Sains (Bab1)-Tingkatan 1

Sains ialah kajian secara sistematik berkenaan alam semulajadi tentang bagaimana ianya memberi kesan kepada kita dan juga persekitaran kita. 

Fenomena alam semulajadi yang berlaku di sekeliling kita boleh dijelaskan melalui sains. Seekor berudu yang bertukar menjadi seekor katak dewasa, sebiji buah kelapa yang jatuh ke tanah dan seketul ais yang sedang mencair, adalah merupakan antara contoh-contoh fenomena alam semula jadi. 

Semua ini boleh difahami melalui kajian sains. Pengetahuan saintifik sentiasa berkembang. Pengetahuan ini boleh diperolehi melalui pemerhatian yang teliti, kajian yang mendalam dan juga melalui penyelidikan secara saintifik.

Sains merupakan sebahagian daripada kehidupan seharian kita. Makanan, pakaian serta peralatan yang kita gunakan juga mempunyai dengan sains.

Sains juga banyak membantu kita dalam menghasilkan lebih banyak makanan, bahan-bahan baru serta peralatan-peralatan yang berguna bagi kita. 

Melalui kajian sains juga, banyak pengetahuan serta penemuan baru diperolehi. Ini dapat meningkatkan taraf hidup serta kualiti alam sekitar kita.

Sains meliputi bidang kajian yang sangat meluas. Antaranya adalah seperti berikut:

• Bilologi - Kajian mengenai benda-benda hidup.
• Fizik - Kajian interaksi antara bahan dan tenaga.
• Kimia - Kajian mengenai komposisi dan sifat-sifat bahan kimia serta tindak balas mereka, dan penggunaannya.
• Geologi – Kajian mengenai batuan dan mineral.
• Astronomi – Kajian mengenai bintang-bintang dan planet-planet.
• Meteorologi – Kajian mengenai cuaca dan iklim.

Sains juga menawarkan pelbagai pilihan kerjaya. Orang yang berkerjaya lazimnya memilih bidang kerjaya bergantung kepada kepentingan serta apa yang mereka minati dalam bidang sains.

Bidang perubatan dan bidang kejuruteraan adalah merupakan antara contoh kerjaya yang menjadi pilihan ramai.

Makmal Sains

Kita juga boleh mempelajari sains di makmal sains.

Makmal sains adalah merupakan sebuah bilik atau bangunan dimana penyelidikan secara saintifik dijalankan.

Kebanyakan sekolah mempunyai makmal-makmal dimana pelajar boleh menjalankan eksperimen.

Adakah anda tahu tentang peraturan-peraturan dan langkah-langkah keselamatan yang perlu dipatuhi apabila anda berada di dalam makmal sains?

Adakah anda tahu mengapa anda perlu mengikut peraturan-peraturan dan langkah-langkah keselamatan tersebut?

Peraturan am dan langkah-langkah keselamatan

1. Makanan dan minuman tidak dibenarkan dibawa masuk ke dalam makmal.
   
   
   
2. Bahan-bahan mestilah dikendalikan dengan betul.

Peraturan-peraturan keselamatan dan langkah berjaga-jaga di dalam makmal

1. Anda cuma boleh masuk ke dalam makmal sains hanya dengan kebenaran guru sahaja.
2. Anda tidak boleh membawa masuk makanan dan minuman ke dalam makmal sains.
3. Anda tidak dibenarkan untuk masuk ke bilik persediaan dan stor.
4. Anda tidak boleh membawa alat radas atau bahan kimia keluar dari makmal.
5. Anda cuma boleh menggunakan alat radas dan bahan kimia hanya dengan kebenaran guru sahaja.
6. Semua alat radas dan bahan-bahan kimia yang digunakan mestilah mengikut seperti apa yang diarahkan oleh guru anda sahaja.
7. Bahan-bahan mestilah dikendalikan dengan betul.
8. Anda tidak boleh merasa apa-apa bahan kimia kecuali guru anda meminta untuk berbuat demikian.
9. Anda mesti sentiasa memeriksa label pada botol untuk memastikan bahawa anda menggunakan bahan kimia yang betul.
10. Jika berlaku keadaan bahan kimia secara tidak sengaja termasuk kedalam mulut, anda hendaklah meludah keluar bahan tersebut dan basuh mulut anda dengan air bersih berulang kali.
11. Jika bahan kimia terkena pada kulit atau pakaian anda, basuh dengan menggunakan air.
12. Anda hendaklah melaporkan semua kemalangan dan kecederaan (contoh: seperti luka atau terbakar) kepada guru anda dengan segera.
13. Anda tidak boleh bermain atau bergurau di dalam makmal.
14. Anda tidak boleh bermain dengan alat radas dan bahan kimia.

lat-alat radas yang biasa terdapat di makmal sains

Terdapat pelbagai jenis alat radas di dalam makmal sains. Rajah di bawah menunjukkan beberapa jenis alat radas yang biasa digunakan.

