Pengertian Tumbukan Dan Aplikasinya Dalam Kehidupan

Pengertian Tumbukan dan Aplikasinya dalam Kehidupan - Dalam kehidupan sehari-hari, kita biasa menyaksikan benda-benda saling bertumbukan. Banyak kecelakaan yang terjadi di jalan raya sebagiannya disebabkan lantaran ukiran (tumbukan) antara dua kendaraan, baik antara sepeda motor dengan sepeda motor, kendaraan beroda empat dengan kendaraan beroda empat maupun antara sepeda motor dengan mobil. Demikian juga dengan kereta api atau kendaraan lainnya.

Hidup kita tidak terlepas dari adanya tumbukan. Ketika bola sepak ditendang David Beckham, pada ketika itu juga terjadi tumbukan antara bola sepak dengan kaki Abang Beckham. Tampa tumbukan, permainan billiard tidak akan pernah ada. Demikian juga dengan permainan kelereng kesukaanmu ketika masih kecil. Masih banyak pola lainnya yang sanggup anda temui dalam kehidupan sehari-hari. Ayo dipikirkan…

Pada pembahasan mengenai momentum dan impuls, kita telah meninjau kekerabatan antara momentum benda dengan kejadian tumbukan. Hukum Kekekalan Momentum yang telah diulas sebelumnya juga selalu ditinjau ketika dua benda saling bertumbukan. Pada kesempatan ini kita akan mempelajari kejadian tumbukan secara lebih mendalam dan mencoba melihat hukum-hukum fisika apa saja yang berlaku ketika benda-benda saling bertumbukan.

Jenis-Jenis Tumbukan

Perlu anda ketahui bahwa biasanya dua benda yang bertumbukan bergerak mendekat satu dengan yang lain dan sehabis bertumbukan keduanya bergerak saling menjauhi. Ketika benda bergerak, maka tentu saja benda mempunyai kecepatan. Karena benda tersebut mempunyai kecepatan (dan massa), maka benda itu niscaya mempunyai momentum (p = mv) dan juga Energi Kinetik (EK = ½ mv²).

Nah, pada kesempatan ini kita akan mempelajari jenis-jenis tumbukan antara dua benda dan mencoba melihat hubungannya dengan Kekekalan Momentum dan Kekekalan Energi Kinetik. Napa yang ditinjau kekekalan momentum dan kekekalan energi kinetik-nya? bukannya Cuma momentum dan energi kinetik? yupz… maksudnya begini, ketika benda bergerak saling mendekati sebelum tumbukan, kedua benda itu mempunyai Momentum dan Energi Kinetik.

Yang menjadi persoalan, bagaimana dengan Momentum dan Energi Kinetik kedua benda tersebut sehabis bertumbukan? apakah momentum dan energi kinetik kedua benda ketika sebelum tumbukan = momentum dan energi kinetik benda sehabis tumbukan? biar dirimu semakin memahaminya, mari kita bahas jenis-jenis tumbukan satu persatu dan meninjau kekekalan momentum dan kekekalan energi kinetik pada kedua benda yang bertumbukan.

Secara umum terdapat beberapa jenis tumbukan, antara lain Tumbukan lenting sempurna, Tumbukan lenting sebagian dan Tumbukan tidak lenting sama sekali.

Tumbukan Lenting Sempurna

Tumbukan lenting tepat tu maksudnya bagaimana ya? Dua benda dikatakan melaksanakan Tumbukan lenting tepat jikalau Momentum dan Energi Kinetik kedua benda sebelum tumbukan = momentum dan energi kinetik sehabis tumbukan. Dengan kata lain, pada tumbukan lenting tepat berlaku Hukum Kekekalan Momentum dan Hukum Kekekalan Energi Kinetik.

Hukum Kekekalan Momentum dan Hukum Kekekalan Energi Kinetik berlaku pada kejadian tumbukan lenting tepat lantaran total massa dan kecepatan kedua benda sama, baik sebelum maupun sehabis tumbukan. Hukum Kekekalan Energi Kinetik berlaku pada Tumbukan lenting tepat lantaran selama tumbukan tidak ada energi yang hilang. Untuk memahami konsep ini, coba jawab pertanyaan Fisika Mantab berikut ini.

