SciSimulator
Kembali ke Eksperimen

Kekekalan Momentum: Tumbukan Panduan

FisikaMenengahWaktu baca: 3 menit

Ikhtisar

Jelajahi hukum kekekalan momentum melalui eksperimen tumbukan bola.

Latar Belakang

Konsep Momentum pertama kali diusulkan oleh Descartes, yang menyebutnya 'kuantitas gerak'. Kemudian, dalam 'Prinsip Matematika Filsafat Alam', Newton secara formal mendefinisikan momentum sebagai hasil kali massa mm dan kecepatan vv, yaitu p=mvp = mv. Hukum kedua Newton sebenarnya menggambarkan gaya sebagai laju perubahan momentum terhadap waktu. Hukum kekekalan momentum adalah salah satu hukum kekekalan paling mendasar dalam fisika. Ruang lingkup penerapannya bahkan lebih luas daripada hukum Newton, berlaku tidak hanya untuk benda makroskopis berkecepatan rendah tetapi juga untuk partikel mikroskopis dan sistem relativistik berkecepatan tinggi.

Latar Belakang

  • Abad ke-17: Descartes mengusulkan pandangan kekekalan 'kuantitas gerak', tetapi dia tidak membedakan arah kecepatan, sehingga ada kesalahan.
  • 1668: Royal Society of London menetapkan hadiah. Huygens, Wallis, dan Wren secara independen memberikan jawaban yang benar untuk masalah tumbukan, menetapkan sifat vektor kekekalan momentum.
  • 1687: Dalam 'Principia', Newton mendefinisikan momentum sebagai hasil kali massa dan kecepatan dan menjadikannya konsep inti dari hukum kedua.

Konsep Utama

Momentum

p=mvp = mv

Hasil kali massa benda dan kecepatannya.

Kekekalan Momentum

pinitial=pfinalp_{initial} = p_{final}

Jika suatu sistem tidak dikenai gaya luar atau jumlah vektor gaya luar adalah nol, momentum total sistem tetap konstan.

Formula & Penurunan

Definisi Momentum

p=mvp = mv
Momentum sama dengan massa dikali kecepatan

Kekekalan Momentum

m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′m_1v_1 + m_2v_2 = m_1v_1' + m_2v_2'
Momentum total sebelum tumbukan sama dengan momentum total setelah tumbukan

Tumbukan Tidak Lenting Sempurna

m1v1+m2v2=(m1+m2)v′m_1v_1 + m_2v_2 = (m_1 + m_2)v'
Setelah tumbukan, dua benda menempel dan bergerak bersama

Langkah Eksperimen

  1. 1

    Menjelajahi Tumbukan Lenting Sempurna

    Atur koefisien elastisitas menjadi 11. Tetapkan massa kedua bola dengan asumsi m1=m2=1.0kgm_1 = m_2 = 1.0kg, dan kecepatan awal v1=5m/s,v2=0v_1 = 5m/s, v_2 = 0. Berapa kecepatan kedua bola setelah tumbukan? Hitung dan bandingkan pinitialp_{initial} dan pfinalp_{final}. Apa hubungan di antara keduanya?
  2. 2

    Menjelajahi Tumbukan Tidak Lenting Sempurna

    Atur koefisien elastisitas menjadi 00. Setelah tumbukan, kedua bola akan bergerak dengan kecepatan yang sama. Catat momentum total saat ini. Apakah momentum masih kekal? Apakah energi (energi kinetik) kekal?
  3. 3

    Pengaruh Massa pada Tumbukan

    Tetapkan m1=0.5kg,m2=5.0kgm_1 = 0.5kg, m_2 = 5.0kg (bola ringan menabrak bola berat). Amati bagaimana arah gerak bola 11 berubah setelah tumbukan. Apakah jumlah vektor momentum masih tetap konstan?

Hasil Pembelajaran

  • Memahami secara mendalam sifat vektor momentum.
  • Memverifikasi bahwa hukum kekekalan momentum berlaku baik dalam tumbukan lenting maupun tidak lenting.
  • Menyadari bahwa energi mekanik hilang dalam tumbukan tidak lenting, tetapi momentum tetap kekal.

Aplikasi Nyata

  • Biliar: Tumbukan antara bola biliar dapat didekati sebagai tumbukan lenting sempurna. Ketika satu bola menabrak bola lain yang diam dengan massa yang sama secara tepat, perpindahan momentum menyebabkan pertukaran kecepatan.
  • Propulsi Roket: Roket menyemburkan gas ke belakang dengan kecepatan tinggi, menggunakan hukum kekekalan momentum untuk mendapatkan dorongan ke depan (gerak tolak).
  • Keselamatan Tabrakan Mobil: Desain zona remuk mobil memanfaatkan prinsip momentum dan impuls, mengurangi gaya tumbukan F=Δp/ΔtF = \Delta p / \Delta t pada penumpang dengan memperpanjang waktu tumbukan Δt\Delta t.

Kesalahpahaman Umum

Salah
Momentum dan energi kinetik adalah hal yang sama
Benar
Momentum kekal dalam semua jenis tumbukan (selama tidak ada gaya luar), tetapi energi kinetik hanya kekal dalam tumbukan lenting sempurna. Tumbukan tidak lenting melibatkan kehilangan energi.
Salah
Momentum adalah skalar
Benar
Momentum adalah vektor dan memiliki arah. Dalam tumbukan satu dimensi, perhatian harus diberikan pada tanda positif dan negatif kecepatan.

Bacaan Lebih Lanjut

Siap untuk memulai?

Sekarang setelah Anda memahami dasar-dasarnya, mulailah eksperimen interaktif!

Mulai EksperimenMulai Kuis