Langkau ke kandungan
Fizik · Tingkatan 4 (SPM) · 3.0 KEGRAVITIAN

3.3 Satelit Buatan Manusia

Unit ini menerangkan cara orbit satelit dikekalkan dengan halaju yang sesuai, membezakan satelit geopegun dan bukan geopegun, serta mengkonsepsikan dan mengira halaju lepas.

  • KSSM
  • 4 SP
  • 15 latihan
  • Percuma
Belajar & latih secara interaktifSemua unit Fizik Tingkatan 4

SP 3.3.1Menerangkan bagaimana orbit satu satelit dikekalkan pada ketinggian tertentu dengan menggunakan halaju satelit yang sesuai.

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Menerangkan

Murid perlu menjelaskan cara orbit satelit dikekalkan pada ketinggian tertentu dengan halaju orbit v = √(GM/r), mengira halaju bagi satelit sebenar dan menerangkan kesan jika halaju kurang.

  1. IsiTerbitan halaju orbit
    Huraian

    Daya graviti = daya memusat: GMm/r² = mv²/r, maka v = √(GM/r) dengan r = R + h. Satelit pada orbit lebih tinggi memerlukan halaju lebih kecil.

    Contoh

    ISS pada h ≈ 400 km: v = √(3.982 × 10¹⁴/6.77 × 10⁶) ≈ 7.67 km s⁻¹.

  2. IsiHalaju kurang daripada halaju orbit
    Huraian

    Jika halaju kurang, daya graviti melebihi daya memusat yang diperlukan, maka satelit bergerak ke orbit lebih rendah dan akhirnya jatuh ke Bumi.

    Contoh

    MEASAT pada h ≈ 35 800 km bergerak kira-kira 3.07 km s⁻¹; jika halajunya berkurang, ia tidak dapat kekal di orbit itu.

Peta alirMengekalkan orbit satelit

  1. Daya graviti Bumi bertindak sebagai daya memusat: GMm/r² = mv²/r
  2. Halaju linear satelit: v = √(GM/r)
  3. Jika v betul-betul sama dengan √(GM/r), satelit kekal dalam orbit pada ketinggian itu
  4. Jika v kurang, satelit jatuh ke orbit lebih rendah dan akhirnya ke Bumi
  5. Jika v lebih (tetapi < halaju lepas), orbit menjadi elips; orbit lebih tinggi memerlukan v lebih kecil
SP 3.3.1

Peta alirContoh: halaju satelit

  1. Satelit pada ketinggian 600 km. r = 6.37 × 10⁶ m + 6.0 × 10⁵ m = 6.97 × 10⁶ m
  2. v = √(GM/r) = √[(6.67 × 10⁻¹¹)(5.97 × 10²⁴ kg)/(6.97 × 10⁶ m)]
  3. v = √(5.71 × 10⁷) m s⁻¹
  4. v ≈ 7.56 × 10³ m s⁻¹
SP 3.3.1

SP 3.3.2Berkomunikasi untuk menerangkan satelit geopegun dan bukan geopegun.

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Berkomunikasi

Murid perlu menerangkan perbezaan satelit geopegun dan bukan geopegun dari segi orbit, fungsi dan tempoh hayat, dengan contoh satelit.

  1. IsiSatelit geopegun
    Huraian

    Tempoh orbit 24 jam, mengorbit di atas khatulistiwa searah putaran Bumi pada ketinggian kira-kira 35 800 km, jadi sentiasa di atas tempat yang sama. Fungsi: komunikasi dan siaran.

    Contoh

    MEASAT membekalkan siaran televisyen satelit ke Malaysia.

  2. IsiSatelit bukan geopegun
    Huraian

    Tempoh orbit bukan 24 jam dan kedudukannya berubah relatif kepada Bumi; biasanya di orbit lebih rendah. Fungsi: pengimejan, kajian cuaca dan sains. Tempoh hayat satelit orbit rendah lazimnya lebih pendek kerana kesan geseran atmosfera nipis.

    Contoh

    TiungSAT dan RazakSAT (pengimejan Bumi), Pipit dan ISS (orbit rendah).

Peta buih bergandaSatelit geopegun vs bukan geopegun

Satelit geopegunTempoh orbit 24 jamOrbit di atas khatulistiwaArah gerakan sama dengan putaran BumiSentiasa di atas tempat yang samaKetinggian kira-kira 35 800 kmCth satelit komunikasi dan siaran TV (MEASAT)
PersamaanDikekalkan oleh daya graviti sebagai daya memusatHalaju v = √(GM/r)Mengorbit Bumi
Satelit bukan geopegunTempoh orbit bukan 24 jam (biasanya lebih pendek)Orbit pelbagai, cth orbit kutubKedudukan berubah relatif kepada BumiKetinggian biasanya lebih rendahCth satelit cuaca, pengimejan, GPS
SP 3.3.2

SP 3.3.3Mengkonsepsikan halaju lepas.

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Mengkonsepsikan

Murid perlu membina konsep halaju lepas sebagai halaju minimum untuk terlepas daripada graviti Bumi menggunakan tenaga keupayaan graviti dan tenaga kinetik.

