UNIT 2 KERJA

2.1 KERJA DALAM SISTEM MEKANIKAL 2.1.1 KERJA DILAKUKAN OLEH SUATU DAYA Kerja yang dilakukan oleh suatu daya boleh didefinasikan sebagai: Kerja = Daya dikenakan ,F x Jarak,D W = NM @ Joule

2.1 KERJA DALAM SISTEM MEKANIKAL 2.1.1 KERJA DILAKUKAN OLEH SUATU DAYA Contoh : Sebuah traktor ditarik sejauh 5 m dari titik A ke titik B. Daya yang diperlukan untuk menarik traktor ialah sebanyak 5000 N. Berapakah kerja yang dilakukan? W = F x D W = 5000 N x 5 m = 25000 Nm @ J 5000 N A 5 meter B

2.1 KERJA DALAM SISTEM MEKANIKAL 2.1.2 KEPENTINGAN KERJA Sebelum kerja terhasil perlulah ada daya yang bertindak ke atas sesuatu objek. Kerja akan mengerakkan objek tadi dan mengubah kedudukannya samada menegak atau mendatar. Contoh: Apabila pemandu kereta menekan pedal minyak, tayar akan bergerak dan seterusnya menggerakkan kereta tersebut. Daya dikenakan kepada pedal menyebabkan kerja terhasil yang menggerakkan tayar kereta tersebut.

2.1 KERJA DALAM SISTEM MEKANIKAL 2.1.3 KECEKAPAN Kecekapan ditakrifkan sebagai perbandingan antara kerja keluar dan kerja masuk. Gambarajah berikut menjelaskan apa yang dimaksudkan dengan kerja keluar dan kerja masuk. D H F W Takal

2.1 KERJA DALAM SISTEM MEKANIKAL 2.1.3 KECEKAPAN Satu beban W diangkat setinggi H meter oleh kabel yang dipasangkan pada satu takal. Apabila daya F dikenakan, ia akan menggerakkan kabel tersebut sejauh D meter. Kerja keluar yang dihasilkan = W x H Kerja masuk yang dihasilkan = F x D

2.1 KERJA DALAM SISTEM MEKANIKAL 2.1.3 KECEKAPAN Kecekapan mesin mudah ini ialah nisbah kerja keluar kepada kerja masuk dan dinyatakan dalam peratus seperti 70%, 80% atau 90%. Kecekapan, % = Kerja Keluar * 100% Kerja Masuk

2.1 KERJA DALAM SISTEM MEKANIKAL 2.1.4 KILASAN Sudut di kira dalam unit radian. Satu radian ialah bukaan yang dibentuk oleh dua jejari yang menghasilkan satu lengkok seperti pada rajah di sebelah. Satu radian bersamaan dengan sudut 57.3 darjah.

2.1 KERJA DALAM SISTEM MEKANIKAL 2.1.4 KILASAN Pie atau  digunakan untuk menyatakan sudut. Ia bersamaan dengan 180 darjah atau setengah bulatan. Jadi kalau satu bulatan bermaksud 2. Pie atau  ini juga bernilai 3.1416. Cara menulis sudut kilasan ini ialah 1/3 radian, 1/2 radian,  radian ataupun 2 radian seperti yang ditunjukkan pada gambarajah berikut:

2.1 KERJA DALAM SISTEM MEKANIKAL 2.1.4 KILASAN 450 45° atau /4 rad 180° atau  rad 900 90° atau /2 rad 360° atau 2 rad

2.1 KERJA DALAM SISTEM MEKANIKAL 2.1.4 KILASAN Contoh : Tukarkan 60 darjah kepada sebutan radian. 180° =  rad 60° =  rad * 60° 180° =  rad 3

2.1 KERJA DALAM SISTEM MEKANIKAL 2.1.4 KILASAN Persamaan kerja oleh kilasan: Kerja = Kilasan yang x Sudut yang menghasilkan kerja dihasilkan W = T *  (radian)

2.1 KERJA DALAM SISTEM MEKANIKAL 2.1.4 KILASAN Contoh: Rajah menunjukkan daya 40 N dikenakan kepada pemutar skru. Panjang pemutar skru ialah 0.02 m. Manakala sudut yang dihasilkan bagi melonggarkan skru itu ialah  = 45°. Berapa kerja yang diperlukan untuk menggerakkan kepala skru tersebut ? T = 40 N x 0.02 m = 0.8 Nm Penukaran sudut kepada radian 180 darjah =  radian 45 darjah =  radian * 45° 180 darjah  = /4 radian W = T *  = 0.8 N.m x /4 radian = 0.628 N.m 450

