Nota Sains Tingkatan 2

Biodiversiti ialah kepelbagaian organisma hidup di sesuatu kawasan atau di seluruh Bumi. Ia penting sebagai sumber makanan, ubat-ubatan dan bahan mentah industri, untuk keseimbangan alam, untuk ekonomi seperti pelancongan dan rekreasi, dan untuk pendidikan.

Malaysia tergolong dalam kumpulan negara mega biodiversiti, jadi spesies endemik dan spesies terancam perlu dipelihara dan dipulihara. Pembalakan haram, pemburuan dan pencemaran ialah ancaman utama.

Pengelasan organisma

Kekunci dikotomi mengelaskan organisma dengan soalan ya atau tidak. Setiap langkah membahagikan satu kumpulan kepada dua, sehingga setiap organisma dikenal pasti.

Invertebrata ialah haiwan tanpa tulang belakang, contohnya serangga, cacing dan siput.

Tumbuhan tidak berbunga pula termasuk paku pakis, lumut dan konifer.

Setiap ekosistem ada pengeluar, pengguna dan pengurai. Pengeluar (tumbuhan hijau) menghasilkan makanan sendiri melalui fotosintesis. Pengguna memakan organisma lain. Pengurai seperti bakteria dan kulat menguraikan organisma mati dan mengembalikan nutrien ke tanah.

Herbivor ialah pengguna primer. Karnivor yang memakan herbivor ialah karnivor primer (pengguna sekunder), dan karnivor yang memakan karnivor lain ialah karnivor sekunder (pengguna tertier).

Tenaga berkurang pada setiap aras kerana sebahagiannya digunakan untuk hidup dan hilang sebagai haba. Sebab itu bilangan organisma biasanya paling banyak pada aras pengeluar. Beberapa rantai makanan yang bersambung membentuk siratan makanan.

Kitar nutrien

Dalam kitar karbon dan kitar oksigen, tumbuhan menyerap karbon dioksida dan membebaskan oksigen semasa fotosintesis. Respirasi, pembakaran dan penguraian pula menggunakan oksigen dan membebaskan karbon dioksida. Dalam kitar air, tumbuhan membebaskan wap air melalui transpirasi.

Aktiviti manusia mengganggu kitar ini: penebangan hutan tanpa kawalan, pembakaran bahan api fosil, dan penggunaan air yang berlebihan untuk pertanian dan rumah.

Saling bersandaran

Spesies ialah sekumpulan organisma serupa yang boleh membiak sesama sendiri. Populasi ialah semua organisma satu spesies di satu habitat. Komuniti ialah semua populasi di habitat itu. Komuniti bersama persekitaran fizikalnya membentuk ekosistem.

Kawalan biologi menggunakan hubungan mangsa-pemangsa untuk mengawal perosak. Contohnya, burung hantu dipelihara di ladang kelapa sawit untuk mengawal tikus. Ia mengurangkan penggunaan racun kimia.

Saiz populasi dipengaruhi oleh penyakit, pemangsa, sumber makanan dan kemarau. Manusia perlu mengurus alam dengan bijak supaya ekosistem kekal stabil.

Ujian makanan

• Kanji: larutan iodin bertukar biru tua.
• Glukosa: larutan Benedict dipanaskan, mendakan merah bata terbentuk.
• Protein: reagen Millon dipanaskan, mendakan merah bata terbentuk.
• Lemak: ujian alkohol-emulsi menghasilkan emulsi putih keruh.

Gizi seimbang bermaksud mengambil semua kelas makanan dalam kadar yang betul, berpandukan piramid makanan atau pinggan sihat. Keperluan setiap orang berbeza mengikut umur, saiz badan, jantina, pekerjaan, iklim dan keadaan kesihatan.

Sistem pencernaan

Pencernaan memecahkan makanan yang besar dan kompleks kepada molekul kecil yang larut dan boleh diserap. Pencernaan fizikal ialah mengunyah dan mengisar; pencernaan kimia menggunakan enzim.

