20.4 Damped oscillations
Unit ini menerangkan ayunan teredam (damped oscillations): perubahan amplitud dan tenaga, serta redaman kurang (under damping), redaman genting (critical damping) dan redaman lebih (over damping).
SP 20.4.1Explain the changes in amplitude and energy for a damped oscillating system;
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)
Calon perlu menerangkan perubahan amplitud dan tenaga dalam sistem berayun yang teredam.
- IsiPunca dan kesan tenagaHuraian
Daya rintangan (geseran, rintangan udara) menentang halaju dan melakukan kerja, jadi tenaga mekanik ditukar kepada haba dan jumlah tenaga berkurang.
ContohBuaian yang tidak ditolak akhirnya berhenti.
- IsiKesan pada amplitudHuraian
Oleh sebab E = ½mω²A², tenaga yang berkurang menyebabkan amplitud berkurang beransur-ansur.
ContohJika amplitud menjadi separuh, tenaga menjadi 1/4 tenaga asal.
NotaAmplitud dan tenaga ayunan teredam
Redaman (damping) ialah pengurangan amplitud ayunan akibat daya rintangan seperti geseran dan rintangan udara yang bertindak bertentangan dengan halaju. Tenaga mekanik sistem dipindahkan kepada tenaga haba persekitaran, jadi jumlah tenaga berkurang dengan masa. Oleh sebab E = ½mω²A², tenaga berkadar dengan kuasa dua amplitud; apabila tenaga berkurang, amplitud berkurang secara beransur-ansur (bagi redaman ringan, secara eksponen).
Peta pelbagai alirSebab dan akibat redaman
SP 20.4.2Explain under damping, critical damping and over damping.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)
Calon perlu menerangkan redaman kurang, redaman genting dan redaman lebih, termasuk bentuk graf sesaran-masa dan contoh.
- IsiRedaman kurangHuraian
Sistem berayun dengan amplitud yang menyusut beransur-ansur sebelum berhenti.
ContohBandul berayun dalam udara.
- IsiRedaman genting dan lebihHuraian
Genting: kembali ke keseimbangan dalam masa paling singkat tanpa berayun. Lebih: kembali tanpa berayun tetapi sangat perlahan.
ContohPenyerap hentakan kereta (genting); penutup pintu hidraulik (lebih).
JadualJenis redaman
| Jenis | Gerakan | Contoh |
|---|---|---|
| Redaman kurang (under damping) | Berayun dengan amplitud yang berkurang beransur-ansur sebelum berhenti | Bandul dalam udara |
| Redaman genting (critical damping) | Kembali ke keseimbangan dalam masa paling singkat tanpa berayun | Penyerap hentakan kereta, jarum meter |
| Redaman lebih (over damping) | Kembali ke keseimbangan sangat perlahan tanpa berayun | Penutup pintu automatik hidraulik |
Peta pokokGraf sesaran melawan masa bagi tiga jenis redaman
- Lengkung sinus dengan sampul yang menyusut
- Tempoh hampir sama dengan ayunan bebas
- Turun terus ke x = 0 paling cepat
- Tiada lajakan (overshoot)
- Turun ke x = 0 secara perlahan
- Mengambil masa lebih lama daripada redaman genting
Ingat: mnemonik & kad imbas
Mnemonik
- KGL
- Kurang (berayun, susut), Genting (paling cepat, tanpa ayunan), Lebih (perlahan, tanpa ayunan).
Kad imbas
- Apa berlaku kepada amplitud dalam ayunan teredam?
- Berkurang dengan masa (secara eksponen bagi redaman ringan)
- Ke mana tenaga ayunan teredam pergi?
- Ditukar kepada tenaga haba melalui geseran/rintangan
- Redaman kurang
- Berayun dengan amplitud berkurang beransur-ansur
- Redaman genting
- Kembali ke keseimbangan paling cepat tanpa berayun
- Redaman lebih
- Kembali ke keseimbangan perlahan tanpa berayun
Semak kefahaman
Ke manakah tenaga mekanik sistem berayun teredam pergi? (SP 20.4.1)
Lihat jawapan
Tenaga mekanik ditukar kepada haba oleh daya rintangan seperti geseran dan rintangan udara.
Nyatakan maksud redaman genting (critical damping). (SP 20.4.2)
Lihat jawapan
Sistem kembali ke kedudukan keseimbangan dalam masa paling singkat tanpa berayun.
11 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.
Untuk guru: cadangan aktiviti ikut aras kognitif (4)
- Mengingat
Aktiviti: Murid menyatakan takrif ayunan teredam dan tiga jenis redaman (kurang, genting, lebih) dalam kad semakan selama 8 minit.
Bukti hasil kerja: Kad semakan lengkap; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 20.4.1, 20.4.2 · Latihan sepadan: aras Mengingat - Memahami
Aktiviti: Dalam pasangan, murid menerangkan mengapa amplitud dan tenaga ayunan berkurang kerana daya geseran atau rintangan melalui lakaran graf sesaran melawan masa.
Bukti hasil kerja: Lakaran graf dan penerangan; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 20.4.1 · Latihan sepadan: aras Memahami - Mengaplikasi
Aktiviti: Murid memadankan graf sesaran-masa dengan redaman kurang, genting dan lebih serta menerangkan masa untuk kembali ke kesimbangan.
Bukti hasil kerja: Padanan graf dan penerangan; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 20.4.2 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi - Menganalisis
Aktiviti: Dalam kumpulan, murid menganalisis penyerap hentak kereta dan pintu gelongsor sebagai sistem redaman dan memilih jenis redaman yang sesuai.
Bukti hasil kerja: Jadual analisis dan justifikasi; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 20.4.2 · Latihan sepadan: aras Menganalisis
Cadangan ini mengikut aras kognitif hasil pembelajaran (bukan TP DSKP kerana STPM tiada TP). Buka unit dan latihan
Siapkan unit ini dalam mod interaktif untuk mendapat bintang, anggaran TP dan Kad Tahniah. Siapkan semua 109 unit Fizik STPM untuk Sijil Penghargaan SistemGuru.My.