2.1 KERJA DALAM SISTEM MEKANIKAL 2.1.4 KILASAN AKTIVITI 1 Seorang anggota bomba membuka penutup paip bomba dengan menggunakan spanar di tepi jalan untuk memadam kebakaran sebuah rumah berhampiran. Panjang spanar itu ialah 0.5 m. Ketika membuka penutup itu anggota bomba tersebut memusingkan spanar sebanyak 60 darjah dan daya yang dikenakan ialah 100 N. Berapakah kerja yang dilakukan?

2.2 KERJA DALAM SISTEM BENDALIR 2.2.1 PENGENALAN Di dalam sistem bendalir, kerja akan terjadi bila terdapat perbezaan tekanan di dalam bendalir atau gas yang bergerak. Apabila kita menghembus angin pada sebatang lilin, kita akan dapati satu kawasan yang bertekanan tinggi di bahagian luar mulut dan satu kawasan bertekanan rendah pada lilin. Ini menunjukan udara bergerak dari suatu tekanan tinggi kepada suatu tekanan rendah. Hembusan udara itu menunjukan kerja telah dilakukan di mana terdapatnya perbezaan tekanan yang berlaku.

2.2 KERJA DALAM SISTEM BENDALIR 2.2.2 SISTEM BENDALIR TERTUTUP Dalam Sistem Bendalir Tertutup kebanyakan bendalir yang diluahkan oleh motor akan dikembalikan ke bahagian masukan pam. Atau dengan erti kata lain ialah berlakunya edaran pusingan. Contoh yang menggunakan sistem bendalir tertutup ialah Jek Hidraulik dan Sistem Brek Kereta.

2.2 KERJA DALAM SISTEM BENDALIR 2.2.3 SISTEM BENDALIR TERBUKA Dalam sistem penghantaran litar terbuka, semua bendalir yang diluahkan oleh motor akan kembali ke takungan minyak. Atau dengan erti kata lain ialah tidak berlaku edaran pusingan. Contoh yang menggunakan sistem bendalir terbuka ialah sistem air pembentungan dan sistem air pada Truk Bomba.

2.2 KERJA DALAM SISTEM BENDALIR 2.2.4 BAGAIMANA OMBOH BEKERJA Apabila tekanan malar dikenakan pada sesuatu omboh, berlaku perubahan isipadu bendalir menyebabkan omboh akan bergerak ke hadapan dan seterusnya menolak beban di atasnya. Kerja = Tekanan x Isipadu yang malar digerakkan W = Pmalar * V

2.2 KERJA DALAM SISTEM BENDALIR 2.2.4 BAGAIMANA OMBOH BEKERJA Rajah di bawah menunjukan pergerakan omboh dari kedudukan awal ke kedudukan akhir.

2.2 KERJA DALAM SISTEM BENDALIR 2.2.4 BAGAIMANA OMBOH BEKERJA Dalam industri berat, biasanya robot digunakan untuk mengangkat benda-benda berat. Robot menggunakan silinder hidraulik untuk melakukan kerja berat tersebut. Seperti gambarajah di atas silinder hidraulik dibuat dalam bentuk silinder kosong dan dipadankan dengan piston dan bendalir di dalamnya. Piston dikeluarkan oleh tindakan tekanan minyak. Apabila piston bergerak beban juga turut bergerak.

2.2 KERJA DALAM SISTEM BENDALIR 2.2.4 BAGAIMANA OMBOH BEKERJA AKTIVITI 2 Sebuah silinder hidraulik mengerakan piston (mendatar) sejauh 10 cm semasa penolakan ke atas beban. Tekanan bendalir piston ialah 80 kN/ m2. Dapatkan kerja yang dilakukan oleh silinder hidraulik tersebut jika diberi luas silinder ialah 12cm².Rajah berikut menunjukan sebuah piston yang sedang melakukan kerja.

