Contoh Soalan Keanjalan

21 Contoh Soalan Keanjalan

Peningkatan Panjang

1. Sebuah rod homogen dengan panjang L, apabila ditarik dengan daya F, bertambah panjang sebanyak ∆L.

Jadi pertambahan panjang menjadi 4 ΔL, magnitud daya tariknya adalah...

A. 1/4 F

B. 1/2 F

C. 2 F

D. 4 F

E. 16 F

Perbincangan

Adalah diketahui bahawa:

Daya tegangan 1 (F1 ₎ = F

Pertambahan panjang 1 (∆L ₁ ) = ∆L

Pertambahan panjang 2 (∆L ₂ ) = 4 ∆L

Soalan: Daya tarikan 2 (F ₂ )

Jawapan:

Formula hukum Hooke:

k = F / ΔL

Penerangan: k = pemalar elastik, F = daya tegangan, ΔL = pertambahan panjang

Rod yang digunakan adalah sama supaya pemalar elastik (k) adalah sama.

k1 = _k2​

F1 _/ ∆L1 = _F2 / _∆L2​

F / ΔL = F ₂ / 4ΔL

F / 1 = F ₂ / 4

F = F ₂ / 4

F2 = _4F

Jawapan yang betul ialah D.

2. Tiga spring yang sama dengan pemalar spring 200 N/m setiap satu disusun seperti yang ditunjukkan. Apabila diberi beban 100 gram (pecutan graviti g = 10 m/s), pertambahan panjang pemasangan spring ialah...

A. x = 0,50 cm

B. x = 0,75 cm

C. x = 0,85 cm

D. x = 1,00 cm

E. x = 1,50 cm

Perbincangan

Adalah diketahui bahawa :

Jisim beban (m) = 100 gram = 0,1 kg

k1 = k2 ₌ k3 _{= 200} N/m

w = mg = (0,1 kg)(10 m/s² ⁾ = 1 kg m/s² ⁼ 1 Newton

Ditanya : Peningkatan panjang keseluruhan spring ?

Jawapan :

Menentukan pemalar spring gantian

Musim bunga 2 (k₂) dan spring 3 (k₃) disusun secara selari. Pemalar spring setara ialah:

kp ₌ k2 + k3 ₌ 200 + 200 = 400 _Nm ⁻¹

Spring 1 (k1 ₎ dan spring gantian selari (kP ₎ disusun secara bersiri. Pemalar spring gantian ialah:

1/k _s = 1/k _p + 1/k ₁ = 1/400 + 1/200 = 1/400 + 2/400 = 3/400

k _s = 400/3 Nm ⁻¹

Pemalar spring setara untuk susunan spring siri-selari ialah 400/3 Nm ^-1

Menentukan peningkatan panjang spring

Formula hukum Hooke:

= F / k = w / k

Pertambahan panjang spring ialah:

= w / k

= 1 : 400/3 = 1 x 3/400 = 3/400 = 0,0075 meter = 0,75 cm

Jawapan yang betul ialah B.

Pemalar Spring

3. Dalam satu eksperimen tentang keanjalan sebuah spring, data telah diperoleh seperti yang ditunjukkan dalam jadual di bawah. Dapat disimpulkan bahawa nilai pemalar spring ialah….

A. 1.002 N/m

B. 1.201 N/m

C. 1.225 N/m

D. 1.245 N/m

E. 1.250 N/m

Perbincangan

Formula hukum Hooke:

k = F / Δx

Pemalar pegas:

k = 0,98/0,0008 = 1,96/0,0016 = 2,94/0,0024 = 3,92/0,0032 = 1.225 N/m

Jawapan yang betul ialah C.

4. Tiga spring disusun seperti yang ditunjukkan dalam rajah berikut. Jika pemalar spring k ₁ = k ₂ = 3 Nm ⁻¹ dan k ³ = 6 Nm ⁻¹ , pemalar spring ialah…..