Anda harus tahu apa itu alat radas. Anda juga perlu mengetahui tentang kegunaan am pelbagai alat radas.

Mangkuk pijar (Crucible)

Kegunaan: Untuk memanaskan bahan kimia.

Tabung uji (Test tube)
Kegunaan: Untuk mengisi bahan kimia.

Mangkuk penyejat (Evaporating dish)
Kegunaan: Untuk mengewap cecair daripada larutan.




Penyubat gabus & penyumbat getah (Cork & rubber stopper)
Kegunaan: Digunakan untuk menyumbat tabung uji atau kelalang kon.

Pemegang tabung uji (Test tube holder)
Kegunaan: Untuk memegang tabung uji.




Picagari (Syringe)
Kegunaan: Untuk memindahkan cecair dalam jumlah yang kecil.

Slaid kaca (Glass slide)
Kegunaan: Untuk meletak spesimen bagi tujuan pemerhatian di bawah mikroskop.




Jam randik (Stop watch)
Kegunaan: Untuk mengukur masa.




Bikar (Beaker)
Kegunaan: Untuk mengisi bahan kimia dan cecair.




Kelalang kon (Conical flask)
Kegunaan: Untuk mengisi bahan kimia dan cecair.




Kelalang berdasar rata (Flat-bottomed flask)
Kegunaan: Untuk mengisi bahan kimia yang digunakan dalam penyediaan gas yang mana proses tersebut tidak memerlukan pemanasan.




Corong penuras/penapis (Filter funnel)
Kegunaan: Untuk menapis campuran pepejal dan cecair.




Kasa dawai & tungku kaki tiga (Wire gauze & tripod stand)
Kegunaan: Untuk menyokong radas semasa pemanasan.




Penunu Bunsen (Bunsen burner)
Kegunaan: Untuk menyediakan nyalaan.

Rak tabung uji (Test tube rack)
Kegunaan: Untuk memegang tabung uji dalam kedudukan yang tegak.




Rod kaca (Glass rod)
Kegunaan: Digunakan untuk mengacau larutan didalam bekas.

Kaki retort & pengapit (Retort stand & retort clamp)
Kegunaan: Untuk memegang alat radas semasa eksperimen dijalankan.




Buret (Burette)
Kegunaan: Untuk menyukat isipadu larutan dengan tepat.




Balang gas (Gas jar)
Kegunaan: Untuk mengisi gas.




Penyepit mangkuk pijar (Crucible tongs)
Kegunaan: Untuk memegang objek panas.

Pipet (Pipette)
Kegunaan: Untuk menyukat isipadu larutan dengan tepat.




Silinder penyukat (Measuring cylinder)
Kegunaan: Untuk menyukat isipadu larutan dengan tepat.




Jangka suhu (Thermometer)
Kegunaan: Untuk menyukat suhu.

Simbol-simbol Amaran Tentang Bahaya

Bahan kimia yang terdapat di dalam makmal sains mestilah dikendalikan dengan berhati-hati.

Sesetengah bahan kimia yang amat berbahaya dan juga boleh membahayakan kesihatan kita. Ada yang meletup, menghakis, sangat mudah terbakar atau beracun/toksik. 

Kita boleh mengetahui sifat bahan kimia tersebut dengan melihat label pada bekas atau botol yang mengandungi bahan-bahan kimia. 

Rajah di bawah menunjukkan beberapa simbol yang terdapat pada label bekas atau botol yang mengandungi bahan-bahan kimia.

Menghakis (Corrosive)

Contoh: Hidrogen peroksida, asid hidroklorik pekat dan natrium hidroksida.

Sangat mudah terbakar (Highly flammable)

Contoh: Fosforus putih, kuning fosforus, petrol, minyak tanah, etanol.

Meletup (Explosive)

Contoh: Natrium, kalium.

Toksik / Beracun (Toxic / Poisonous)

Contoh: Raksa, plumbum, sodium cyanide, hidrogen sulfida.

Berbahaya atau Perengsa (Harmful or Irritant)

Contoh: Ammonia, klorin, klorofom.

Radioaktif (Radioactive)

Contoh: Uranium, torium, radium.