2.2 KERJA DALAM SISTEM BENDALIR 2.2.4 BAGAIMANA OMBOH BEKERJA Kerja yang dihasilkan disebabkan oleh berlakunya perbezaan tekanan dan isipadu yang digerakan. Kerja = Perbezaan x Isipadu yang Tekanan digerakan W = P * V

2.2 KERJA DALAM SISTEM BENDALIR 2.2.4 BAGAIMANA OMBOH BEKERJA Pam akan memindahkan sejumlah air pada tekanan yang berbeza. Tekanan bahagian atas paip keluaran adalah sama dengan tekanan atmosfera. Tekanan bawah salur masuk paip adalah sama dengan jumlah tekanan atmosfera dan jumlah tekanan ketinggian paras air atau ‘h’. Contoh sistem air ini boleh di lihat di taman perumahan, kawasan yang bertekanan rendah, dan loji penyimpanan air.

2.2 KERJA DALAM SISTEM BENDALIR 2.2.4 BAGAIMANA OMBOH BEKERJA Contoh: Sebuah tangki yang boleh menampung 250 kaki padu air. Jarak antara paip di bahagian atas dengan paras air dalam tasik adalah 150 kaki. Pam digunakan untuk menyedut air dari tasik ke tangki. Berat ketumpatan air ialah 62.4 Ib/ kaki padu P = 62.4 Ib/ kaki padu x 150 kaki = 9360 Ib/ kaki padu W = (p) * V = (9360 Ib/ kaki²) (250 kaki padu) = 2340000 kaki paun

2.2.5 GAS YANG DIMAMPATKAN OLEH PISTON 2.2 KERJA DALAM SISTEM BENDALIR 2.2.5 GAS YANG DIMAMPATKAN OLEH PISTON Dalam silinder hidraulik, bendalir di bawah tekanan digunakan untuk mengerakkan piston. Seterusnya piston akan menggerakan beban di mana kerja telah dilakukan. Dalam enjin gasoline, piston akan melakukan kerja di mana terdapat percampuran di antara udara dengan gasoline dalam bentuk wap kemudian dimampatkan dalam jumlah isipadu yang kecil.

2.2 KERJA DALAM SISTEM BENDALIR 2.2.5 GAS YANG DIMAMPATKAN OLEH PISTON Walau bagaimana pun pertukaran isipadu gas (V) oleh pergerakan piston ke bawah ke kedudukan 2 boleh ditentukan dengan persamaan seperti di bawah. V = luas silinder * jarak piston bergerak Jarak Pergerakan piston Perubahan isipadu (V) 0.40m 0.30m

2.2 KERJA DALAM SISTEM BENDALIR 2.2.5 GAS YANG DIMAMPATKAN OLEH PISTON AKTIVITI 1 Diberi satu piston seperti gambarajah bergerak sejauh 0.40m dan diameter silinder ialah 0.30m. Dapatkan perubahan isipadu apabila udara dimampatkan. Jarak piston bergerak = 0.40m Diameter silinder = 0.30m Luas silinder =  d²/ 4 =  (0.30)² / 4 =  (0.09)/ 4 = 0.0225 V = luas silinder x jarak piston bergerak V = 0.0225 x 0.40 = 0.009

2.2 KERJA DALAM SISTEM BENDALIR 2.2.5 GAS YANG DIMAMPATKAN OLEH PISTON Contoh kerja dalam sistem terbuka Pergerakan gas melalui paip daripada pembekal kepada pengguna Pergerakan cat dalam sistem semburan cat. Pergerakan udara daripada kompressor ke dalam enjin jet. Contoh kerja dalam sistem tertutup Operasi brek dalam sistem brek kenderaan Pergerakan darah dari jantung ke seluruhan badan. Kapal korek atau back hoe.

2.3 KERJA DALAM SISTEM ELEKTRIK 2.3.1 PENGENALAN Kerja dalam sistem elektrik berlaku apabila: Cas yang bergerak melalui konduktor melakukan kerja yang tidak kelihatan tetapi boleh dilihat atau dirasa. Perbezaan voltan Cas bergerak cas kerja menyebabkan konduktor

2.3 KERJA DALAM SISTEM ELEKTRIK 2.3.2 CAS ELEKTRIK Elektron yang terpisah daripada atomnya digerakkan oleh daya elektrik melalui konduktor. Pergerakan elektron ini dinamakan arus elektrik. Contoh :Bateri menggerakkan elektron melalui litar untuk menyalakan lampu. Rujuk gambar berikut. Konduktor ē ē ē ē

2.3 KERJA DALAM SISTEM ELEKTRIK 2.3.2 CAS ELEKTRIK Cas elektrik disukat dalam unit Coulomb. 1 Coulomb = 6.25 x 10 elektron 18