A. 1 Nm^-1

B. 3 Nm ⁻¹

C. 7,5 Nm ⁻¹

D. 12 Nm ⁻¹

E. 15 Nm ⁻¹

Perbincangan

Adalah diketahui bahawa:

Pemalar spring 1 (k1 ₎ = pemalar spring 2 (k2 ₎ = 3 Nm ⁻¹

Pemalar spring 3 (k ₃ ) = 6 Nm ⁻¹

Ditanya: pemalar spring (k)

Jawapan:

Spring 1 (k1 ₎ dan spring 2 (k2 ₎ disusun secara selari. Pemalar spring setara ialah:

kp ₌ k1 + k2 ₌ 3 + 3 = 6 _Nm ⁻¹

Spring gantian selari (kP ₎ dan spring 3 (k3 ₎ disusun secara bersiri. Pemalar spring gantian ialah:

1/k _s = 1/k _p + 1/k ₃ = 1/6 + 1/3 = 1/6 + 2/6 = 3/6

k _s = 6/2 = 3 Nm ⁻¹

Pemalar spring setara untuk susunan spring siri-selari di atas ialah 3 Nm ⁻¹

Jawapan yang betul ialah B.

5. Sebuah spring dengan panjang L ditarik oleh beban w secara berturut-turut dan data yang diperoleh adalah seperti dalam jadual berikut. Berdasarkan data jadual, dapat disimpulkan bahawa magnitud pemalar spring ialah….

A. 300 Nm^-1

B. 500 Nm ^-1

C. 600 Nm ^-1

D. 800 Nm ^-1

E. 1000 Nm ^-1

Perbincangan

Formula hukum Hooke:

k = F /

Pemalar pegas:

k = 10/0,02 = 20/0,04 = 30/0,06 = 40/0,08 = 500 Nm ^-1

Jawapan yang betul ialah B.

6. Data dalam jadual eksperimen berikut adalah hasil eksperimen yang berkaitan dengan keanjalan objek. Dalam eksperimen tersebut, bahan getah yang digunakan ialah tiub dalam motosikal. (g = 10 m/s² ⁾ . Berdasarkan jadual di atas, dapat disimpulkan bahawa bahan getah tersebut mempunyai pemalar keanjalan….

A. 122 N/m

B. 96 N/m

C. 69 N/m

D. 56 N/m

E. 40 N/m

Perbincangan

Formula hukum Hooke :

k = F / = w / = mg /

Penerangan: k = pemalar keanjalan, w = graviti, m = jisim, g = pecutan akibat graviti, = pertambahan panjang getah

Pemalar pegas:

k = 2/0,05 = 4/0,1 = 6/0,15 = 8/0,20 = 10/0,25 = 40 N/m

Jawapan yang betul ialah E.

7. Tiga spring disusun seperti yang ditunjukkan dalam rajah berikut. Jika pemalar spring K1 ₌ 4K, maka nilai pemalar susunan spring ialah ….

A. 3/4K

B. 3K/4

C. 4K/3

D. 3K

E.4K

Perbincangan

Dua spring yang disusun secara selari. Pemalar spring setara bagi dua spring yang disusun secara selari ialah:

kp ₌ K + K = 2K

Dua spring disusun secara bersiri. Pemalar spring setara bagi dua spring yang disusun secara bersiri ialah:

1/k _s = 1/k _p + 1/K ₁ = 1/2K + 1/4K = 2/4K + 1/4K = 3/4K

k _s = 4K/3

Pemalar spring setara untuk susunan spring di atas ialah 4K/3

Jawapan yang betul ialah C.

8. Seutas getah sepanjang L digantung dengan beban sedemikian rupa sehingga data yang diperoleh adalah seperti dalam jadual. Berdasarkan jadual tersebut, dapat disimpulkan bahawa saiz pemalar spring ialah….

A. 250 Nm^-1

B. 360 Nm ^—1

C. 400 Nm ^—1

D. 450 Nm ^—1

E. 480 Nm ^—1

Perbincangan

Formula hukum Hooke:

k = F /

Pemalar pegas:

k = 2/0,0050 = 3/0,0075 = 4/0,01 = 400 Nm ^-1

Jawapan yang betul ialah C.