Mulut → esofagus → perut → usus kecil → usus besar → dubur

Hati menghasilkan hempedu, pundi hempedu menyimpannya, dan pankreas merembeskan enzim ke usus kecil. Hasil pencernaan diserap ke dalam darah di usus kecil dan dibawa ke sel untuk asimilasi dan respirasi. Usus besar menyerap semula air, dan sisa yang tinggal disingkirkan melalui penyahtinjaan.

Penyakit berjangkit disebabkan oleh patogen seperti bakteria, virus, kulat dan protozoa, dan boleh merebak dari seorang ke seorang. Penyakit tidak berjangkit tidak disebabkan oleh patogen.

Menurut WHO, denggi disebabkan oleh virus denggi dan disebarkan terutamanya oleh nyamuk Aedes aegypti, juga Aedes albopictus. Memusnahkan tempat air bertakung memutuskan kitar hidup nyamuk.

Penyakit tidak berjangkit: kanser, hipertensi, diabetes dan penyakit kardiovaskular. Gaya hidup sihat mengurangkan risikonya.

Pertahanan badan

1. Barisan pertama: kulit, mukus dan rerambut halus menghalang patogen masuk.
2. Barisan kedua: sel darah putih memusnahkan patogen yang berjaya masuk melalui fagositosis.
3. Barisan ketiga: sel darah putih menghasilkan antibodi yang khusus untuk setiap antigen.

Antigen ialah bahan asing (contohnya pada permukaan virus) yang merangsang penghasilan antibodi. Keimunan ialah keupayaan badan melawan jangkitan.

Dos penggalak vaksin menghasilkan gerak balas sekunder: antibodi dihasilkan lebih cepat dan lebih banyak berbanding kali pertama.

Air ialah sebatian hidrogen dan oksigen. Elektrolisis air menghasilkan gas hidrogen dan gas oksigen. Air tulen mendidih pada 100 °C dan membeku pada 0 °C pada tekanan atmosfera standard, dan ketumpatannya kira-kira 1 g/cm³. Bendasing seperti garam menaikkan takat didih dan menurunkan takat beku.

Air juga mempunyai tegangan permukaan (serangga kecil boleh berdiri di atas air) dan tindakan kapilari (air naik dalam tiub halus).

Kadar penyejatan bertambah apabila udara kurang lembap, suhu lebih tinggi, luas permukaan lebih besar dan ada gerakan udara. Itulah sebab kain cepat kering pada hari panas yang berangin.

Larutan

• Larutan = zat terlarut + pelarut. Contoh: gula (zat terlarut) dalam air (pelarut).
• Larutan cair mengandungi sedikit zat terlarut, larutan pekat mengandungi banyak.
• Larutan tepu tidak dapat melarutkan lagi zat terlarut pada suhu itu.
• Ampaian mengandungi zarah tidak larut yang akan mendap, contohnya air berlumpur.
• Koloid ialah campuran yang zarahnya tidak mendap, seperti emulsi (mayones) dan busa (krim putar).

Kadar keterlarutan bertambah apabila suhu pelarut dinaikkan, larutan dikacau dan saiz zat terlarut dikecilkan.

Air dipanggil pelarut universal kerana ia melarutkan banyak bahan. Pelarut bukan air pula digunakan untuk bahan yang tidak larut dalam air: alkohol, kerosin (membuang gris), aseton (penanggal pengilat kuku), turpentin (mencairkan cat minyak) dan eter.

Pembersihan dan bekalan air

Kaedah membersihkan air: pendidihan, penurasan, pengklorinan dan penyulingan.

Penapisan → pengoksidaan → penggumpalan → pengenapan → penurasan → pengklorinan → pengfluoridaan

Negara yang kekurangan air tawar menggunakan kitar semula air, mengumpul air dari kabus, atau menukar air laut melalui osmosis berbalik. Kes keracunan merkuri di Teluk Minamata, Jepun, menunjukkan bahaya pencemaran air kepada manusia.