Langkah-langkah Dalam Penyelidikan Saintifik

Saintis melakukan penyelidikan saintifik dalam mendapatkan pengetahuan saintifik. Ini melibatkan penyelidikan yang bersistematik untuk mengetahui sebab-sebab fenomena saintifik. 

Langkah-langkah yang perlu diambil dalam melakukan penyelidikan saintifik adalah seperti di bawah;

1. Menentu serta memastikan apa yang ingin kita ketahui.
2. Membuat andaian yang bijak bagi menceritakan permasalahan.
3. Rancang penyelidikan yang bersistematik untuk mengetahui samada andaian kita adalah benar.
4. Tentukan apa yang perlu diubah semasa melakukan penyelidikan.
5. Catat segala apa yang diperhatikan.
6. Dapatkan maksud atau pengertian atas pemerhatian yang dilakukan.
7. Tentukan samada andaian yang kita buat adalah benar.
8. Tulis sebuah laporan penyelidikan saintifik.

   Kuantiti Fizik Dan Unit-unitnya

   Kuantiti fizik (physical quantity) adalah kuantiti yang boleh diukur. Kuantiti fizik bukan sahaja digunakan dalam kajian saintifik tetapi ianya juga penting dalam kehidupan seharian kita.
   
   Terdapat lima kuantiti fizikal yang kerap digunakan dalam pengukuran.

   1. Panjang (Length)
   2. Jisim (Mass)
   3. Masa (Time)
   4. Suhu (Temperature)
   5. Arus Elektrik (Electric current)

   Setiap kuantiti fizikal yang diukur dalam unit SI (International System of Units @ SI units), yang mana ianya adalah unit yang seragam digunakan dalam pengukuran di kebanyakan negara.

   
   

   Kuantiti fizik dan unit SI

   Kuantiti fizik	Unit SI	Simbol unit
   Panjang	meter	m
   Jisim	kilogram	kg
   Masa	saat	s
   Suhu	kelvin	K
   Arus elektrik	ampere	A

   
   

   
   

   Simbol dan nilai prefix

   Imbuhan awal (Prefix)	Simbol	Nilai berangka (numerical)
   mega	M	1 000 000
   kilo	k	1 000
   centi	c	0.01
   milli	m	0.001
   micro	µ	0.000 001

   
   
   Nilai sesuatu kuantiti boleh ditulis dengan 'imbuhan awal @ awalan' (prefix). Setiap imbuhan awal mempunyai simbol-simbolnya tersendiri. Kita menulis sesuatu nilai dengan menggunakan imbuhan awal (prefix) untuk membuat ia lebih mudah bagi merekodkan kuantiti fizik.
   
   Contohnya 
   

   Nilai kuantiti fizik	Bentuk imbuhan awal (prefix)
   5 000 000 K	5 MK
   3 000 g	3 kg
   0.008 m	8 mm
   0.000 006 A	6 µA

   
   

9. Berat & Jisim

   Berat (weight) sesuatu objek boleh diukur dengan menimbang (weighing). Kaedah ini juga digunakan untuk mengukur jisim (mass) sesuatu objek.

   
   

   Dengan sebab itu, berat dan jisim sering dianggap sebagai sama. Walau bagaimanapun, ia sebenarnya merupakan dua kuantiti yangberlainan.
   
   Unit sukatan berat dan jisim ialah;
   

   • Berat - Newton / N
   • Jisim - kilogram / kg

   
   

   Berat sesuatu objek adalah tarikan graviti bumi pada objek tersebut. Manakala, jisim sesuatu objek pula adalah kuantiti jirim dalam objek tersebut.
   

   
   

   Dengan sebab itu, kita perlu menggunakan penimbang / neraca yang berbeza untuk mengukur berat dan jisim sesuatu objek.

   
   

   Menyukat berat
   Berat (weight) sesuatu objek boleh diukur dengan neraca spring / neraca mampatan (spring balance / compression balance). Ini adalah kerana tarikan graviti bumi bertindak memanjangkan spring.

   
   

   

   Neraca spring (Spring balance)
   
   

   Neraca mampatan (Compression balance)

   Menyukat jisim
   Neraca tiga palang / neraca tuas / neraca elektronik (triple beam balance / lever balance / elektronic balance) digunakan untuk mengukur jisim (mass) sesuatu objek. Jisim sesuatu objek itu adalah sama seperti 'jisim standard' (standard mass) yang diperlukan untuk mengimbangi objek tersebut. Sukatan neraca untuk jisim tidak dipengaruhi oleh tarikan graviti (Jisim objek adalah sentiasa tetap).
   