9. Perhatikan data eksperimen bagi lima jenis tayar getah A, B, C, D, dan E yang ditarik dengan daya F supaya panjangnya bertambah. Tayar getah dengan pemalar spring terkecil ialah…

Perbincangan

Formula hukum Hooke:

k = F / Δx

Penerangan: k = pemalar kenyal, F = daya, Δx = pertambahan panjang getah

Pemalar keanjalan getah:

kA ₌ F / Δx = 1 / 0,05 = 20 N/m

kB = F / Δx = 2 / 0,025 = 80 N/ _m

kC = F / Δx = 1 / 0,025 = 40 N/ _m

k _D = F / Δx = 2 / 0,05 = 40 N/m

k _E = F / Δx = 2 / 0,25 = 8 N/m

Jawapan yang betul ialah E.

10. Daripada eksperimen untuk menentukan keanjalan getah menggunakan getah tayar, data yang diperoleh adalah seperti dalam jadual berikut. Dapat disimpulkan bahawa nilai pemalar terbesar ialah eksperimen….

Perbincangan

Formula hukum Hooke:

k = F / Δx

Pemalar pegas:

kA ₌ 7/0,035 = 200 Nm ^-1

kB = 8/0,025 = 320 _Nm ^-1

kC = 6/0,020 = 300 _Nm ^-1

kD = 9/0,045 = 200 _Nm ^-1

k _E = 10/0,033 = 303 Nm ^-1

Pemalar elastik terbesar ialah 320 Nm ^-1.

Jawapan yang betul ialah B.

11. Graf di bawah menunjukkan hubungan antara perubahan beban (ΔF) dan pertambahan panjang (ΔX), graf yang menunjukkan nilai terkecil bagi pemalar elastik...

Perbincangan

Formula hukum Hooke

k = F / Δx

Penerangan:

Δx = pertambahan panjang, F = daya, k = pemalar elastik

Pemalar keanjalan

kA ₌ F / Δx = 1 / 8 = 0,125

k _B = F / Δx = 8 / 3 = 2,7

kC = F / Δx = 6 / 6 = ₁

kD = F / Δx = 3 / 5 = _0,6

k _E = F / Δx = 2 / 4 = 0,5

Jawapan yang betul ialah A.

12. Lihat graf hubungan antara daya (F) dan pertambahan panjang (ΔX) di bawah! Yang manakah mempunyai pemalar elastik terbesar?

Perbincangan

Pemalar keanjalan

kA ₌ F / Δx = 50 / 10 = 5

k _B = F / Δx = 50 / 0,1 = 500

kC = F / Δx = 5 / 0,1 = ₅₀

kD = F / Δx = 500 / 0,1 = ₅₀₀₀

k _E = F / Δx = 500 / 10 = 50

Jawapan yang betul ialah D.

Tenaga Keupayaan Musim Bunga

13. Graf (Fx) menunjukkan hubungan antara daya dan pertambahan panjang spring. Magnitud tenaga keupayaan spring berdasarkan graf di atas ialah...

A. 20 joule

B. 16 joule

C. 3,2 joule

D. 1,6 joule

E. 1,2 joule

Perbincangan

Adalah diketahui bahawa:

F = 40N

x = 0,08 meter

Soalan: Tenaga keupayaan spring

Jawapan:

Pemalar pegas:

k = F / Δx = 40/0,08 = 500 N/m

Tenaga keupayaan spring:

EP = 1/2 kx ² = 1/2 (500)(0,08) = (250)(0,08) = 20 Joule

Jawapan yang betul ialah A.

14. Sebuah spring diberi beban 2 kg seperti yang ditunjukkan dalam rajah berikut. Jika spring tersebut mengalami pertambahan panjang sebanyak 5 cm dan pecutan graviti ialah 10 ms ^-2 , maka tenaga keupayaan elastik spring tersebut ialah...

