Nota Sains Tingkatan 3

Sistem saraf manusia ada tiga bahagian: otak, saraf tunjang dan saraf periferi. Otak dan saraf tunjang membentuk sistem saraf pusat. Saraf periferi pula ialah rangkaian saraf yang menghubungkan sistem saraf pusat dengan seluruh badan.

Impuls sentiasa bergerak sehala: dari reseptor (yang mengesan rangsangan) ke efektor (otot atau kelenjar yang bertindak).

Tindakan refleks pantas kerana impuls tidak perlu sampai ke otak dahulu. Laluan impulsnya dipanggil arka refleks.

Organ deria dan kepekaannya

Deria juga ada hadnya. Titik buta ialah bahagian retina tanpa fotoreseptor, dan ilusi optik menunjukkan otak boleh tersalah tafsir. Rabun jauh diperbetulkan dengan kanta cekung, rabun dekat dengan kanta cembung, dan masalah pendengaran dibantu dengan alat bantuan pendengaran.

Gerak balas tumbuhan

• Fototropisme: pucuk tumbuh ke arah cahaya (positif).
• Geotropisme: akar tumbuh ke bawah mengikut graviti (positif), pucuk ke atas (negatif).
• Hidrotropisme: akar tumbuh ke arah air.
• Tigmotropisme: sulur pokok timun atau peria membelit penyokong yang disentuhnya.
• Gerak balas nastik: tidak bergantung pada arah rangsangan, contohnya daun semalu menguncup apabila disentuh.

Semua gerak balas ini membantu tumbuhan mendapat keadaan terbaik untuk tumbesaran: cahaya, air dan sokongan.

Haiwan pula ada kelebihan tersendiri. Mata di hadapan kepala memberi penglihatan stereoskopik, sesuai untuk pemangsa menganggar jarak. Mata di sisi kepala memberi penglihatan monokular dengan medan penglihatan yang luas, sesuai untuk mangsa seperti arnab. Pendengaran stereofonik (dua telinga) membantu haiwan mengesan arah bunyi.

Udara masuk melalui rongga hidung, kemudian trakea, bronkus, bronkiol dan akhirnya alveolus di dalam peparu. Di alveolus barulah pertukaran gas berlaku.

Udara yang kita sedut ialah udara atmosfera: kira-kira 21% oksigen dan kira-kira 0.04% karbon dioksida (komposisi atmosfera, NOAA). Udara hembusan mengandungi kurang oksigen, lebih banyak karbon dioksida dan lebih banyak wap air.

Pertukaran gas dalam badan

1. Oksigen meresap dari alveolus ke dalam kapilari darah kerana kepekatannya lebih tinggi di alveolus.
2. Oksigen bergabung dengan hemoglobin membentuk oksihemoglobin, sebatian yang tidak stabil.
3. Di sel badan, oksihemoglobin membebaskan oksigen.
4. Sel menggunakan oksigen untuk respirasi sel: glukosa + oksigen → tenaga + karbon dioksida + air.
5. Karbon dioksida meresap ke dalam darah dan dibawa balik ke alveolus untuk dihembus keluar.

Alveolus sangat cekap kerana dindingnya nipis dan lembap, jumlah luas permukaannya besar, dan ia diliputi jaringan kapilari yang padat.

Kesihatan sistem respirasi

Bahan yang memudaratkan: tar dalam asap rokok, sulfur dioksida, karbon monoksida, nitrogen dioksida, debunga, jerebu dan debu. Penyakit yang dikaitkan termasuk emfisema, kanser peparu, bronkitis dan asma. Perokok pasif, iaitu orang yang terhidu asap rokok orang lain, turut terdedah.

Organisma lain bernafas dengan cara berbeza: katak melalui kulit yang lembap, ikan melalui insang, serangga melalui sistem trakea.

Pertukaran gas dalam tumbuhan (SK 2.5)

Liang stoma dikawal oleh dua sel pengawal. Pada siang hari air masuk ke sel pengawal melalui osmosis, sel menjadi segah dan liang terbuka, lalu karbon dioksida meresap masuk. Pada waktu malam air keluar melalui osmosis dan liang tertutup.

Organisma ringkas seperti ameba tidak memerlukan sistem pengangkutan khusus. Oksigen dan nutrien meresap terus ke dalam sel melalui membran sel. Organisma kompleks pula mempunyai terlalu banyak sel yang jauh dari permukaan badan, jadi bahan perlu diangkut.