2.3 KERJA DALAM SISTEM ELEKTRIK 2.3.3 UNIT KERJA ELEKTRIK Persamaan unit kerja elektrik adalah seperti berikut: Kerja = Perbezaan Voltan x Cas digerakkan elektrikal W = (ΔV) x q Joule = Voltan x Coulomb

2.3 KERJA DALAM SISTEM ELEKTRIK 2.3.3 UNIT KERJA ELEKTRIK Contoh: Sebuah bateri kuasa 12v boleh menyimpan 800 Coulomb cas elektron. Berapakah kerja elektrik yang dihasilkan? W = (ΔV) x q = 12 x 800 (Volt.Coulomb) = 9.6 x 10 (Volt.Coulomb) = 96 kJoule. Maka, 96 kJoule ialah kerja yang dilakukan untuk mengecas bateri. 4

2.3 KERJA DALAM SISTEM ELEKTRIK 2.3.4 HUBUNGAN CAS ELEKTRIK DENGAN ARUS ARUS = CAS MASA I (Ampere) = q (Coulomb) t (saat) q (Coulomb) = It (Ampere.saat) 1 Coulomb = 1 (Ampere . saat) 1 (Ampere.jam) = 3600 Coulomb

2.3 KERJA DALAM SISTEM ELEKTRIK 2.3.4 HUBUNGAN CAS ELEKTRIK DENGAN ARUS Contoh 1: Berapa lamakah bateri boleh bertahan dengan nilai cas 8000 Coulomb? 3600 Coulomb = 1 (Ampere . jam) 8000 Coulomb = 1 x 8000 3600 = 2.2 (Ampere . jam)

2.3 KERJA DALAM SISTEM ELEKTRIK 2.3.5 KERJA DILAKUKAN KE ATAS MOTOR Contoh 2: Motor elektrik AT 12volt beroperasi selama 2min. Arus yang mengalir ialah 4 Ampere. Kirakan kerja elektrik yang dilakukan untuk motor beroperasi selama 2min. Kerja dilakukan = Tenaga elektrik digunakan q = It = 4 x 2 x 60 = 480 Coulomb W = (ΔV) x q = 12 x 480 = 5760 Joule.

2.3 KERJA DALAM SISTEM ELEKTRIK 2.3.6 KESAN OLEH KERJA ELEKTRIK Kerja elektrik menyebabkan pergerakan, haba, penghasilan cahaya dan suara. Contoh: - Mesin - Motor - Lampu - Televisyen

2.3 KERJA DALAM SISTEM ELEKTRIK 2.3.7 KECEKAPAN ELEKTRIK Tenaga elektrik menyebabkan motor berputar Kerja elektrik kepada kerja mekanikal Peralatan bergerak secara mekanikal

2.3 KERJA DALAM SISTEM ELEKTRIK 2.3.7 KECEKAPAN ELEKTRIK Sesetengah daripada kerja elektrik akan hilang sebagai tenaga haba yang akan menyebabkan motor menjadi panas jika kerja elektrik itu memang untuk mengeluarkan tenaga haba. Oleh yang demikian, kehilangan haba ini akan mengurangkan keupayaan atau kecekapan motor.

2.3 KERJA DALAM SISTEM ELEKTRIK 2.3.8 KECEKAPAN MOTOR Peratus kecekapan motor boleh didapati melalui persamaan di bawah: Kecekapan motor = Kerja keluaran * 100 Kerja masukan = W OUT * 100 W IN = F x D * 100 I x V x t

2.3 KERJA DALAM SISTEM ELEKTRIK 2.3.8 KECEKAPAN MOTOR Contoh 1: Tenaga masukan sebuah motor ialah 5760J. Motor disambungkan kepada kren untuk menggerakkan rasuk. Berat rasuk 2000N dan diangkat setinggi 2.5m. Kirakan kerja yang dilakukan oleh motor serta kecekapan motor. W OUT = F x D = 2000 x 2.5 = 5000 J Kecekapan = W OUT * 100 motor W IN = 5000 * 100 5760 = 86.8%

2.3 KERJA DALAM SISTEM ELEKTRIK 2.3.8 KECEKAPAN MOTOR Contoh 2: Berapakah kecekapan motor yang mempunyai keupayaan ¾kk dan memerlukan 1000W kuasa masukan elektrik ? Diberi 1 kk = 746 W. Kuasa masukan = 1000 W Kuasa keluaran = ¾ kk = ¾ x 746 = 559 W Kecekapan = Kerja keluaran * 100 motor Kerja masukan = 559 *100 1000 = 55.95 %