A. 4,0 J

B. 3,0 J

C. 2,5 J

D. 1,0 J

E. 0,5 J

Adalah diketahui bahawa :

Pertambahan panjang (Δx) = 5 cm = 0,05 meter

Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/ ^s²

Jisim beban (m) = 2 kg

Berat beban (w) = mg = (2)(10) = 20 Newton

Soalan : Tenaga keupayaan getah?

Adalah diketahui bahawa :

Pertambahan panjang (Δx) = 5 cm = 0,05 meter

Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/ ^s²

Jisim beban (m) = 2 kg

Berat beban (w) = mg = (2)(10) = 20 Newton

Soalan : Tenaga keupayaan getah?

15. Untuk meregangkan spring sejauh 5 cm, daya 20 N diperlukan. Tenaga keupayaan spring apabila ia meregang sejauh 10 cm ialah…

A. 2 Joule

B. 4 Joule

C. 20 Joule

D. 50 Joule

E. 100 Joule

Perbincangan

Adalah diketahui bahawa :

Pertambahan panjang (Δx) = 5 cm = 0,05 meter

Daya (F) = 20 Newton

Soalan : Berapakah EP spring apabila spring meregang 10 cm?

Jawapan :

Pemalar pegas:

k = F / Δx = 20 / 0,05 = 400 N/m

Tenaga keupayaan spring apabila Δx = 10 cm = 0,1 meter:

EP = ½ k Δx ² = ½ (400)(0,1) ² = (200)(0,01)

EP = 2 Joule

Jawapan yang betul ialah A.

Berat Beban

16. 

A. 6 U

B. 12 U

C. 30 U

D. 45 U

E. 60 U

Empat spring yang sama, setiap satunya dengan pemalar kenyal 800 Nm ⁻¹ , disusun secara bersiri dan selari (lihat rajah). Beban terampai w menyebabkan sistem spring mengalami pertambahan panjang keseluruhan sebanyak 5 cm. Berat beban w ialah…

Perbincangan

Adalah diketahui bahawa :

k1 ₌ k2 = k3 ₌ k4 _{= 800} Nm ⁻¹

= 5 cm = 0,05 m

Ditanya : berat beban (w)?

Jawapan :

Menentukan pemalar spring gantian

Musim bunga 1 (k₁), musim bunga 2 (k₂) dan spring 3 (k₃) disusun secara selari. Pemalar spring setara ialah:

kp ₌ k1 ₊ k2 + _k3 = 800 + 800 + 800 = 2400 _Nm ⁻¹

Spring gantian selari (kP ₎ dan 4 spring (k4 ₎ disusun secara bersiri. Pemalar spring gantian ialah:

1/k _s = 1/k _p + 1/k ₄ = 1/2400 + 1/800 = 1/2400 + 3/2400 = 4/2400

k _s = 2400/4 = 600 Nm ⁻¹

Pemalar spring setara untuk susunan spring siri-selari di atas ialah 600 Nm ^-1

Menentukan berat beban

Formula hukum Hooke:

F=k atau w = k

Berat beban tersebut ialah:

w = (600 Nm ^-1 )(0,05 m) = 30 Newton

Berat beban ialah 30 Newton.

Jawapan yang betul ialah C.

17. Empat spring yang sama, setiap satunya dengan pemalar kenyal 1600 N/m, disusun secara bersiri dan selari (lihat rajah). Beban terampai w menyebabkan sistem spring mengalami pertambahan panjang keseluruhan sebanyak 5 cm. Berat beban w ialah….

A. 60 U

B. 120 U

C. 300 U

D. 450 U

E. 600 U

Perbincangan

Adalah diketahui bahawa :

k1 ₌ k2 = k3 ₌ k4 _{= 1600} Nm ⁻¹

= 5 cm = 0,05 m

Ditanya : berat beban (w)?