   
   

   

   Neraca tiga palang/alur (Triple beam balance)

   
   

   
   

   

   Neraca tuas (Lever balance)

Alat-alat Pengukuran

Merujuk kepada rajah di atas, nyatakan pensel yang manakah yang lebih panjang. Kemudian, pastikan semula jawapan anda dengan mengukur panjang setiap pensel itu menggunakan pembaris. 

Apa yang boleh dipelajari daripada keadaan di atas? Sesuatu objek itu boleh kelihatan menjadi lebih panjang atau lebih pendek daripada keadaan sebenarnya.

Kita perlu menggunakan alat-alat pengukur yang sesuai untuk mengukur kuantiti seperti panjang dengan lebih tepat. Penggunaan teknik-teknik yang betul juga penting dalam mendapatkan bacaan yang tepat.

Pengukuran panjang (Measurement of length)

Panjang (length) adalah jarak antara dua titik. Di dalam makmal sains, panjang sesuatu objek itu diukur dengan menggunakan pembaris meter.

Panjang pembaris meter (metre ruler) ialah  satu meter (m) atau 100 sentimeter (cm). Setiap sentimeter dibahagikan kepada 10 millimeter (mm). Jadi, panjang pembaris meter tersebut adalah juga bersamaan dengan 1000 millimeter (mm).

1 cm = 10 mm

1 m = 100 cm = 1000 mm

1 km = 1000 m

Kedudukan mata yang betul ketika mengambil bacaan.

Mengukur panjang lengkung (curve).

Diameter sesebuah objek tidak dapat diukur dengan tepat jika hanya menggunakan pembaris. Angkup (calipers) digunakan untuk mengukur diameter sesbuah objek dengan lebih tepat.

Terdapat dua jenis angkup, iaitu angkup luar (external calipers) danangkup dalam (internal calipers). Kedua-dua angkup tersebut digunakan untuk mengukur diameter luaran dan dalaman sesebuah objek.

Mengukur diameter 'luaran' sebuah bikar.

Mengukur diameter 'dalaman' sebuah bikar.

Pengukuran luas kawasan (Measurement of area)

Luas (area) sesebuah permukaan adalah luas kawasan di antara pinggir-pinggir permukaan tersebut. Unit SI untuk luas adalah meter persegi (square metres, m²).

Luas dalam skala yang besar boleh diukur sebagai kilometer persegi (square kilometres, km²). Manakala luas dalam skala yang kecil pula boleh diukur dalam unit sentimeter persegi (square centimetres, cm²) dan milimeter persegi (square millimetres, mm²).

1 cm² = 100 mm²

1 m² = 10 000 cm²

1 km² = 1 000 000 m²

Menganggarkan luas kawasan yang berbentuk sekata dan tidak sekata.

Menganggar luas permukaan daun

• Merujuk kepada rajah di atas, bentuk sehelai daun dilakarkan di atas kertas graf. Setiap segiempat sama berkeluasan 1 cm².
  
  
• Kawasan yang meliputi segiempat sama yang penuh ditandakan sebagai A, manakala kawasan yang mempunyai "lebih atau sama dengan 1/2 cm² segiempat sama", ditandakan sebagai B.
  
  
• Kira bilangan setiap segiempat sama A dan  B. Kemudian barulah dikira anggaran luas permukaan daun tersebut.

Contoh:

Bilangan tanda dalam kertas graf = 12

Luas 1 segiempat sama (persegi) = 1 cm²  

Luas permukaan daun = 12 cm² = 12 cm²

Pengukuran isipadu (Measurement of volume)

Isipadu (volume) sesuatu objek adalah ruang yang boleh diisi atau dikandungi oleh objek tersebut. Unit SI bagi isipadu adalah meter padu (cubic metres, m³).

Isipadu juga boleh disukat dengan milimeter padu (mm³), sentimeter padu (cm³), mililiter ( l ) dan liter ( l ).

Isipadu pepejal (solids) diukur dalam sentimeter padu (cm³) dan meter padu (m³).

1 ml = 1 cm³

1 l = 1000 cm³ = 1000 ml

1 m³ = 1 000 000 cm³ = 1 000 000 ml

Mengukur isipadu cecair menggunakan pipet, buret dan silinder penyukat.

Pipet & buret

Miniskus (miniscus) merkuri melengkung ke atas, manakala miniskus air melengkung ke bawah.

Ralat  parallax (Parallax error)

Kedudukan mata mestilah sama aras dengan miniscus cecair ketika mengambil bacaan. Kedudukan mata yang salah akan menyebabkan ralat parallax.

1. 
   

