Nota Asas 2: Jirim, tenaga , dan daya

Oleh kerana Fizik adalah kajian mengenai jirim dan tenaga, maka amat penting untuk kita berkenalan dengan kuantiti fizik yang menjadi asas kepada jirim. Atau dalam kata-kata yang lebih terus terang, amat perlu untuk kita memahami apa-apa juga konsep asas Fizik yang berkaitan dengan jirim dan tenaga.

Pertama, apa itu jirim? Jirim adalah objek benda yang mempunyai jisim dan bersifat menempati ruang. Segala benda di sekeliling kita adalah jirim; dari yang sekekecil-kecilnya hinggalah yang sebesar-besarnya, dari yang sedekat-dekatnya hinggalah yang sejauh-jauhnya, dan dari yang nampak hinggalah yang tak nampak. Bidang Fizik yang khusus mengkaji tentang jirim ialah Sains Bahan. Kajian Sains Bahan meliputi pengkelasan bahan, struktur susunan atom bahan, sifat-sifat fizikal bahan, kaedah-kaedah pengukuran, pengujian, dan pencirian bahan.

Kedua, apa itu tenaga? Buku-buku teks sekolah mentakrifkan tenaga sebagai keupayaan melakukan kerja. Kerja dalam Fizik adalah kerja mekanikal, iaitu satu kuantiti yang terhasil apabila daya bertindak menyebabkan berlaku sesaran (iaitu anjakan atau perpindahan kedudukan) objek yang daya itu bertindak padanya. Secara matematik, kuantiti kerja adalah hasildarab bintik daya dengan sesaran, iaitu W = F.s = Fs cos (theta). Di sini, W mewakili kuntiti kerja, F daya, s sesaran, dan theta adalah sudut antara vektor daya F dengan vektor sesaran s. [Perhatian: Kita gunakan huruf tebal bagi menandakan kuantiti vektor]


Ketiga, apa itu daya? Buku-buku Fizik mentakrifkan daya sebagai agen yang menyebabkan perubahan keadaan (status) gerakan jasad atau merubah rupabentuk jasad. Maksudnya, benda yang sedang rehat (tidak bergerak) akan bergerak jika dikenakan cukup daya padanya, atau kereta yang sedang bergerak jadi berhenti apabila daya brek bertindak pada roda-rodanya. Contoh lain, tin minuman yang kosong jadi kemek apabila ditekan. Itulah daya.

Bentuk-bentuk tenaga. Macam-macam bentuk. Ada tenaga keupayaan dan ada tenaga kinetik. Ada tenaga kimia dan ada tenaga haba. Ada tenaga nuklear dan ada tenaga sinaran. Ada tenaga elektrik dan ada tenaga bunyi. Menurut Feynman, seorang Pemenang Hadial Nobel dalam dibang Fizik, tenaga ini satu kuantiti yang pelik kerana ada macam-macam bentuknya tetapi apabila dijumlahkan hasilnya tetap sama. (Ini dikenali sebagai keabadian tenaga). Ringkasnya, tanpa tenaga tidak akan ada apa-apa perubahan fizikal.

Jenis-jenis daya. Macam-macam ada. Ada daya sentuh dan ada daya tak sentuh. Ada daya tolakan ada daya tarikan. Daya graviti, daya elektrik, daya magnet, daya geseran, daya apungan, daya tensil, dan daya riicih. Unit bagi daya tak kira apa jenisnya ialah newton (Ringkasnya, N). Daya 1N itu kira-kira sama dengan berat benda berjisim 101.94 g di permukaan bumi. Satu kilo benda beratnya 9.81 N.

Kesetaraan jisim-tenaga. Einstein seorang ahli Fizik terkemuka abad ke-20 mengasaskan teori yang menunjukkan bahawa jisim dan tenaga mempunyai kesetaraan melalui formula yang terkenal, iaitu E = mc^2. Di sini, E ialah tenaga, m jisim, dan c halaju cahaya. Tenaga nuklear terhasil apabila nukleus berat terbelah menjadi nukleus-nukleus yang lebih kecil disertai dengan kehilangan jisim. Jisim yang hilang itu setara dengan tenaga nuklear yang terhasil. Tenaga matahari terhasil apabila dua nukleus hidrogen berpadu membentuk nukleus yang lebih besar, misalnya hidrogen-2 atau helium disertai dengan kehilangan jisim.


Rumusan. Fizik adalah kajian mengenai jirim, tenaga, dan interaksi antara jirim dan tenaga. Jirim berinteraksi sesamanya melalui daya. Akibat interaksi jirim dengan daya, jirim mengalami perubahan gerakan atau perubahan rupabentuk atau kedua-dua sekali. Daya yang bertindak pada jirim melakukan kerja dan kuantiti kerja itu menyebabkan jirim mengalami perubahan tenaga.