Dua belas soalan ini merangkumi orbit, gambar rajah berskala, cara bintang membebaskan tenaga, anjakan merah dan perbezaan antara bukti dengan model, dalam fizik angkasa. Semua data ialah rekaan untuk latihan dan tidak diambil daripada mana-mana kertas peperiksaan.
Gunakan c = 3.0 × 108 m/s, 1 tahun cahaya = 9.5 × 1015 m dan 1 tahun = 3.16 × 107 s jika perlu. Soalan disusun daripada yang lebih mudah kepada yang lebih sukar.
Cuba setiap soalan di atas kertas dahulu. Buka jawapan hanya selepas percubaan penuh, dan bandingkan kaedah serta jawapan akhir anda.
Soalan
1. Nyatakan arah daya yang mengekalkan planet dalam orbit mengelilingi Matahari, dan namakan daya itu.
Lihat jawapan
Dayanya ialah graviti. Ia bertindak ke arah Matahari, pusat orbit.
2. Sebuah satelit bergerak pada laju tetap dalam orbit bulatan. Terangkan mengapa ia memecut walaupun lajunya tidak berubah.
Lihat jawapan
Pecutan ialah perubahan halaju, yang merangkumi arah. Arah satelit sentiasa berubah, jadi halajunya berubah, maka ia memecut. Daya graviti berada pada sudut tepat dengan gerakannya, jadi ia mengubah arah tetapi tidak mengubah laju.
3. Sebuah satelit mengorbit Bumi dalam bulatan berjejari 4.2 × 107 m dengan tempoh 24 jam. Kira laju orbitnya dalam m/s.
Lihat jawapan
Tempoh = 24 × 60 × 60 = 86 400 s = 8.64 × 104 s.
Lilitan = 2π × 4.2 × 107 = 2.64 × 108 m.
Laju = 2.64 × 108 ÷ 8.64 × 104 = 3054 m/s, jadi kira-kira 3.1 × 103 m/s.
4. Matahari 1.5 × 1011 m dari Bumi. Berapa lamakah cahaya mengambil masa untuk bergerak dari Matahari ke Bumi? Beri jawapan dalam saat dan minit.
Lihat jawapan
Masa = jarak ÷ laju = 1.5 × 1011 ÷ 3.0 × 108 = 500 s.
500 ÷ 60 = 8.33, jadi kira-kira 8.3 minit.
5. Pada gambar rajah berskala, 1 cm mewakili 1.0 × 108 km. Marikh ialah 2.3 × 108 km dan Zuhal 1.4 × 109 km dari Matahari. Sejauh manakah setiap satu patut dilukis dari Matahari?
Lihat jawapan
Marikh: 2.3 × 108 ÷ 1.0 × 108 = 2.3 cm.
Zuhal: 1.4 × 109 ÷ 1.0 × 108 = 14 cm.
6. Pada skala yang sama, sebuah planet rekaan dilukis 12 cm dari Matahari. Berapakah jarak sebenarnya? Terangkan mengapa planet itu sendiri tidak boleh dilukis pada skala yang sama.
Lihat jawapan
Jarak sebenar = 12 × 1.0 × 108 = 1.2 × 109 km.
Planet seperti Bumi mempunyai diameter kira-kira 1.3 × 104 km. Pada skala ini ia menjadi 1.3 × 104 ÷ 1.0 × 108 = 1.3 × 10-4 cm, terlalu kecil untuk dilihat, jadi gambar rajah membesarkan planet.
7. Namakan proses yang membebaskan tenaga di Matahari, dan terangkan dalam satu ayat.
Lihat jawapan
Pelakuran nukleus: di teras Matahari, nukleus hidrogen bercantum membentuk nukleus helium, dan ini membebaskan tenaga.
8. Terangkan mengapa bintang seperti Matahari kekal pada saiz yang sama untuk masa yang sangat lama.
Lihat jawapan
Graviti menarik bahan bintang ke dalam. Gas panas dalam bintang menghasilkan tekanan ke luar. Kedua-dua kesan ini seimbang, jadi saiz bintang kekal sama. Pelakuran di teras mengekalkan gas panas dan seterusnya mengekalkan tekanan ke luar.