Sistem peredaran darah ialah sistem bertiub yang ada pam (jantung) dan injap. Injap memastikan darah mengalir sehala sahaja.

Jantung dan dua peredaran

Jantung manusia terdiri daripada atrium kanan, atrium kiri, ventrikel kanan dan ventrikel kiri. Dinding ventrikel kiri paling tebal kerana ia mengepam darah ke seluruh badan.

• Peredaran pulmonari: jantung → peparu → jantung. Darah mengambil oksigen.
• Peredaran sistemik: jantung → seluruh badan → jantung. Darah menghantar oksigen dan nutrien.

Kadar denyutan nadi naik semasa bersenam kerana otot memerlukan lebih banyak oksigen. Umur, jantina dan kesihatan badan juga mempengaruhinya. Bacaan tekanan darah ada dua nombor: sistolik (ketika ventrikel mengecut) dan diastolik (ketika jantung mengendur).

Darah manusia

Darah terdiri daripada plasma, sel darah merah, sel darah putih dan platlet. Ia mengangkut nutrien, gas, enzim, hormon dan bahan kumuh.

Kumpulan darah ialah A, B, AB dan O, berdasarkan antigen pada sel darah merah. Menerima darah yang tidak sepadan menyebabkan penggumpalan. Menurut Palang Merah Amerika, pesakit AB positif boleh menerima sel darah merah daripada semua kumpulan, manakala sel darah merah O negatif dikenali sebagai penderma universal.

Pengangkutan dalam tumbuhan

Transpirasi ialah kehilangan air sebagai wap melalui stomata. Ia menarik air naik dari akar. Kadarnya bertambah apabila cahaya lebih terang, suhu lebih tinggi, udara kurang lembap dan angin bertiup. Tumbuhan rendah juga boleh mengalami gutasi, iaitu titisan air keluar di hujung daun.

Beza utama dengan haiwan: tumbuhan tiada jantung. Air naik kerana tarikan transpirasi, bukan kerana dipam.

Mineral dalam kerak Bumi wujud sebagai unsur (contohnya emas dan perak) atau sebatian. Kebanyakan logam kita peroleh daripada sebatian semula jadi yang dipanggil bijih.

Ciri mineral menentukan kegunaannya. Kalsium oksida bersifat bes, jadi ia digunakan untuk meneutralkan tanah berasid. Silikon dioksida bertakat lebur tinggi dan digunakan untuk membuat kaca.

Membina siri kereaktifan

Apabila magnesium, aluminium, zink, ferum dan plumbum dipanaskan dalam oksigen, kecerahan nyalaan dan kepanasan tindak balasnya berbeza. Magnesium terbakar paling terang; plumbum hanya berbara malap. Persamaan perkataannya mudah:

magnesium + oksigen → magnesium oksida

Kedudukan karbon ditentukan dengan memanaskan oksida logam bersama karbon. Karbon boleh menyingkirkan oksigen daripada zink oksida dan ferum oksida, tetapi tidak daripada aluminium oksida. Jadi karbon terletak di antara aluminium dan zink. Kedudukan hidrogen pula ditentukan melalui data, dan ia terletak di antara plumbum dan kuprum.

Pengekstrakan logam

Logam yang kurang reaktif daripada karbon boleh diekstrak dengan memanaskan bijihnya bersama karbon.

• Besi: bijih besi, kok dan batu kapur dipanaskan dalam relau bagas. Karbon monoksida menyingkirkan oksigen: ferum(III) oksida + karbon monoksida → ferum + karbon dioksida.
• Timah: kasiterit dipekatkan dahulu, kemudian dipanaskan bersama karbon pada suhu tinggi: stanum(IV) oksida + karbon → stanum + karbon dioksida.

Perlombongan yang tidak dirancang boleh merosakkan tanah, mencemarkan sungai dan memusnahkan habitat. Bekas lombong boleh dipulihkan dengan menanam semula tumbuhan atau dijadikan kawasan rekreasi dan akuakultur.

Eksotermik bermaksud tindak balas membebaskan haba ke persekitaran, jadi bacaan termometer naik. Endotermik bermaksud tindak balas menyerap haba dari persekitaran, jadi bacaan termometer turun.

Kaitkan dengan keseimbangan terma: haba sentiasa mengalir dari kawasan panas ke kawasan sejuk sehingga suhunya sama.

