Langkau ke kandungan
Fizik · Tingkatan 6 (STPM Physics) · Oscillations

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).

  • STPM
  • 2 SP
  • 11 latihan
  • Percuma

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.

  1. IsiPunca dan kesan tenaga
    Huraian

    Daya rintangan (geseran, rintangan udara) menentang halaju dan melakukan kerja, jadi tenaga mekanik ditukar kepada haba dan jumlah tenaga berkurang.

    Contoh

    Buaian yang tidak ditolak akhirnya berhenti.

  2. IsiKesan pada amplitud
    Huraian

    Oleh sebab E = ½mω²A², tenaga yang berkurang menyebabkan amplitud berkurang beransur-ansur.

    Contoh

    Jika 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).

SP 20.4.1

Peta pelbagai alirSebab dan akibat redaman

SebabGeseran pada penyokongRintangan udara atau bendalir likatDaya rintangan bertentangan dengan halaju
Ayunan teredam
AkibatTenaga mekanik ditukar kepada habaJumlah tenaga E berkurangAmplitud berkurang (E ∝ A²)Akhirnya ayunan berhenti
SP 20.4.1

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.

  1. IsiRedaman kurang
    Huraian

    Sistem berayun dengan amplitud yang menyusut beransur-ansur sebelum berhenti.

    Contoh

    Bandul berayun dalam udara.

  2. IsiRedaman genting dan lebih
    Huraian

    Genting: kembali ke keseimbangan dalam masa paling singkat tanpa berayun. Lebih: kembali tanpa berayun tetapi sangat perlahan.

    Contoh

    Penyerap hentakan kereta (genting); penutup pintu hidraulik (lebih).

JadualJenis redaman

JenisGerakanContoh
Redaman kurang (under damping)Berayun dengan amplitud yang berkurang beransur-ansur sebelum berhentiBandul dalam udara
Redaman genting (critical damping)Kembali ke keseimbangan dalam masa paling singkat tanpa berayunPenyerap hentakan kereta, jarum meter
Redaman lebih (over damping)Kembali ke keseimbangan sangat perlahan tanpa berayunPenutup pintu automatik hidraulik
SP 20.4.2

Peta pokokGraf sesaran melawan masa bagi tiga jenis redaman

Ayunan teredam
Redaman kurang
  • Lengkung sinus dengan sampul yang menyusut
  • Tempoh hampir sama dengan ayunan bebas
Redaman genting
  • Turun terus ke x = 0 paling cepat
  • Tiada lajakan (overshoot)
Redaman lebih
  • Turun ke x = 0 secara perlahan
  • Mengambil masa lebih lama daripada redaman genting
SP 20.4.2

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

  1. 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.

  2. 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)
  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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.

Unit lain dalam Oscillations

  1. 20.1 Simple harmonic motion
  2. 20.2 Energy in simple harmonic motion
  3. 20.3 Systems in simple harmonic motion
  4. 20.4 Damped oscillations
  5. 20.5 Forced oscillations and resonance