Pengenalan Kepada Fizik

Bab 1 – Pengenalan Kepada Fizik (Introduction to Physics)

1.Apa itu Fizik?

Perkataan Fizik (physics) berasal dari perkataan Greek ‘physikos’ yang bermakna ‘pengetahuan tentang alam semula jadi’.

Tujuan pembelajaran fizik adalah untuk menjelaskan sifat asas alam semesta dengan menggunakan penjelasan yang paling mudah.

Secara umum, fizik membantu kita untuk mencari jawapan kepada persoalan ‘mengapa (why)?’ dan ‘bagaimana (how)?’ berhubung dengan misteri-misteri alam semesta.

Soalan ‘mengapa?’ memerlukan satu alasan atau sebab untuk diberikan. Soalan yang berbunyi ‘mengapa air mengalir?’ adalah lebih sukar untuk dijawab berbandingdengan soalan ‘bagaimana air mengalir?’.

Jawapan kepada soalan ‘mengapa?’ selalunya bermula dengan perkataan ‘kerana (cause)’, atau ‘disebabkan oleh (due to)’.

Soalan ‘bagaimana?’ memerlukan penjelasan cara fenomena itu berlaku. Sebagai contoh, ‘bagaimana komputer berfungsi?’ dan ‘bagaimana televisyen menghasilkan imej bergerak?’.

Manusia selalunya tidak sabar-sabar dalam memahami sesebuah fenomena semulajadi. Semenjak awal lagi, manusia mempunyai minat yang mendalam terhadap  keajaiban alam sekitar. Keadaan ini menerangkan tentang  kepentingan manusia dalam memahami bagaimana suatu perkakas (appliance) itu beroperasi.

Kebanyakan fenomena semula jadi boleh diterangkan dengan menggunakan prinsip-prinsip fizik. Sebagai contoh:

• Kita tidak boleh melihat sesuatu objek di sebalik dinding kerana cahaya bergerak dalam garis lurus.
• Rumput kelihatan hijau kerana daun rumput menyerap semua spektrum (spectrum) warna kecuali warna hijau. Cahaya hijau dibalikkan, oleh itu rumput kelihatan hijau.

2.Bidang Kajian Dalam Fizik

Secara umumnya, bidang fizik adalah berkenaan dengan kajian tenaga (energy) dan jirim (matter).

Bidang pengajian dalam fizik adalah terbahagi kepada fizik (klasik) dan fizik moden.

Fizik (klasik) mengkhusus kepada persoalan-persoalan berkenaan pergerakan dan tenaga (motion and energy). Ia meliputi lima bidang kajian penting iaitu, mekanik (daya dan pergerakan), haba (heat), bunyi (sound), elektrik dan kemagnetan (electricity and magnetism), dan cahaya (light).

Fizik moden pula lebih menumpukan kepada kepercayaan saintifik (scientific beliefs) tentang struktur asas bahan. Bidang kajian utamanya adalah termasuk fizik atom (atomic), fizik molekul dan elektron (molecule and electron), fizik nuklear (nuclear), fizik zarah (particle), relativiti (relativity), asal-usul alam semesta, dan astrofizik (astrophysics).

Penyelidikan dalam fizik moden adalah melibatkan pemerhatian terhadap sekecil-kecil zarah seperti proton dan neutron dalam atom, sehinggalah kepada objek besar seperti bintang dan planet di alam semesta.

3.Kepentingan Fizik

Pengetahuan yang diperolehi daripada kajian fizik adalah juga amat penting dalam bidang sains yang lain, termasuk astronomi, biologi, kimia dan geologi.

Terdapat hubung kait yang amat rapat antara bidang fizik dan pembangunan praktikal dalam bidang kejuruteraan, perubatan dan teknologi. Sebagai contoh, jurutera mereka-bentuk kereta dan mesin dengan mengambil kira dan mempertimbangkan konsep dan teori dalam bidang fizik.

Kajian bidang fizik adalah berkembang pesat, dimana ianya membawa kepada kemajuan dalam bidang teknologi yang juga memberi banyak manfaat dalam kehidupan seharian manusia.

Applikasi hukum-hukum / prinsip-prinsip dan teori-teori asas inilah (dalam bidang fizik), yang telah membolehkan para jurutera dan saintis untuk menghantar dan meletakkan satelit ke orbit, menerima maklumat dari ruang angkasa lepas, serta memperbaiki dan membangunkan teknologi telekomunikasi.

4.Kuantiti Asas

Fizik adalah sains yang melibatkan pengukuran yang tepat.

Pengukuran (measurement) ialah proses menentukan nilai kuantiti yang menggunakan peralatan saintifik dengan skala piawai (standard).

Kuantiti yang boleh diukur dipanggil kuantiti fizik (physical quantity).

Contoh-contoh kuantiti fizik adalah seperti suhu bilik, isipadu air, kelajuan kereta, tekanan gas, berat badan seseorang, dan sebagainya.

Kuantiti fizik dikategorikan kepada kuantiti asas (base quantities) dankuantiti terbitan (derived quantities).

Kuantiti asas adalah kuantiti fizik yang tidak boleh ditakrifkan oleh kuantiti fizik yang lain.

Setiap kuantiti fizik dinyatakan sebagai nilai berangka dalam unit pengukuran tertentu. Sebagai contoh:

Panjang pembaris meter = 100 cm

dimana,

Panjang adalah kuantiti fizik.

100 adalah nilai berangka.

cm adalah unit pengukuran.

Suatu unit, dalam pengukuran, adalah kuantiti yang diterima pakai sebagai piawai (standard) oleh mana-mana kuantiti yang lain, daripada jenis yang sama diukur.

Terdapat banyak unit yang berbeza. Suatu kuantiti yang tertentu boleh ditulis dalam unit-unit yang berbeza berdasarkan latar belakang budaya masyarakat setempat. Sebagai contoh:

• Jisim: gram, kilogram, tonnes, pound, ounces.
• Panjang: inches, feet, miles, metres.
• Masa: seconds, minutes, hari, jam, bulan.

Tetapi dalam kerja-kerja saintifik, adalah lebih mudah jika semua orang menggunakan sistem unit yang sama.

Satu persidangan ‘The 11th General Conference of Weights and Measures’ yang diadakan di Paris pada 1960, telah mengguna pakai Unit Sistem Antarabangsa(International Systems of units, SI) sebagai suatu sistem yang lebih praktikal yang disyorkan bagi sesuatu unit pengukuran.

SI mentakrifkan tujuh unit asas, iaitu: meter, kilogram, saat, kelvin, ampere, mol dan candela.

Jadual dibawah menunjukkan lima kuantiti asas yang penting dan unit SI yang sepadan.

5.Kuantiti Terbitan

Kuantiti terbitan (derived quantities) adalah kuantiti fizikal yang diperolehi dengan menggabungkan kuantiti asas. Ianya boleh dilakukan dengan pendaraban atau pembahagian atau kedua-duanya sekali.Unit bagi kuantiti terbitan dikenali sebagai unit terbitan (derived unit).Jadual di bawah menunjukkan beberapa contoh kuantiti terbitan dan unit terbitannya.Beberapa unit terbitan adalah kompleks. Oleh itu, nama khas digunakan untuk menggantikan unit-unit ini. Sebagai contoh, unit bagi kuantiti terbitan, daya (force), ialah Newton (N).