Tutorial Fizik Asas

Untuk menjelaskan proses termodinamik yang tidak dapat dipulihkan, para saintis merumuskan hukum kedua termodinamik. Hukum kedua termodinamik menjelaskan proses apa yang boleh berlaku di alam semesta dan proses apa yang tidak boleh berlaku. Seorang saintis bernama RJE Clausius (1822-1888) membuat kenyataan berikut:

Secara semula jadi, haba bergerak dari objek bersuhu tinggi ke objek bersuhu rendah; secara semula jadi, haba tidak bergerak dari objek bersuhu rendah ke objek bersuhu tinggi (Hukum kedua termodinamik—pernyataan Clausius).

Pernyataan Clausius merupakan salah satu pernyataan khas bagi hukum termodinamik kedua. Ia dipanggil pernyataan khas kerana ia hanya terpakai kepada satu proses sahaja, yang berkaitan dengan pemindahan haba. Memandangkan pernyataan ini tidak berkaitan dengan proses lain, kita memerlukan pernyataan yang lebih umum. Perkembangan pernyataan umum bagi hukum termodinamik kedua adalah berdasarkan kajian enjin haba. Oleh itu, kita membincangkan haba enjin terlebih dahulu.

Maklumat Lanjut

Artikel Proses termodinamik: Isoterma Adiabatik Isokorik Isobarik

Terdapat empat proses termodinamik, iaitu proses Isotermal, isokorik, isobarik dan adiabatik.

Proses Isoterma (suhu malar)

Dalam proses isoterma, suhu sistem dikekalkan malar. Secara teorinya, sistem yang dianalisis adalah gas ideal. Suhu gas ideal adalah berkadar terus dengan tenaga gas dalaman ideal (U = 3/2 n RT). T tidak berubah, jadi U juga tidak berubah. Oleh itu, jika digunakan pada proses isoterma, hukum pertama persamaan termodinamik menjadi:

Maklumat Lanjut

Proses termodinamik

Haba (Q) ialah tenaga yang bergerak dari satu objek ke objek yang lain kerana perbezaan suhu. Mengenai sistem dan persekitaran, haba ialah tenaga yang bergerak dari sistem ke persekitaran atau tenaga yang bergerak dari persekitaran ke sistem, disebabkan oleh perbezaan suhu. Jika suhu sistem lebih tinggi daripada suhu ambien, haba akan mengalir dari sistem ke persekitaran. Jika suhu ambien lebih tinggi daripada suhu sistem, maka haba mengalir dari persekitaran ke sistem.

Haba (Q) ialah tenaga yang bergerak disebabkan oleh perbezaan suhu, manakala kerja (W) berkaitan dengan pemindahan tenaga melalui kerja. Contohnya, jika sistem berfungsi pada persekitaran, maka tenaga bergerak dari sistem ke persekitaran. Sebaliknya, jika persekitaran berfungsi pada sistem, maka tenaga bergerak dari persekitaran ke sistem.

Maklumat Lanjut

Perlanggaran Tak Anjal

Hukum pemuliharaan tenaga kinetik tidak terpakai dalam perlanggaran tak anjal. Hukum pemuliharaan momentum terpakai dalam perlanggaran tak anjal jika tiada daya luaran yang bertindak pada dua objek yang berlanggar. Dalam perlanggaran tak anjal, dua objek melekat bersama atau melekat antara satu sama lain selepas perlanggaran.

Contoh soalan 1.

Dua objek mempunyai jisim yang sama, iaitu 1 kg. Objek 1 bergerak di atas satah rata pada kelajuan 10 m/s dan berlanggar dengan objek dua yang sedang pegun. Selepas perlanggaran, kedua-dua objek itu melekat bersama. Berapakah kelajuan kedua-dua objek selepas perlanggaran?

Maklumat Lanjut

Perlanggaran separa elastik

Dalam perlanggaran separa elastik, hukum pemuliharaan momentum terpakai, manakala hukum pemuliharaan tenaga kinetik tidak terpakai. Pada masa perlanggaran berlaku, sebahagian tenaga kinetik ditukar kepada tenaga bunyi, tenaga haba dan tenaga dalaman. Penggunaan perkataan elastik menunjukkan bahawa selepas perlanggaran, kedua-dua objek tidak melekat bersama tetapi melantun.