Asid dan alkali hanya menunjukkan sifatnya apabila ada air.

Jangan sesekali merasa bahan kimia di makmal. Rasa disenaraikan di sini sebagai sifat sahaja.

Penunjuk lain: penunjuk universal (merah bagi asid kuat, hijau bagi neutral, ungu bagi alkali kuat), metil jingga (merah dalam asid, kuning dalam alkali), fenolftalein (tanpa warna dalam asid, merah jambu dalam alkali) dan meter pH.

Semakin rendah pH, semakin kuat asid. Semakin tinggi pH, semakin kuat alkali.

Peneutralan

asid + alkali → garam + air

Dalam pentitratan, alkali ditambah sedikit demi sedikit kepada asid sehingga penunjuk berubah warna. Titik itu dipanggil takat akhir.

Peneutralan dalam kehidupan: ubat gigi meneutralkan asid dalam mulut, kapur meneutralkan tanah berasid, pelembut fabrik dan perapi rambut mengimbangi kesan sabun yang beralkali, dan sisa industri dineutralkan sebelum dilepaskan.

Cas elektrostatik terhasil apabila dua bahan digosok bersama: elektron berpindah dari satu bahan ke bahan lain. Cas yang sama menolak, cas yang berlawanan menarik. Elektroskop digunakan untuk mengesan cas.

Kilat ialah nyahcas elektrostatik yang besar. Amalan keselamatan biasa semasa ribut petir: berlindung di dalam bangunan atau kereta yang tertutup, bukan di bawah pokok atau di kawasan lapang.

Hukum Ohm: V = I × R

Contoh: perintang 3 Ω disambung pada bateri 6 V. Arus = 6 ÷ 3 = 2 A.

Contoh: perintang 2 Ω dan 4 Ω bersiri memberi 6 Ω. Perintang 3 Ω dan 6 Ω selari memberi 2 Ω. Pendawaian rumah menggunakan litar selari supaya setiap perkakas mendapat voltan penuh dan boleh dihidupkan secara berasingan.

Kemagnetan

Kutub sama menolak, kutub berlawanan menarik. Garisan medan magnet keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan; semakin rapat garisan, semakin kuat medan. Corak medan boleh dilihat dengan serbuk besi, dan arahnya ditunjukkan oleh kompas.

Elektromagnet ialah gegelung dawai berarus yang dililit pada teras besi lembut. Kekuatannya bertambah apabila arus atau bilangan lilitan bertambah. Ia digunakan dalam loceng elektrik, kren pengangkat besi buruk dan pembesar suara.

Daya ialah tolakan atau tarikan. Ia mempunyai magnitud, arah dan titik aplikasi, dan diukur dalam newton (N) dengan neraca spring.

• Daya graviti: tarikan Bumi ke atas objek. Berat ialah daya graviti yang bertindak pada sesuatu jisim.
• Daya normal: daya tindak balas permukaan yang menyokong objek.
• Geseran: daya yang menentang gerakan antara dua permukaan.
• Daya elastik: daya yang mengembalikan spring atau getah kepada bentuk asal.
• Daya apungan: daya ke atas oleh bendalir ke atas objek yang terendam.

Setiap daya tindakan ada daya tindak balas yang sama magnitud tetapi bertentangan arah, dan kedua-duanya bertindak pada dua objek yang berlainan. Contoh: dua troli yang dirapatkan ditolak berjauhan. Troli A menolak troli B, dan troli B menolak troli A dengan daya yang sama besar tetapi bertentangan arah, jadi kedua-dua troli bergerak menjauhi satu sama lain.

Kesan daya

Daya boleh mengubah bentuk, kedudukan, kelajuan dan arah gerakan objek.

Daya apungan = berat sebenar − berat ketara

Objek yang lebih tumpat daripada air tenggelam. Kapal kargo ditanda dengan garis Plimsoll supaya muatannya selamat dalam air laut dan air tawar yang berbeza ketumpatan.