Konsep ini digunakan dalam reka bentuk harian. Pek panas guna tindak balas eksotermik; pek sejuk untuk melegakan kekejangan otot guna tindak balas endotermik. Bekas yang mengekalkan suhu pula direka supaya haba sukar mengalir masuk atau keluar.

Sumber tenaga boleh baharu: hidro, ombak, solar, pasang surut, angin, biojisim dan geoterma. Sumber tidak boleh baharu: nuklear, arang batu, gas asli dan diesel.

Di stesen janakuasa, sumber tenaga memutarkan turbin. Turbin memutarkan generator yang mengandungi magnet dan gegelung dawai. Arus teraruh hanya apabila medan magnet dipotong, iaitu ketika magnet atau gegelung bergerak.

Transformer

Transformer menaikkan atau menurunkan voltan a.u. Ia hanya berfungsi dengan arus ulang-alik dan dibina dengan teras besi berlamina.

V_p / V_s = N_p / N_s

Injak naik: N_s lebih besar daripada N_p. Injak turun: N_s lebih kecil daripada N_p. Contohnya, pengecas dengan 2 300 lilitan primer dan 120 lilitan sekunder menurunkan 230 V kepada 12 V.

Penghantaran dan pengagihan

Bekalan elektrik rumah di Malaysia ialah 230 V satu fasa, dan 400 V bagi bekalan tiga fasa (Suruhanjaya Tenaga). Buku lama menulis 240 V; angka semasa ialah 230 V.

Komponen pendawaian rumah: meter elektrik, suis utama, kotak fius, pemutus litar, dawai hidup, dawai neutral dan dawai bumi.

• Fius: dawai halus yang lebur apabila arus melebihi kadarnya, lalu memutuskan litar.
• Pemutus litar mini (MCB) memutuskan litar apabila arus berlebihan. ELCB memutuskan bekalan apabila ada arus bocor ke bumi.
• Dawai bumi mengalirkan arus bocor dari badan logam perkakas ke bumi.
• Pengalir kilat menyalurkan arus kilat ke bumi supaya bangunan tidak rosak.

Amalan keselamatan biasa jika seseorang terkena kejutan elektrik: matikan suis utama dahulu, dan jangan sentuh mangsa dengan tangan. Gunakan objek kering yang tidak mengalirkan elektrik, kemudian dapatkan bantuan.

Kira kos elektrik

Kuasa (W) = Tenaga (J) ÷ Masa (s)
Kuasa (W) = Voltan (V) × Arus (A)
Tenaga (kWj) = Kuasa (kW) × Masa (j)

Contoh: seterika 1 000 W digunakan 30 minit sehari selama 30 hari. Tenaga = 1 kW × 0.5 j × 30 = 15 kWj. Dengan contoh kadar 50 sen/kWj, kosnya 15 × 50 sen = RM7.50. Kadar sebenar dalam bil berbeza; angka ini untuk latihan pengiraan sahaja.

Arus yang melalui perkakas 1 150 W pada 230 V ialah 1 150 ÷ 230 = 5 A. Nilai fius dipilih sedikit lebih tinggi daripada arus biasa perkakas itu.

Kecekapan tenaga bermaksud mendapat kerja yang sama dengan tenaga yang lebih sedikit. Suruhanjaya Tenaga melabel perkakas dengan kadaran bintang kecekapan tenaga; semakin banyak bintang, semakin cekap perkakas itu.

Kerja dilakukan apabila daya menggerakkan objek dalam arah daya. Tenaga ialah keupayaan untuk melakukan kerja. Kuasa ialah kadar melakukan kerja.

Contoh pengiraan

Aina menolak troli dengan daya 50 N sejauh 4 m. Kerja = 50 × 4 = 200 J. Jika dia mengambil masa 10 s, kuasanya = 200 ÷ 10 = 20 W.

Sebiji kelapa 2 kg tergantung 5 m dari tanah. E_p = 2 × 10 × 5 = 100 J. Spring yang diregang 0.1 m dengan daya 20 N menyimpan ½ × 20 × 0.1 = 1 J.

Prinsip keabadian tenaga

Tenaga tidak boleh dicipta atau dimusnahkan. Ia hanya berubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Pada bandul ringkas, tenaga keupayaan paling tinggi di hujung ayunan dan tenaga kinetik paling tinggi di titik terendah.

Kelapa tadi jatuh. Jika rintangan udara diabaikan, semua 100 J tenaga keupayaan bertukar menjadi tenaga kinetik sebelum ia menyentuh tanah: mgh = ½mv², jadi v = 10 m/s.