Jawapan :

Menentukan pemalar spring gantian

Spring 1 (k1 ₎ , spring 2 (k2 ₎ dan spring 3 (k3 ₎ disusun secara selari. Pemalar spring setara ialah:

kP = k1 ₊ k2 ₊ k3 ₌ 1600 + 1600 + 1600 = 4800 _Nm ⁻¹

Spring gantian selari (kP ₎ dan 4 spring (k4 ₎ disusun secara bersiri. Pemalar spring gantian ialah:

1/k _s = 1/k _p + 1/k ₄ = 1/4800 + 1/1600 = 1/4800 + 3/4800 = 4/4800

k _s = 4800/4 = 1200 Nm ⁻¹

Pemalar spring setara untuk susunan spring siri-selari ialah 1200 Nm ^-1

Menentukan berat beban

Formula hukum Hooke:

F=k atau w = k

Berat beban tersebut ialah:

w = (1200 Nm ^-1 )(0,05 m) = 60 Newton

Berat beban ialah 60 Newton.

Jawapan yang betul ialah A.

Elastik dan Plastik

18. Lihat graf hubungan antara daya ΔF dan pertambahan panjang Δx pada pegas di bawah!

Berdasarkan graf, pegas akan kekal elastik pada daya tegangan….

A. 0 hingga 4 N

B. 0 hingga 8 N

C. 0 hingga 12 U

D. 8 U hingga 12 U

E. 8 U hingga 16 U

Perbincangan

Sebuah spring akan kekal anjal jika hukum Hooke masih terpakai padanya. Secara matematik, hukum Hooke dinyatakan dengan formula:

k = ΔF / Δx

Huraian formula:

k = pemalar elastik, ΔF = daya, Δx = panjang spring

Hukum Hooke menyatakan bahawa nisbah perubahan daya (ΔF) kepada perubahan panjang (Δx) spring sentiasa malar. Jika nilai k berubah, hukum Hooke tidak lagi terpakai pada spring dan ini menunjukkan bahawa spring tidak lagi elastik.

Perhatikan graf di atas dan fahami pengiraan berikut.

k ₁ = ΔF / Δx = 4 / 2 = 2

k ₂ = ΔF / Δx = 8 / 4 = 2

k ₃ = ΔF / Δx = 12 / 7 = 1,7

Pemalar spring (k) adalah malar sehingga daya tegangan 8 Newton. Oleh itu, spring akan kekal elastik pada daya tegangan 0 hingga 8 Newton.

Jawapan yang betul ialah B.

19. Graf berikut menunjukkan hubungan antara pertambahan panjang Δx dan daya ΔF getah yang ditarik dengan daya. Berdasarkan graf, getah akan mengubah sifat plastiknya apabila daya bertindak ke atas getah...

A. 0 hingga 2 N

B. 0 hingga 4 N

C. 2 U hingga 6 U

D. 4 U hingga 8 U

E. 6 U hingga 8 U

Perbincangan

Getah akan kekal elastik selagi pemalar elastik kekal malar. Jika pemalar elastik mula berubah, getah mula berubah daripada elastik kepada plastik. Elastik bermaksud selepas daya tegangan dihilangkan, getah kembali kepada bentuk asalnya. Sebaliknya, plastik bermaksud selepas daya tegangan dihilangkan, getah tidak kembali kepada bentuk asalnya.

Perhatikan graf di atas dan fahami pengiraan berikut:

k ₁ = ΔF / Δx = 2 / 2 = 1

k ₂ = ΔF / Δx = 4 / 4 = 1

k ₃ = ΔF / Δx = 6 / 6 = 1

k ₄ = ΔF / Δx = 7 / 8 = 0,87

k ₄ = ΔF / Δx = 8 / 12 = 0,6

Getah akan berubah keplastikan apabila daya 6 hingga 8 Newton dikenakan padanya. Jika daya lebih besar daripada 8 Newton, getah akan pecah.

20. Lihat graf hubungan antara daya ΔF dan pertambahan panjang Δx pada pegas di bawah!
Berdasarkan graf, pegas akan kekal elastik pada daya tegangan….