   Kepentingan Unit Piawai (Standard Units)

   Penggunaan unit piawai (standard units) dalam pengukuran boleh memudahkan komunikasi antarabangsa dan kehidupan seharian kita.

   
   

   Masalah mungkin timbul jika unit piawai tidak digunakan. Sebagai contoh, harga sesuatu barang itu ditentukan berdasarkan berat atau isipadu barangan tersebut. Jika unit berat atau isipadu yang berbeza digunakan, ia akan menyebabkan kerumitan dalam meletakkan harga barang tersebut.

   
   

   Satu kilogram unit piawai bagi jisim adalah kuantiti jirim dalam silinder aloi platinum-Iridium.

   
   

   

   
   

   Oleh itu, apabila kita mengatakan sesuatu objek itu mempunyai jisim 5 kg, sebenarnya ia merujuk kepada jumlah jirim objek tersebut dalam bentuk silinder piawai (standard cylinder).

   
   

   Sebelum Sistem Antarabangsa (International System, SI) diperkenalkan, sistem unit piawai yang digunakan adalah 'foot-pound-second (FPS)'.

   
   

   Dalam sistem unit ini, foot (kaki), pound (paun) dan second (saat) digunakan sebagai unit piawai untuk mengukur panjang, jisim dan masa.

   
   Pelbagai unit pengukuran yang digunakan diseluruh dunia;
   
   

   Pengukuran	Unit
   Panjang	Inci, kaki, ela, rantai, batu meter, kilometer
   Luas	Inci persegi, kaki persegi, ela persegi, ekar
   Isipadu	Inci padu, kaki padu, ela padu, gelen
   Jisim / berat	Paun, auns, kati, tahil, gram, kilogram, tan, pikul

   
   

   
   

   Unit panjang, jisim, isipadu dan luas dalam Sistem Imperial British adalah seperti berikut;

   
   

   Panjang

   12 inci = 1 kaki

   3 kaki = 1 ela

   22 ela = 1 rantai

   10 rantai = 1 furlong

   8 furlong = 1 batu

   5280 kaki = 1 batu

   1760 ela = 1 batu

   
   

   Isipadu

   1728 inci padu = 1 kaki padu

   27 kaki padu = 1 ela padu

   
   

   Jisim

   437.5 hantap = 1 auns

   16 auns = 1 paun (7000 hantap)

   14 paun = 1 pikul

   
   

   Luas

   144 inci persegi = 1 kaki persegi

   9 kaki persegi = 1 ela persegi

   4840 ela persegi = 1 ekar

   640 ekar = 1 batu persegi

   
   
   Pertukaran faktor unit dalam sistem unit piawai
   
   

   Sistem Imperial British kepada Sistem Metrik
   1 inci = 25.4mm	1 kaki3 = 0.028 m3
   1 kaki = 0.305 m	1 gelen = 4.5 liter
   1 batu = 1.6 km	1 paun = 0.45 kg
   1 kaki = 0.093 m	1 tan = 1016 kg
   1 ekar = 4046.9 m2	1 kati = 0.6 kg

   Sistem Metrik kepada Sistem Imperial British
   1 m = 3.3 kaki	1 m3 = 35.3 kaki3
   1 km = 0.6 batu	1 liter = 0.22 gelen
   1 m2 = 10.8 kaki2	1 g = 0.035 auns
   1 hektar = 2.5 ekar	1 g = 0.026 tahil
   1 ml = 0.00006 inci3	1 kg = 1.65 kati

   
   

   
   
   Unit piawai pengukuran digunakan untuk tujuan yang berikut:
   

   1. untuk membolehkan pengukuran yang diambil oleh ahli sains yang berbeza supaya lebih selaras.
   2. untuk membolehkan pertukaran maklumat menjadi lebih mudah dan kurang mengelirukan.
   3. untuk memperbaiki koordinasi antara ahli sains dari tempat yang berbeza.
   4. untuk membolehkan analisis dan perbandingan data yang berbeza menjadi lebih mudah kerana unit yang sama digunakan.
   5. untuk mengelakkan masalah yang berkaitan dengan penggunaan unit yang berbeza, seperti penukaran unit.

   
   Antara masalah yang akan timbul jika unit piawai tidak diguna pakai antaranya adalah;

   1. Timbul masalah kejituan dan kepersisan (accurate and precise) dalam pengukuran.
   2. Manusia dari negara-negara berlainan akan menghadapi masalah komunikasi terutama dalam interaksi seperti perdagangan dan pengangkutan.
   3. Kajian saintifik yang dijalankan oleh para saintis sukar dibandingkan.