Keradioaktifan ialah pereputan spontan nukleus yang tidak stabil sambil memancarkan sinaran radioaktif. Contoh bahan radioaktif: karbon-14, radon-222, torium-232 dan uranium-235. Unit keradioaktifan ialah becquerel (Bq) dan curie (Ci).

Tokoh penting: Wilhelm Roentgen menerima Hadiah Nobel Fizik 1901 kerana menemui sinar-X. Henri Becquerel menerima Hadiah Nobel Fizik 1903 kerana menemui keradioaktifan spontan, dan berkongsi hadiah itu dengan Pierre dan Marie Curie.

Separuh hayat

Separuh hayat ialah masa untuk separuh daripada nukleus radioaktif dalam satu sampel mereput. Jika separuh hayat sesuatu bahan ialah 5 hari, sampel 80 g tinggal 40 g selepas 5 hari, 20 g selepas 10 hari dan 10 g selepas 15 hari.

Atom dan ion

Teori Atom Dalton menganggap atom zarah terkecil. Kini kita tahu atom mempunyai nukleus (proton bercas positif dan neutron neutral) yang dikelilingi elektron bercas negatif. Proton dan neutron pula dibina daripada zarah yang lebih kecil.

Atom neutral mempunyai bilangan proton yang sama dengan bilangan elektron. Atom yang kehilangan elektron menjadi ion positif; atom yang menerima elektron menjadi ion negatif.

Sinaran mengion

Sinaran mengion ialah alfa, beta, gamma dan sinar-X. Sinaran tidak mengion termasuk gelombang radio, gelombang mikro, inframerah dan cahaya nampak.

Sumber semula jadi sinaran mengion ialah sinaran kosmik dan sinaran latar belakang dari tanah dan batuan. Sumber buatan manusia termasuk ujian nuklear, kemalangan nuklear dan penghasilan radioisotop.

Kegunaan: perubatan (radioterapi, pensterilan alat), pertanian, arkeologi (pentarikhan karbon-14), industri (mengesan kebocoran paip, mengukur ketebalan bahan) dan pengawetan makanan. Bahan radioaktif dan sisanya perlu disimpan dalam bekas pelindung, dilabel jelas dan dikendalikan oleh pihak yang dilatih.

Struktur Matahari dari dalam ke luar: teras, zon radiasi, zon perolakan, fotosfera, kromosfera dan korona.

Aktiviti Matahari mengikut kitaran kira-kira 11 tahun. Semakin banyak tompok matahari, semakin kerap lentingan jisim korona dan angin suria yang kuat. Menurut NASA, lentingan jisim korona boleh sampai ke Bumi dalam masa sesingkat 15 jam.

Magnetosfera dan cuaca angkasa

Magnetosfera ialah kawasan di sekeliling Bumi yang dikuasai medan magnet Bumi. Ia membelokkan kebanyakan zarah bercas daripada angin suria, jadi hidupan di permukaan terlindung.

Cuaca angkasa ialah keadaan di angkasa lepas akibat aktiviti Matahari. Kesannya ke atas Bumi:

• aurora di kawasan kutub, apabila zarah bercas menghentam gas dalam atmosfera
• gangguan komunikasi radio dan satelit
• gangguan sistem navigasi seperti GPS
• arus berlebihan dalam talian kuasa elektrik

Setiap model diganti apabila pemerhatian baharu tidak lagi sepadan dengannya. Begitulah sains berkembang: idea diuji dengan bukti.

Teknologi penerokaan angkasa

• Roket membawa muatan keluar dari atmosfera Bumi.
• Satelit mengorbit Bumi untuk komunikasi, ramalan cuaca, navigasi dan penderiaan jauh.
• Kuar angkasa ialah kapal angkasa tanpa manusia yang dihantar untuk mengkaji planet dan jasad lain.

Penderiaan jauh (remote sensing) merakam data permukaan Bumi dari angkasa. Data ini digunakan dalam pertanian, geologi, pengurusan bencana dan pertahanan, contohnya untuk memantau kawasan banjir atau kebakaran hutan.

Kenapa penerokaan diteruskan? Ia menambah ilmu tentang alam semesta, menghasilkan teknologi baharu dan membantu kita memantau Bumi. Isu yang sering dibahaskan pula ialah kosnya yang tinggi dan sampah angkasa.