Apabila kereta berhenti secara mengejut, badan anda mesti kehilangan semua momentumnya. Impuls ialah perubahan momentum, dan ia sama dengan daya yang bertindak didarab dengan masa tindakan. Bagi perubahan momentum yang tetap, masa berhenti yang lebih panjang bermakna daya yang lebih kecil.
Tali pinggang keledar meregang sedikit dan menahan anda pada tempat duduk, jadi anda perlahan dalam sepersekian saat, bukan serta-merta. Tanpanya, anda akan terus bergerak ke hadapan disebabkan inersia dan berhenti secara mendadak pada roda stereng atau cermin, dalam masa yang jauh lebih singkat, jadi daya ke atas anda jauh lebih besar.
Idea yang sama menjelaskan zon remuk, beg udara dan juga membengkokkan lutut semasa mendarat daripada lompatan: setiap satu memanjangkan masa berhenti untuk mengurangkan daya impuls.
Dalam SPM, anda dijangka mengaitkan impuls, perubahan momentum dan masa, serta menerangkan ciri keselamatan secara kualitatif.
Salah faham biasa
- Tali pinggang keledar berfungsi dengan menjadikan anda lebih kuat menahan nahas -> Ia berfungsi dengan memanjangkan masa berhenti, lalu mengurangkan daya pada anda.
- Beg udara menghentikan anda serta-merta, itulah sebabnya ia selamat -> Ia selamat kerana memperlahankan anda secara beransur dalam masa lebih panjang, bukan serta-merta.
- Daya yang lebih besar sentiasa bermakna impuls yang lebih besar -> Impuls juga bergantung pada masa; daya kecil dalam masa panjang boleh memberi impuls yang sama.
Fizik di sebaliknya
Tali pinggang keledar berfungsi melalui prinsip impuls–momentum. Momentum ialah p = mv, diukur dalam kilogram meter per saat (kg m s⁻¹).
Impuls sesuatu daya sama dengan perubahan momentum, dan ia juga sama dengan daya didarab masa daya itu bertindak: FΔt = Δp. Disusun semula, F = Δp/Δt, dengan daya dalam newton (N) dan masa dalam saat (s).
Oleh sebab Δp ditetapkan oleh laju dan jisim anda, satu-satunya cara mengurangkan daya pada anda ialah menambah masa berhenti Δt. Pertimbangkan penumpang 60 kg bergerak pada 20 m s⁻¹ yang mesti berhenti:
- berhenti mendadak, Δt = 0.10 s: F = Δp/Δt = (60 kg × 20 m s⁻¹) ÷ 0.10 s = 12000 N
- berhenti bertali, Δt = 0.50 s: F = (60 kg × 20 m s⁻¹) ÷ 0.50 s = 2400 N
Kedua-duanya menghilangkan momentum 1200 kg m s⁻¹ yang sama, tetapi memanjangkan masa berhenti lima kali menurunkan daya kepada satu perlima. Daya yang lebih kecil itulah yang disebarkan oleh tali pinggang merentasi dada dan pinggul anda.
Lihat dalam kehidupan harian
Perhatikan penjaga gol menangkap tendangan yang keras dan laju. Daripada menahan tangan kaku, penjaga yang baik menarik tangan dan lengan ke belakang ketika bola tiba, menyerapnya ke badan.
Bola tetap perlu kehilangan semua momentumnya, tetapi dengan bergerak seiring bola, penjaga memanjangkan masa bola itu berhenti, jadi daya pada jari jauh lebih lembut dan bola kurang cenderung melantun keluar atau memedihkan tangan.
Cuba sendiri dengan menangkap bola berat yang dibaling kepada anda. Sambar dengan lengan tegang dan tapak tangan terasa pedih; biarkan tangan bergerak ke belakang sedikit dan tangkapan yang sama terasa lembut.
Tiada apa berubah pada bola, hanya masa berhenti.
Penaakulan yang sama membentuk tilam span tebal di kawasan pendaratan lompat tinggi. Ia termampat perlahan di bawah atlet yang jatuh, memanjangkan masa untuk berhenti daripada laju penuh kepada rehat, jadi daya pendaratan kekal cukup kecil untuk selamat.
Lantai konkrit yang keras akan menghentikan badan hampir serta-merta, menyampaikan daya yang berbahaya.
Bagaimana ia muncul dalam SPM
Dalam Kertas 2, ini diuji dengan kata perintah seperti terangkan bagaimana sesuatu ciri keselamatan mengurangkan kecederaan, huraikan kesan menambah masa perlanggaran, dan kaitkan daya impuls dengan masa hentaman. Soalan selalunya memberi situasi dalam ayat atau graf dan meminta anda menaakul daripada FΔt = Δp.
Dalam bab Daya dan Gerakan, ia menyusul daripada momentum dan prinsip keabadian momentum, dan ia tergolong dalam standard impuls dan daya impuls. Penaakulan yang sama menyokong kajian ciri keselamatan lain dalam kenderaan, seperti zon remuk, beg udara dan papan pemuka bergegat, dan ia berpaksi pada hukum gerakan Newton.
Satu cara kerap untuk membandingkan situasi ialah menerangkan mengapa masa berhenti yang lebih panjang memberi daya impuls yang lebih kecil bagi perubahan momentum yang sama. Keupayaan menghubungkan jisim, halaju, masa dan daya dalam rantaian penaakulan yang jelas itulah yang dinilai.
Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)