Tuas dan momen

Beban × jarak beban dari fulkrum = daya × jarak daya dari fulkrum
Momen daya (N m) = daya (N) × jarak tegak dari pangsi (m)

Contoh: daya 20 N dikenakan 0.3 m dari engsel pintu. Momen = 20 × 0.3 = 6 N m. Pemegang pintu diletak jauh dari engsel supaya daya yang kecil sudah cukup.

Tekanan

Tekanan (Pa) = daya (N) ÷ luas permukaan (m²)

Contoh: daya 500 N pada luas 0.25 m² menghasilkan tekanan 2 000 Pa. Pisau tajam memotong dengan mudah kerana luas permukaannya kecil.

Tekanan gas berpunca daripada zarah gas yang berlanggar dengan dinding bekas; ia bertambah apabila isi padu berkurang atau suhu naik. Tekanan atmosfera berkurang apabila altitud bertambah. Tekanan cecair bertambah dengan kedalaman, sebab itu dinding empangan lebih tebal di bahagian bawah.

Suhu ialah darjah kepanasan sesuatu objek, diukur dalam °C dengan termometer. Haba ialah tenaga yang dipindahkan kerana perbezaan suhu, diukur dalam joule (J). Haba mengalir dari kawasan panas ke kawasan sejuk sehingga kedua-duanya mencapai keseimbangan terma.

Bayu laut bertiup pada waktu siang: darat panas lebih cepat, udara di atasnya naik, dan udara sejuk dari laut bergerak ke darat. Pada waktu malam darat sejuk lebih cepat, jadi bayu darat bertiup dari darat ke laut.

Konduktor haba (kebanyakan logam) mengalirkan haba dengan baik. Penebat haba (kayu, plastik, gabus, udara) mengalirkan haba dengan perlahan. Itulah sebab periuk diperbuat daripada logam tetapi pemegangnya daripada plastik.

Pengembangan dan pengecutan

Pepejal, cecair dan gas mengembang apabila dipanaskan dan mengecut apabila disejukkan. Kegunaannya:

• Cecair dalam termometer mengembang dan naik apabila suhu naik.
• Jalur dwilogam dalam penggera kebakaran melengkung apabila panas dan melengkapkan litar.
• Ruang kecil di antara landasan kereta api memberi tempat untuk pengembangan.
• Penggolek di hujung jambatan keluli membolehkan jambatan bergerak sedikit apabila mengembang.

Permukaan objek

Objek gelap dan kusam menyerap haba dengan lebih baik, dan membebaskan haba dengan lebih baik, berbanding objek putih dan berkilat. Rumah berbumbung cerah lebih sejuk; konsep ini digunakan dalam reka bentuk bangunan hijau.

Bunyi dihasilkan oleh getaran dan merambat sebagai gelombang. Ciri asasnya:

• Memerlukan medium. Bunyi tidak boleh merambat dalam vakum.
• Boleh dipantulkan oleh permukaan keras.
• Diserap oleh permukaan lembut seperti langsir dan span.
• Bergerak paling laju dalam pepejal dan paling perlahan dalam gas. Di udara pada aras laut lajunya lebih kurang 335 m/s (NASA Glenn).

Pada gitar, tali yang lebih tegang atau lebih pendek menghasilkan bunyi yang lebih langsing. Memetik dengan lebih kuat menambah amplitud, jadi bunyi lebih nyaring.

Pantulan bunyi

Gema ialah bunyi pantulan yang didengar selepas bunyi asal. Jarak ke permukaan pemantul = laju bunyi × masa ÷ 2, kerana bunyi pergi dan balik.

Kesan Doppler: frekuensi yang didengar meningkat apabila sumber bunyi menghampiri dan berkurang apabila sumber menjauh. Contohnya siren ambulans yang lalu di hadapan kita.

Aplikasi pantulan bunyi: sonar untuk mengukur kedalaman laut dan mengesan kumpulan ikan, sonogram dalam perubatan, dan kelawar yang menganggar jarak mangsa semasa terbang.

