnitud.)

Pecutan juga dikaitkan dengan daya seperti yang dinyatakan dalam Newton second Law.

Anda boleh tekan lihat semula tajuk Fizik Asas: Newton Law of motion dan anda boleh lihat saya menjelaskan tentang pecutan.

Rumus bagi pecutan adalah,

       Perubahan halaju  
a = _____________
               masa
     
Pecutan adalah perubahan halaju sesuatu jisim terhadap masa.

Contoh, anda sedang memandu, dan anda lihat meter anda dalam keadaan 0 km/j.



Apabila anda tekan minyak, dalam masa 10 saat, kereta anda dari halaju 0 km/j telah berada dalam kelajuan 80km/j. Ini bermakna dalam tempoh 10 saat, anda mengalami pecutan sebanyak 2.22m/s². 

Baiklah, ini jalan kira bagi kes di atas.

v = halaju akhir

u = halaju awal

t = tempoh

Dalam jalan kira diatas, saya menukarkan kilometer kepada meter dan jam kepada saat supaya unit akhir adalah dalam bentuk 2.22m/s².

80km, kilo adalah 1000. maka 80 x 1000 = 80000m,

dan 1 jam bersamaan = 60 minit, dan 1 minit bersamaan 60saat.

Maka, 60 minit x 60 = 3600 saat. Tapi dalam situasi asal, ianya belangsung selama 10saat. 

Jadi, saya tempoh yang diambil adalah 36000s.

Anda juga perlu tahu situasi nyah pecutan.

Nyah pecutan adalah dimana kereta dari 80km/j menekan brek dan berhenti kepada 0km/j dalam masa 10saat. Maka nyah pecutan adalah - 2.22m/s².  Simbol negatif menandakan nyah pecutan.

Seterusnya, terdapat juga beberapa pecutan dalam bentuk 2 dimensi.Di namakan "Tangential and centripetal acceleration".  Iaitu ia mengalami pecutan bukan dalam 1 garisan lurus.

Contoh adalah,

Ianya mengalami pecutan dimana halajunya tidak sama pada waktu yang belainan.


Kes-kes khas bagi pecutan.

Kes pertama adalah pecutan adalah tetap. Iaitu ia akan sentiasa mengalami pecutan. Jika kereta dalam 1 masa tertentu mengalami halaju yang sama, ia tidak mengalami pecutan. Dimana dalam rumus di atas, halaju akhir adalah sama dengan halaju awal. Contoh, kereta tersebut bergerak dalam kelajuan 80km/j dalam masa 10 saat. Halaju awal dan akhir tetap 80km/j. Kira macam ala-ala Jamal Abdillah, kekasih awal dan akhir. Haha. Maka, pecutan adalah kosong. 

Tetapi dalam pecutan graviti, tiada pecutan bersamaan 0. Pecutan graviti, g, adalah 9.8m/s. Iaitu, a = g = 9.8 m/s. 

Maka objek yang jatuh tetap akan mengalami perubahan halaju.

Makin lama ia jatuh, makin bertambah halaju objek itu. Sebab itu, makin tinggi kita terjun. Kesan yang akan dialami bergantung pada momentum , mv pada waktu itu. Rumus momentum adalam mv. m-mass, v-halaju. Jika tempat tinggi, halaju akan bertambah apabila ia ke lantai, maka (50kg)(1000m/s)= 50000N

Daya bagi objek yang tidak bergerak kebawah.

Dalam newton law yang lalu, 

F= ma, tetapi dalam graviti. F = mg.

Contoh, berat anda adalah 50kg. Maka, daya yang anda dikenakan ke atas lantai adalah

F=(50)(9.8) = 490N

Jadi boleh bayang bukan, kesakitan apabila anda duduk diatas orang yang hanya sebanyak 490N dibandingkan dengan 5000N apabila kita jatuh dari tempat tinggi.

Kes ke dua.
Seperti yang anda tahu, apabila mengalami perubahan halaju, baru pecutan berlaku bukan?

Tetapi ada 1 kes dimana halaju adalah sama, tetapi ia tetap mengalami pecutan. Iaitu circular motion.

Contoh adalah pergerakan bulan mengelilingi bumi. (abaikan aphelion and perihelion)

Ianya sentiasa dalam halaju yang sama, tetapi sentiasa mengalami pecutan.

Pecutan adalah unit vektor, iaitu gabungan antara arah dan magnitud. Dalam kes ini, magnitud adalah sama. Iaitu ia sentiasa bergerak dalam halaju 1.01km/s. Tetapi ianya berubah arah. Maka ia tetap mengalami pecutan. Kerana ianya melibatkan kes dalam 2 dimensi. 

Jadi, adakah kita sentiasa mengalami pecutan atau tiada pecutan bagi kes bumi berputar dalam 1,674.4 km/j??

Kita sentiasa mengalami pecutan kerana bumi juga terlibat dalam circular motion. 

1.Fizik Asas: Newton Law of motion

Assalamualaikum.

Entri ini adalah entri permintaan.