A. 0 hingga 4 N
B. 0 hingga 8 N
C. 0 hingga 12 U
D. 8 U hingga 12 U
E. 8 U hingga 16 U

Perbincangan
Sebuah spring akan kekal anjal jika hukum Hooke masih terpakai padanya. Secara matematik, hukum Hooke dinyatakan dengan formula:
k = ΔF / Δx
Huraian formula:
k = pemalar elastik, ΔF = daya, Δx = panjang spring

Hukum Hooke menyatakan bahawa nisbah perubahan daya (ΔF) kepada perubahan panjang (Δx) spring sentiasa malar. Jika nilai k berubah, hukum Hooke tidak lagi terpakai pada spring dan ini menunjukkan bahawa spring tidak lagi elastik.

Perhatikan graf di atas dan fahami pengiraan berikut.
k₁ = ΔF / Δx = 4 / 2 = 2
k₂ = ΔF / Δx = 8 / 4 = 2
k₃ = ΔF / Δx = 12 / 7 = 1,7

Pemalar spring (k) adalah malar sehingga daya tegangan 8 Newton. Oleh itu, spring akan kekal elastik pada daya tegangan 0 hingga 8 Newton.
Jawapan yang betul ialah B.

21. Graf berikut menunjukkan hubungan antara pertambahan panjang Δx dan daya ΔF bagi gelang getah yang ditarik dengan daya. Berdasarkan graf, getah akan mengubah sifat plastiknya apabila daya bertindak ke atasnya...

A. 0 hingga 2 N
B. 0 hingga 4 N
C. 2 U hingga 6 U
D. 4 U hingga 8 U
E. 6 U hingga 8 U

Perbincangan
Getah akan kekal elastik selagi pemalar elastik kekal malar. Jika pemalar elastik mula berubah, getah mula berubah daripada elastik kepada plastik. Elastik bermaksud selepas daya tegangan dihilangkan, getah kembali kepada bentuk asalnya. Sebaliknya, plastik bermaksud selepas daya tegangan dihilangkan, getah tidak kembali kepada bentuk asalnya.

Perhatikan graf di atas dan fahami pengiraan berikut:
k₁ = ΔF / Δx = 2 / 2 = 1
k₂ = ΔF / Δx = 4 / 4 = 1
k₃ = ΔF / Δx = 6 / 6 = 1
k₄ = ΔF / Δx = 7 / 8 = 0,87
k₅ = ΔF / Δx = 8 / 12 = 0,6

Getah akan berubah keplastikan apabila daya 6 hingga 8 Newton dikenakan padanya. Jika daya lebih besar daripada 8 Newton, getah akan pecah.

Jawapan yang betul ialah E.

Pemalar keanjalan

22. Perhatikan data eksperimen bagi lima jenis tayar getah A, B, C, D dan E yang ditarik dengan daya F supaya panjangnya bertambah. Tayar getah dengan pemalar spring terkecil ialah…
Perbincangan

Formula hukum Hooke :
k = F / Δx
Penerangan: k = pemalar keanjalan, F = gaya, Δx = pertambahan panjang getah
Pemalar keanjalan getah:
k_A = F / Δx = 1 / 0,05 = 20 N/m
k_B = F / Δx = 2 / 0,025 = 80 N/m
k_C = F / Δx = 1 / 0,025 = 40 N/m
k_D = F / Δx = 2 / 0,05 = 40 N/m
k_E = F / Δx = 2 / 0,25 = 8 N/m
Jawapan yang betul ialah E.

23. Daripada eksperimen untuk menentukan keanjalan getah menggunakan getah tayar, data yang diperoleh adalah seperti dalam jadual berikut. Dapat disimpulkan bahawa nilai pemalar terbesar ialah eksperimen….
Perbincangan
Formula hukum Hooke:
k = F / Δx
Pemalar pegas:
k_A = 7/0,035 = 200 Nm^-1
k_B = 8/0,025 = 320 Nm^-1
k_C = 6/0,020 = 300 Nm^-1
k_D = 9/0,045 = 200 Nm^-1
k_E = 10/0,033 = 303 Nm^-1
Pemalar elastik terbesar ialah 320 Nm^-1.
Jawapan yang betul ialah B.

Sumber soalan:

Soalan Fizik Peperiksaan Kebangsaan untuk Sekolah Menengah Atas/Sekolah Menengah Vokasional