Had pendengaran

Manusia boleh mendengar kira-kira 20 Hz hingga 20 kHz, dan ramai orang dewasa hanya sampai sekitar 15 hingga 17 kHz (Purves et al., Neuroscience). Sesetengah haiwan mendengar frekuensi di luar julat ini.

Bunyi pada 70 dBA atau kurang tidak mungkin merosakkan pendengaran, tetapi pendedahan lama atau berulang pada 85 dBA ke atas boleh (NIDCD). Alat bantuan pendengaran membantu orang yang kurang pendengaran.

Galaksi ialah himpunan bintang yang sangat banyak, bersama gas dan debu, yang diikat oleh graviti. Jenisnya ialah galaksi elips, galaksi berpilin dan galaksi tidak seragam. Sistem Suria terletak dalam Galaksi Bima Sakti, sebuah galaksi berpilin.

Bumi < Sistem Suria < Galaksi Bima Sakti < alam semesta

Nebula ialah awan gas dan debu tempat bintang terbentuk. Graviti menarik bahan nebula bersama sehingga terbentuk bintang baharu.

Kitar hidup bintang

1. Nebula → protobintang → bintang jujukan utama (Matahari berada di peringkat ini).
2. Bintang sebesar Matahari: gergasi merah → nebula planet → kerdil putih.
3. Bintang yang jauh lebih besar: supergergasi merah → supernova → bintang neutron atau lohong hitam.

Ciri bintang

Bintang berbeza dari segi suhu, saiz, jarak, warna dan kecerahan. Warna menunjukkan suhu permukaan: bintang biru paling panas, diikuti putih, kuning dan jingga, manakala bintang merah paling sejuk. Matahari ialah bintang kuning.

Bintang yang kelihatan terang dari Bumi tidak semestinya paling besar. Ia mungkin cuma lebih dekat.

Lapan planet mengikut urutan dari Matahari: Utarid, Zuhrah, Bumi, Marikh, Musytari, Zuhal, Uranus dan Neptun. Pluto dikelaskan semula sebagai planet kerdil oleh IAU pada 2006. NASA mengiktiraf lima planet kerdil: Ceres, Pluto, Haumea, Makemake dan Eris.

Unit jarak di angkasa

• 1 unit astronomi (au) = 149 597 870 700 m, iaitu lebih kurang 1.5 × 10⁸ km (IAU 2012). Ia kira-kira jarak purata Bumi ke Matahari.
• 1 tahun cahaya ialah jarak yang dilalui cahaya dalam satu tahun: laju cahaya 299 792 458 m/s (BIPM) × 365.25 hari ≈ 9.46 × 10¹² km.

Contoh pertukaran: 2 au ≈ 2 × 1.5 × 10⁸ = 3.0 × 10⁸ km. Satu tahun cahaya bersamaan lebih kurang 63 000 au.

Hubungan dan anomali: planet yang lebih jauh dari Matahari biasanya lebih sejuk dan mengambil masa lebih lama untuk mengelilinginya. Zuhrah pula lebih panas daripada Utarid walaupun lebih jauh, kerana atmosferanya yang tebal memerangkap haba. Zuhrah juga berputar pada arah bertentangan dengan kebanyakan planet.

Bumi sesuai untuk hidupan kerana ada air dalam bentuk cecair, atmosfera yang mengandungi oksigen, suhu yang sederhana dan medan magnet yang melindungi.

Perlanggaran jasad besar dengan Bumi boleh membentuk kawah, mencetuskan kebakaran, dan melontar debu ke atmosfera yang menghalang cahaya Matahari. Jasad kecil pula biasanya habis terbakar sebagai meteor.

Bagaimana mengurangkan risiko? Ahli astronomi memantau orbit asteroid dekat Bumi dengan teleskop supaya bahaya dikesan awal. Antara idea yang dikaji ialah mengubah orbit asteroid sebelum ia menghampiri Bumi.