Pada era 1600, newton telah mencadang 3 hukum fizik. Hukum pergerakan yang masih boleh diguna pakai sehingga tahun 2012. Ianya adalah asas dalam fizik mekanik dan lain-lain bidang fizik.


Newton First Law:
An object will remain it speed unless there was an additional force attach on it.

Ataupun, Sesuatu objek akan kekal halajunya jika tiada daya luar dikenakan keatasnya.
Baiklah saya akan terangkan melalui sebuah cerita.

Ini kisah Ani dan ibunya dipetang hari. 

Ibu:  Mana periuk mak pergi??

Ani: Tak tahu ibu.

Ibu: Takkanlah periuk tu bergerak sendiri. Periuk tu takkan bergerak kalau tiada orang yang alihkan.
Ani: Sob3, Ani main masak-masak tadi, jatuh dalam longkang. Ada macam-macam bau, jadi Ani tak sanggup nak ambil.


Nampak ayat ibunya??, " Periuk tu takkan bergerak kalau tiada orang yang alihkan." .

Baiklah, kita tulis semula dalam ayat yang formal. Periuk = objek, orang = daya, alihkan = dikenakan keatasnya.

Sesuatu objek akan mengekalkan halajunya sekiranya tiada daya luar dikenakan keatasnya.

Nampak tidak kaitannya? Dalam stiuasi periuk tersebut, periuk itu akan kekal tidak bergerak selagi tiada daya yang mengalihkannya.

Situasi ke dua,

Kisah ke dua ini boleh dikaitkan dengan tajuk inersia.


Perhatikan syiling tersebut.


Apabila kertas tersebut ditarik dalam halaju yang tinggi, syiling tersebut masing mengekalkan halajunya. Iaitu masih ditempat yang sama.


Kisah ke tiga.



Jika sesuatu objek bergerak berada ditempat yang daya geserannya adalah 0. Iaitu tempat yang sangat sangat licin. Objek itu tidak akan berhenti sampai bila-bila sekiranya tiada orang/sesuatu yang menahannya.

Seperti bola bowling tersebut. Apabila dilempar dengan kelajuan yang perlahan, bola bowling tersebut akan tetap bergerak hingga ke penghujungnya. Ianya kerana lantai bowling disapu minyak dan permukaannya adalah licin. Sebenarnya masih ada daya geseran disitu, tetapi diminimumkan.

Contoh lain adalah seperti bola sepak atau guli yang kita lempar. Ianya berhenti disebabkan oeh daya geseran antara lantai dan guli. Jika tiada daya geseran, guli tersebut tidak akan berhenti bergolek.

Jika tiada daya geseran, kita tak mampu berdiri dengan tegak dimana smua orang akan meluncur ke tempat yang rendah atau takkan berhenti meluncur.

Jadi sudah jelas tentang Newton First Law?
"Sesuatu objek akan mengekalkan halajunya jika tiada daya luar dikenakan ke atasnya.


Newton second Law

Jumlah daya yang dikenakan berkadar langsung dengan jisim didarab dengan pecutan.

F = m x a
F =  Force, daya
m =  mass, jisim
a  =  Pecutan

Baiklah, dalam memahami hukum newton ke 2. Anda perlu memahami apa itu pecutan. Pecutan adalah halaju sesuatu jisim terhadap masa.

Contoh, anda sedang memandu, dan anda lihat meter anda dalam keadaan 0 km/j.



Apabila anda tekan minyak, dalam masa 10 saat, kereta anda dari halaju 0 km/j telah berada dalam kelajuan 80km/j. Ini bermakna dalam tempoh 10 saat, anda mengalami pecutan sebanyak 2.22m/s². 

Baiklah, seperti yang anda lihat pada rumus sebelum tadi, iaitu daya = pecutan x jisim. Ia seperti ada "sesuatu" yang menggerakkan kereta tersebut dari 0km/j sehingga 80km/j. "Sesuatu" itu dimanakan "daya". Jadi semakin laju pecutan, semakin tinggi daya yang dikenakan. Anda yang di dalam kereta pun ada terasa daya yang menolak badan anda ke depan bukan?

Contoh lain bagi daya adalah, daya gravity.

Cuba anda letak telefon bimbit anda di atas tangan anda. Anda berasa ada sesuatu yang menekan bukan? Ini adalah kerana kesan dari daya gravity. Pecutan bagi gravity adalah 9/8ms². Anggaran berat telefon bimbit anda adalah 0.2kg. Maka daya yang anda rasa adalah
F = m x a
   = 0.2 x 9.8
   = 1.96N

N adalah simbol bagi Newton.

Bermakna, ada daya sebanyak 1.96N telah dikenakan ke atas tangan anda.

Berbalik semula pada kes kereta tadi. Kereta anda telah bergerak dalam halaju yang tetap, iaitu 80km/j ke 80km/j selama 10 saat. Tiada pecutan terjadi, maka tiada daya yang dikenakan.

(Dalam dunia sebenar, masih ada daya yang dikenakan kerana, ada daya geseran yang sentiasa menjadikan objek itu semakin perlahan, kita akan bincang dalam newton third law)

Newton Third Law.