Satu contoh perlanggaran separa elastik ialah perlanggaran satu dimensi dua guli atau dua bola pool.

Maklumat Lanjut

Pemuliharaan momentum linear

Hukum pemuliharaan momentum linear menyatakan bahawa jika tiada daya luaran yang bertindak ke atas dua objek yang berlanggar, momentum objek sebelum perlanggaran adalah sama dengan momentum objek selepas perlanggaran.

p ₁ + p ₂ = p ₁ ' + p ₂ ' ………………….. Persamaan 1.4

m ₁ v ₁ + m ₂ v ₂ = m ₁ v ₁ ' + m ₂ v ₂ '

Jika selepas perlanggaran kedua-dua objek melekat bersama,

m ₁ v ₁ + m ₂ v ₂ = (m ₁ + m ₂ ) v'

Maklumat Lanjut

Perlanggaran elastik sempurna

Perlanggaran dua objek dipanggil perlanggaran anjal sempurna jika momentum atau tenaga kinetik setiap objek sebelum perlanggaran adalah sama dengan momentum dan tenaga kinetik setiap objek selepas perlanggaran. Dalam erti kata lain, hukum pemuliharaan momentum dan hukum pemuliharaan tenaga kinetik boleh digunakan dalam perlanggaran anjal sempurna. Penggunaan perkataan anjal menunjukkan bahawa selepas perlanggaran, kedua-dua objek tidak melekat bersama atau tidak melekat antara satu sama lain tetapi melantun. Momentum setiap objek adalah terpelihara.

Momentum setiap objek dikekalkan.

Maklumat Lanjut

Prinsip kerja-tenaga mekanikal

Teorem kerja-tenaga kinetik menyatakan bahawa kerja bersih atau kerja yang dilakukan oleh daya bersih adalah sama dengan perubahan tenaga kinetik.

W _bersih = KE _t – KE _o = 1⁄2 m(v _t ² – v _o ² )

W _bersih = Terdapat dua jenis daya, iaitu daya konservatif dan daya bukan konservatif. Oleh itu, kerja bersih boleh dianggap terdiri daripada kerja yang dilakukan oleh daya konservatif dan kerja yang dilakukan oleh daya bukan konservatif.

W _c + W _nc = ΔKE

Maklumat Lanjut

Kerja yang dilakukan oleh daya konservatif Tenaga keupayaan

Perhatikan sebuah objek yang bergerak secara menegak ke atas dan kemudian kembali ke kedudukan awalnya setelah mencapai ketinggian maksimum. Apabila objek bergerak secara menegak ke atas, berat melakukan kerja negatif pada objek tersebut. Apabila objek bergerak ke atas, ketinggian objek meningkat. Oleh itu, tenaga keupayaan graviti objek juga meningkat. Dapat disimpulkan bahawa kerja negatif yang dilakukan oleh berat adalah sama dengan peningkatan tenaga keupayaan graviti (PE) objek.

Maklumat Lanjut

Daya konservatif dan daya bukan konservatif

1. Pasukan Konservatif

1.1 Berat (w)

Perhatikan objek yang bergerak secara menegak ke atas sehingga mencapai ketinggian maksimum sebelum bergerak ke bawah menuju kedudukan awalnya. Apabila bergerak secara menegak ke atas sebanyak h, berat adalah bertentangan arah dengan sesaran. Oleh itu, berat melakukan kerja negatif pada objek. 

W = wh (cos 180 ^o ) = – wh = – mgh

Selepas mencapai ketinggian maksimum, objek bergerak ke bawah menuju kedudukan awalnya sebanyak h. Apabila bergerak ke bawah, berat berada dalam arah yang sama dengan anjakan. Oleh kerana ia berada dalam arah yang sama dengan anjakan, berat melakukan kerja positif.

Maklumat Lanjut