9. Satu garis spektrum mempunyai panjang gelombang pancaran 434.0 nm. Daripada galaksi yang jauh, ia diperhatikan pada 436.6 nm. Gunakan Δλ ÷ λ = v ÷ c untuk mencari laju galaksi itu.
Lihat jawapan
Δλ = 436.6 − 434.0 = 2.6 nm.
Nisbah = 2.6 ÷ 434.0 = 0.00599.
v = 0.00599 × 3.0 × 108 = 1.80 × 106 m/s, jadi kira-kira 1.8 × 106 m/s, menjauhi kita kerana panjang gelombang bertambah.
10. Sebuah galaksi bergerak menjauh pada 3.3 × 106 m/s. Satu soalan memberi v = H0d dengan H0 = 2.2 × 10-18 per saat. Cari d dalam meter dan tahun cahaya.
Lihat jawapan
d = v ÷ H0 = 3.3 × 106 ÷ 2.2 × 10-18 = 1.5 × 1024 m.
Dalam tahun cahaya: 1.5 × 1024 ÷ 9.5 × 1015 = 1.58 × 108, jadi kira-kira 1.6 × 108 tahun cahaya.
11. Jika semua galaksi bergerak berjauhan pada laju tetap, masa sejak ia bersama ialah kira-kira 1 ÷ H0. Dengan H0 = 2.2 × 10-18 per saat, anggarkan masa ini dalam tahun. Nyatakan satu andaian.
Lihat jawapan
1 ÷ 2.2 × 10-18 = 4.55 × 1017 s.
Dalam tahun: 4.55 × 1017 ÷ 3.16 × 107 = 1.44 × 1010, jadi kira-kira 1.4 × 1010 tahun.
Andaian: laju galaksi kekal tetap, iaitu satu pemudahan dalam model ini.
12. Kelaskan setiap pernyataan sebagai pemerhatian atau kesimpulan model. (a) Sinaran gelombang mikro sampai ke Bumi dari semua arah. (b) Alam Semesta sedang mengembang. (c) Cahaya daripada galaksi jauh mempunyai panjang gelombang lebih panjang daripada yang dijangka. Kemudian tulis satu ayat yang menghubungkan (c) dengan (b).
Lihat jawapan
(a) Pemerhatian. (b) Kesimpulan model. (c) Pemerhatian.
Hubungan: “Anjakan merah cahaya daripada galaksi jauh mencadangkan galaksi bergerak berjauhan, yang menyokong model Alam Semesta yang mengembang.”
Jika anda tersilap
| Jenis kesilapan | Soalan | Kembali ke |
|---|---|---|
| Arah daya salah, daya ke hadapan rekaan, halaju berbanding laju | 1, 2 | Kaitkan gerakan orbit dengan arah daya |
| Laju orbit, masa perjalanan cahaya, silap unit saat dan jam | 3, 4 | Kaitkan gerakan orbit dengan arah daya dan Tafsir gambar rajah berskala |
| Penukaran skala, saiz planet pada skala | 5, 6 | Tafsir gambar rajah berskala sistem suria |
| Menamakan pelakuran, menerangkan keseimbangan dalam bintang | 7, 8 | Terangkan sumber tenaga bintang pada aras sukatan |
| Menggantikan ke dalam hubungan yang diberi, unit, tahun cahaya | 9, 10, 11 | Gunakan hubungan anjakan merah yang diberi |
| Mencampurkan bukti dengan kesimpulan, perkataan “membuktikan” | 12 | Bezakan bukti pemerhatian daripada kesimpulan model |
Log kesilapan dan baris gilir uji semula membantu anda merekodkan jenis kesilapan yang berulang, dan penjelas sempadan dan pembundaran boleh membantu apabila anda tidak pasti berapa angka bererti yang perlu diberi.
Selepas percubaan penuh, lihat halaman tuisyen Fizik jika anda mahu guru menyemak kerja anda. Untuk topik seterusnya, lihat penyiasatan dan penerangan fizik.