Daya yang dikenakan ke sesuatu arah, wujd daya dari arah bertentangan.
Hukum newton ketiga ini boleh diklisifikasikan sebagai hukum karma.

Baiklah, mari kita ke contoh.



Mula-mula, mari kita lihat gambar diatas, kita menarik tali sekuat 500N. Tapi kita berasa ada daya yang menarik kita kembali, seolah-olah ada gajah yang sedang menarik kita. Ini yang dinamakan sebagai hukum newton ke tiga.

Contoh yang lain,



Apabila kita menolak tangan kita ke arah dinding seperti gambar diatas, kita akan merasa ada daya yang menolak kita kembali. Ianya akan terserlah apabila anda berdiri di atas papan luncur.


Jadi, tamatlah sudah ketiga-tiga hukum newton yang menjadi asas dalam fizik mekanik.

Atomic Transition and Spectroscopy (2)

Bohr Model of the Hydrogen Atom.


Pada tahun 1913, dengan menggabungkan dari teori Rutherford tadi, plank quantum hypotesis, Einstein's photon concept (dalam tajuk photoelectric effect). Bohr mencadangkan bahawa 

1)Instead of a continuum of orbits, which are possible in classical mechanics, only a discrete set of circular stable orbits, called stationary states, are allowed. Atoms can exist only in certain stable states with definite energies: E1, E2, E3, etc.

2)The allowed (stationary) orbits correspond to those for which the orbital angular momentum of the electron is an integer multiple of h/(2π)

                                                   L = nh/(2π)

This relation is known as the Bohr quantization rule of the angular momentum.

3) As long as an electron remains in a stationary orbit, it does not radiate electromagnetic

energy. Emission or absorption of radiation can take place only when an electron jumps

from one allowed orbit to another. The radiation corresponding to the electron’s transition

from an orbit of energy En to another Em is carried out by a photon of energy hv = En - Em.

Penjelasan








1) Electron bergerak dalam orbit tertentu dan orbit tersebut adalah bulat dan bukan dalam keadaan elips seperti planet. (dalam classical, elips dan bulat adalah diterima). 


                           
                Bohr model                                                          Rutherford Model

Jadi, perasan bukan? elektron tak bersepah, tapi bergerak dalam orbit tertentu dan tidak berterusan dalam tenaga yang pasti iaitu, E1, E2, E3, ...

2) Elektron hanya akan berada dalam orbit yang dibenarkan sahaja dan elektron tidak memancarkan radiasi apabila berada dalam orbit tertentu.

                                  

Jadi selagi elektron tidak menerima atau kehilangan tenaga, maka dia akan kekal dalam orbit tersebut. Ianya berkadang langsung dengan orbital angular momentum orbit tersebut. Dan, angular momentum elektron tersebut adalah dalam kuantiti yang tetap, tidak berterusan. 

3) Elektron akan memancarkan tenaga apa bila dia "jatuh" dari orbit tinggi ke orbit rendah.

                                           

Dalam gambar diatas, elektron telah berubah tempat dari orbit 3 (tinggi) ke orbit 2 (rendah). Dan tenaga dilepaskan adalah berdasarkan rumus: 

                                                                           E=nhf.

E - tenaga 

n - quantum number

h - plank constant

f - frekuensi

4) Apabila elektron menerima tenaga, dia akan "melompat" dari orbit rendah ke orbit tinggi.

Seperti dalam gambar sebelah kiri (absorption), atom akan terima tenaga dan "melompat" dari orbit rendah ke orbit tinggi.

Atomic Transition and Spectroscopy (1)

Rutherford Planetary Model of Atom

Pada tahun 1911 dimana Rutherford menemui atomic nucleus didalam eksperimen gold foil experiment dimana terdapat ruang kosong antara atom dan atom mempunyai nukleus.

                                     

Alpha partikel itu menembusi gold foil, dan ada yang dipantulkan kebelang ada yang dipantulkan dengan darjah tertentu. Rumusan dari ini, dia menyatakan bahawa atom bukan objek sfera yang legap seperti bumi atau bola tenis. Ia mempunya ruang kosong di mana alpha particle tadi mampu untuk menembusi gold foil tersebut. 

                                          

Inspirasi dari fenomena planet mengorbit matahari, dia mencadangkan bahawa elektron mengorbit sesuatu yang sangat bercas positif dan dinamakan nukleus.

                                                           

Tetapi model ini tidak diterima pakai dalam classical physics dimana menyatakan bahawa 

1) atom tidak stabil

2) atom memancarkan tenaga dalam keadaan berterusan bukan secara discrete (berasingan atau berkumpulan).

Sambungan (Bohr model of the hydrogen atom)

4. Numerical Intergration

Rieman Intergral

Jika f(x) adalah fungsi yang berterusan dalam julat a <= x <= b dan dibahagi dengan beberapa selang,n.

Dalam bab ini, anda perlu tahu 3 cara untuk menyelesaikan pengamiran. Iaitu

1. Analytical method
2. Trapezoidal approximation
3. Simpson Rule
   
   
   

3.2 Taylor Series