  1. IsiMaksud halaju lepas
    Huraian

    Halaju lepas ialah halaju minimum yang diperlukan oleh objek di permukaan Bumi untuk mengatasi daya graviti dan terlepas ke angkasa lepas.

    Contoh

    Roket perlu mencapai kira-kira 11.2 km s⁻¹ untuk terlepas dari graviti Bumi.

  2. IsiHubungan tenaga
    Huraian

    Tenaga keupayaan graviti U = −GMm/r. Halaju lepas dicapai apabila U + tenaga kinetik minimum = 0: −GMm/R + ½mv² = 0, maka v = √(2GM/R). Terbitan rumus U tidak diperlukan.

    Contoh

    Jisim roket terbatal, jadi halaju lepas sama bagi roket kecil atau besar.

NotaKonsep halaju lepas

Halaju lepas ialah halaju minimum yang diperlukan oleh suatu jasad di permukaan bumi (atau planet) untuk mengatasi daya graviti dan terlepas ke angkasa lepas. Tenaga kinetik jasad mesti sekurang-kurangnya sama dengan tenaga keupayaan graviti yang perlu diatasi: ½mv² = GMm/R, maka v = √(2GM/R). Halaju lepas tidak bergantung pada jisim jasad. Halaju lepas Bumi yang tinggi (11.2 km s⁻¹) menyebabkan molekul gas atmosfera tidak terlepas.

SP 3.3.3

SP 3.3.4Menyelesaikan masalah yang melibatkan halaju lepas,v bagi roket dari permukaan Bumi, Bulan dan Marikh dan matahari.

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Menyelesaikan

Murid perlu mengira halaju lepas v = √(2GM/R) bagi roket dari permukaan Bumi, Bulan, Marikh dan Matahari.

  1. IsiLangkah pengiraan
    Huraian

    Tukar jejari kepada meter, gantikan G, M dan R, kemudian punca kuasa dua.

    Contoh

    Bumi: v = √[2(6.67 × 10⁻¹¹)(5.97 × 10²⁴)/(6.37 × 10⁶)] = 1.12 × 10⁴ m s⁻¹.

  2. IsiMembanding jasad
    Huraian

    Jasad dengan nisbah M/R lebih besar mempunyai halaju lepas lebih tinggi.

    Contoh

    Bulan 2.37 km s⁻¹, Marikh 5.03 km s⁻¹, Bumi 11.2 km s⁻¹, Matahari 618 km s⁻¹.

JadualHalaju lepas, v = √(2GM/R)

JasadM (kg)R (m)v (km s⁻¹)
Bumi5.97 × 10²⁴6.37 × 10⁶11.2
Bulan7.35 × 10²²1.74 × 10⁶2.37
Marikh6.42 × 10²³3.39 × 10⁶5.03
Matahari1.99 × 10³⁰6.96 × 10⁸618
SP 3.3.4

Peta alirContoh: halaju lepas roket dari Bumi

  1. v = √(2GM/R)
  2. v = √[2(6.67 × 10⁻¹¹)(5.97 × 10²⁴ kg)/(6.37 × 10⁶ m)]
  3. v = √(1.25 × 10⁸) m s⁻¹
  4. v ≈ 1.12 × 10⁴ m s⁻¹ = 11.2 km s⁻¹
SP 3.3.4

Ingat: mnemonik & kad imbas

Mnemonik

KASTA
Ciri satelit geopegun: Khatulistiwa (orbit di atasnya), Arah sama putaran Bumi, Sama tempoh 24 jam, Tetap di atas tempat sama, Altitud kira-kira 35 800 km.

Kad imbas

Halaju satelit dalam orbit
v = √(GM/r)
Tempoh orbit satelit geopegun
24 jam
Takrif halaju lepas
Halaju minimum untuk mengatasi graviti dan terlepas ke angkasa
Rumus halaju lepas
v = √(2GM/R)
Halaju lepas Bumi
11.2 km s⁻¹

Semak kefahaman

  1. Tuliskan rumus halaju linear satelit bagi orbit berjejari r. (SP 3.3.1)

    Lihat jawapan

    v = √(GM/r), dengan M jisim Bumi.

  2. Nyatakan tempoh orbit satelit geopegun. (SP 3.3.2)

    Lihat jawapan

    Tempoh orbit satelit geopegun ialah 24 jam, sama dengan tempoh putaran Bumi.

  3. Tuliskan rumus halaju lepas dari permukaan sebuah planet. (SP 3.3.3)

    Lihat jawapan

    v = √(2GM/R), dengan M jisim planet dan R jejari planet.

  4. Halaju lepas Bumi ialah 11.2 km s⁻¹. Nyatakan sama ada roket bergerak 8 km s⁻¹ dapat terlepas dari graviti Bumi. (SP 3.3.4)

    Lihat jawapan

    Tidak, kerana 8 km s⁻¹ kurang daripada halaju lepas 11.2 km s⁻¹.

15 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.

