Masalah berperingkat mengikuti satu objek melalui dua atau lebih peristiwa, dan tenaga pada akhir satu peringkat ialah tenaga pada permulaan peringkat seterusnya. Tugas anda ialah menamakan simpanan tenaga pada setiap peringkat, kemudian memilih satu rumus yang menyambungkannya.
Kemahiran ini sebahagian daripada penaakulan fizik bersepadu dalam Co-ordinated Sciences. Ia muncul setiap kali soalan menyebut landasan condong, jatuhan, kenderaan membrek atau bandul berayun.
Bagaimana menukar cerita kepada peringkat?
Baca soalan sekali dan tandakan setiap tempat sesuatu berubah: dilepaskan, sampai di dasar, masuk permukaan kasar, berhenti. Antara dua tanda, tanya: apakah simpanan tenaga objek di sini, dan ke mana ia pergi seterusnya?
- Senaraikan peringkat mengikut urutan.
- Namakan tenaga pada setiap peringkat: keupayaan graviti (mgh), kinetik (½mv²), atau tenaga yang dipindahkan ke simpanan haba oleh geseran.
- Hubungkan peringkat bersebelahan: tenaga yang hilang oleh satu peringkat sama dengan tenaga yang diperoleh peringkat seterusnya, kecuali soalan menyatakan tenaga dibazirkan.
- Cari kuantiti tidak diketahui pada peringkat yang ditanya, menggunakan nilai tenaga yang dibawa.
- Semak unit dan saiz: jisim dalam kg, tinggi dalam m, laju dalam m/s, tenaga dalam J.
Contoh berlangkah (data rekaan)
Sebuah troli 2.0 kg dilepaskan dari rehat pada ketinggian 0.80 m di atas landasan licin. Kemudian ia bergolek ke lantai mendatar yang kasar, dan daya geseran malar 4.0 N memberhentikannya.
Gunakan g = 10 N/kg. Cari (a) laju di dasar, (b) jarak berhenti.
Peringkat 1, titik dilepaskan. Semua tenaga ialah tenaga keupayaan graviti.
TKG = mgh = 2.0 × 10 × 0.80 = 16 J
Peringkat 2, dasar landasan. Landasan licin, jadi semua 16 J menjadi tenaga kinetik.
½mv² = 16, maka ½ × 2.0 × v² = 16, iaitu v² = 16 dan v = 4.0 m/s.
Peringkat 3, lantai kasar. Tenaga kinetik 16 J dipindahkan menjadi tenaga haba melalui kerja melawan geseran.
Kerja dilakukan = daya × jarak, maka 4.0 × d = 16 dan d = 4.0 m.
Semak semula: 4.0 N × 4.0 m = 16 J, sepadan dengan tenaga yang dibawa. Semakan laju: v² = 2gh = 2 × 10 × 0.80 = 16, jadi v = 4.0 m/s sekali lagi.
Kesilapan yang perlu diawasi
Pelajar menulis mgh = mv² dan tertinggal separuh daripada rumus tenaga kinetik.
Pengiraan silap: 16 = 2.0 × v², maka v² = 8 dan v = 2.8 m/s.
Rumus tenaga kinetik ialah ½mv². Tanpa ½, nilai v² menjadi separuh daripada yang sebenar.
Pembetulannya ialah menulis rumus penuh sebelum menggantikan nilai. Satu ujian mudah: laju patut munasabah. Jatuhan 0.80 m sepatutnya memberi lebih kurang 4 m/s, bukan di bawah 3.
Semak sendiri
Gunakan g = 10 N/kg. Semua data direka.
1. Sebiji bola 0.50 kg dijatuhkan dari 1.8 m. Abaikan rintangan udara. Berapakah lajunya sebelum mencecah tanah?
Show answer
TKG hilang = 0.50 × 10 × 1.8 = 9.0 J. Maka ½ × 0.50 × v² = 9.0, 0.25 v² = 9.0 dan v² = 36. v = 6.0 m/s.
2. Sebuah kereta 1000 kg bergerak pada 20 m/s membrek dengan daya malar 5000 N. Berapa jauh ia bergerak sebelum berhenti?
Show answer
TK = ½ × 1000 × 20² = 200 000 J. Kerja = daya × jarak, maka 5000 × d = 200 000 dan d = 40 m. Semak: 5000 × 40 = 200 000 J.
3. Troli 2.0 kg dalam contoh dilepaskan dari ketinggian sama di atas landasan kasar, dan sampai di dasar dengan tenaga kinetik 12 J. Berapakah tenaga yang dipindahkan ke simpanan haba, dan berapa lajunya?
Show answer
Tenaga dipindahkan = 16 − 12 = 4 J. Untuk laju, ½ × 2.0 × v² = 12, maka v² = 12 dan v = 3.5 m/s (2 angka bererti).
Ke mana selepas ini?
Bawa tabiat peringkat demi peringkat ini ke mentafsir cerapan gelombang dengan hubungan berangka. Pengkritik penyiasatan saintifik membantu anda menilai sama ada laju yang diukur daripada eksperimen landasan boleh dipercayai, dan set latihan bersepadu mencampurkan peringkat ini dengan topik lain.
Jika anda boleh mengikuti contoh tetapi terhenti pada soalan kosong, guru kami boleh melihat cara anda membaca cerita soalan. Itulah kerja yang kami lakukan dalam tuisyen Co-ordinated Sciences dalam talian satu dengan satu.