Tahap Penguasaan (TP)

TPTafsiran
TP1Mengingat kembali pengetahuan dan kemahiran sains mengenai Kegravitian.
TP2Memahami Kegravitian serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut.
TP3Mengaplikasikan pengetahuan mengenai Kegravitian untuk menerangkan kejadian atau fenomena alam dan melaksanakan tugasan mudah.
TP4Menganalisis pengetahuan mengenai Kegravitian dalam konteks penyelesaian masalah mengenai kejadian atau fenomena alam.
TP5Menilai pengetahuan mengenai Kegravitian dalam konteks penyelesaian masalah dan membuat keputusan untuk melaksanakan satu tugasan.
TP6Mereka cipta menggunakan pengetahuan dan kemahiran sains mengenai Kegravitian dalam konteks penyelesaian masalah atau membuat keputusan dalam melaksanakan aktiviti/ tugasan dalam situasi baharu secara kreatif dan inovatif dengan mengambil kira nilai sosial/ ekonomi/ budaya masyarakat.
Untuk guru: cadangan aktiviti mencapai TP (6)
  1. TP1

    Mengingat kembali pengetahuan dan kemahiran sains mengenai Kegravitian.

    Aktiviti: Murid memadankan gambar satelit komunikasi, cuaca dan GPS dengan kad kegunaan masing-masing dan menyebut satu contoh satelit yang dikenali dalam kehidupan harian. 10 minit.

    Evidens PBD: Padanan kad dan contoh lisan dicatat guru

    SP disasar: 3.3.1, 3.3.2 · Latihan sepadan: aras Mengingat
  2. TP2

    Memahami Kegravitian serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut.

    Aktiviti: Murid menerangkan secara lisan mengapa satelit geopegun kelihatan pegun di langit, dengan menyebut tempoh orbit 24 jam, arah orbit dan ketinggian khasnya.

    Evidens PBD: Penerangan lisan dan lakaran ringkas orbit

    SP disasar: 3.3.1, 3.3.2 · Latihan sepadan: aras Memahami
  3. TP3

    Mengaplikasikan pengetahuan mengenai Kegravitian untuk menerangkan kejadian atau fenomena alam dan melaksanakan tugasan mudah.

    Aktiviti: Murid menerangkan bagaimana daya graviti sebagai daya memusat mengekalkan orbit, membandingkan satelit geopegun dengan bukan geopegun dalam jadual, dan menerangkan maksud halaju lepas.

    Evidens PBD: Jadual perbandingan dan penerangan orbit dan halaju lepas

    SP disasar: 3.3.1, 3.3.2, 3.3.3 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi
  4. TP4

    Menganalisis pengetahuan mengenai Kegravitian dalam konteks penyelesaian masalah mengenai kejadian atau fenomena alam.

    Aktiviti: Murid mengira halaju lepas v = √(2GM/r) bagi Bumi dan Bulan menggunakan data buku teks, kemudian membandingkan nilai tersebut dan menerangkan mengapa roket ke Marikh memerlukan perancangan khusus.

    Evidens PBD: Pengiraan halaju lepas berunit dan huraian perbandingan

    SP disasar: 3.3.3, 3.3.4 · Latihan sepadan: aras Menganalisis
  5. TP5

    Menilai pengetahuan mengenai Kegravitian dalam konteks penyelesaian masalah dan membuat keputusan untuk melaksanakan satu tugasan.

    Aktiviti: Murid menilai pemilihan jenis satelit (geopegun atau bukan geopegun) untuk menyiarkan televisyen, memantau cuaca dan pemetaan permukaan bumi, lalu menjustifikasi setiap pilihan dengan ciri orbit.

    Evidens PBD: Justifikasi pilihan jenis satelit bagi tiga kegunaan

    SP disasar: 3.3.2, 3.3.4 · Latihan sepadan: aras Menilai dan Menghayati
  6. TP6

    Mereka cipta menggunakan pengetahuan dan kemahiran sains mengenai Kegravitian dalam konteks penyelesaian masalah atau membuat keputusan dalam melaksanakan aktiviti/ tugasan dalam situasi baharu secara kreatif dan inovatif dengan mengambil kira nilai sosial/ ekonomi/ budaya masyarakat.

    Aktiviti: Murid mereka bentuk cadangan satelit kecil untuk komuniti sekolah (cuaca setempat), memilih ketinggian orbit, menerangkan cara orbit dikekalkan dan mengira halaju lepas jika dilancarkan dari Bumi.

    Evidens PBD: Kertas cadangan satelit dinilai rubrik

    SP disasar: 3.3.1, 3.3.2, 3.3.4 · Latihan sepadan: aras Mencipta

Cadangan sahaja; TP rasmi ditentukan guru melalui pertimbangan profesional (PBD). Buka unit dan latihan

Siapkan unit ini dalam mod interaktif untuk mendapat bintang, anggaran TP dan Kad Tahniah. Siapkan semua 30 unit Fizik Tingkatan 4 untuk Sijil Penghargaan SistemGuru.My.

Belajar & latih secara interaktifSemua unit Fizik Tingkatan 4

Unit lain dalam 3.0 KEGRAVITIAN

  1. 3.1 Hukum Kegravitian Semesta Newton
  2. 3.2 Hukum Kepler
  3. 3.3 Satelit Buatan Manusia