Ketika dua bola billiard atau dua kelereng bertumbukan, apakah anda mendengar suara yang diakibatkan oleh tumbukan itu? atau ketika kendaraan beroda empat atau sepeda motor bertabrakan, apakah ada suara yang dihasilkan? niscaya ada suara dan juga panas yang muncul akhir benturan antara dua benda. Bunyi dan panas ini termasuk energi. Makara ketika dua benda bertumbukan dan menghasilkan suara dan panas, maka ada energi yang hilang selama proses tumbukan tersebut. Sebagian Energi Kinetik berkembang menjadi energi panas dan energi bunyi. Dengan kata lain, total energi kinetik sebelum tumbukan tidak sama dengan total energi kinetik sehabis tumbukan.

Nah, benda-benda yang mengalami Tumbukan Lenting Sempurna tidak menghasilkan bunyi, panas atau bentuk energi lain ketika terjadi tumbukan. Tidak ada Energi Kinetik yang hilang selama proses tumbukan. Dengan demikian, kita sanggup menyampaikan bahwa pada peritiwa Tumbukan Lenting Sempurna berlaku Hukum Kekekalan Energi Kinetik.

Apakah tumbukan lenting tepat sanggup kita temui dalam kehidupan sehari-hari? Tidak…. Tumbukan lenting tepat merupakan sesuatu yang sulit kita temukan dalam kehidupan sehari-hari. Paling tidak ada ada sedikit energi panas dan suara yang dihasilkan ketika terjadi tumbukan. Salah satu pola tumbukan yang mendekati lenting tepat ialah tumbukan antara dua bola elastis, ibarat bola billiard.

Untuk kasus tumbukan bola billiard, memang energi kinetik tidak baka tapi energi total selalu kekal. Lalu apa pola Tumbukan lenting sempurna? pola jenis tumbukan ini tidak sanggup kita lihat dengan mata telanjang lantaran terjadi pada tingkat atom, yakni tumbukan antara atom-atom dan molekul-molekul. Istirahat dulu ah…

Sekarang mari kita tinjau persamaan Hukum Kekekalan Momentum dan Hukum Kekekalan Energi Kinetik pada perisitiwa Tumbukan Lenting Sempurna. Untuk memudahkan pemahaman dirimu, perhatikan gambar di bawah.

Dua benda, benda 1 dan benda 2 bergerak saling mendekat. Benda 1 bergerak dengan kecepatan v1 dan benda 2 bergerak dengan kecepatan v2. Kedua benda itu bertumbukan dan terpantul dalam arah yang berlawanan. Perhatikan bahwa kecepatan merupakan besaran vektor sehingga dipengaruhi juga oleh arah. Sesuai dengan kesepakatan, arah ke kanan bertanda positif dan arah ke kiri bertanda negatif. Karena mempunyai massa dan kecepatan, maka kedua benda mempunyai momentum (p = mv) dan energi kinetik (EK = ½ mv²). Total Momentum dan Energi Kinetik kedua benda sama, baik sebelum tumbukan maupun sehabis tumbukan.

Secara matematis, Hukum Kekekalan Momentum dirumuskan sebagai berikut :

Keterangan :
m1 = massa benda 1, m2 = massa benda 2
v1 = kecepatan benda sebelum tumbukan dan v2 = kecepatan benda 2 Sebelum tumbukan
v’1 = kecepatan benda Setelah tumbukan, v’2 = kecepatan benda 2 sehabis tumbukan
Jika dinyatakan dalam momentum,
m1v1 = momentum benda 1 sebelum tumbukan, m1v’1 = momentum benda 1 sehabis tumbukan
m2v2 = momentum benda 2 sebelum tumbukan, m2v’2 = momentum benda 2 sehabis tumbukan

Pada Tumbukan Lenting Sempurna berlaku juga Hukum Kekekalan Energi Kinetik. Secara matematis dirumuskan sebagai berikut :

Kita telah menurunkan 2 persamaan untuk Tumbukan Lenting Sempurna, yakni persamaan Hukum Kekekalan Momentum dan Persamaan Hukum Kekekalan Energi Kinetik. Ada suatu hal yang menarik, bahwa apabila hanya diketahui massa dan kecepatan awal, maka kecepatan sehabis tumbukan sanggup kita tentukan memakai suatu persamaan lain. Persamaan ini diturunkan dari dua persamaan di atas. Persamaan apakah itu? nah, mari kita turunkan persamaan tersebut… dipahami perlahan-lahan ya

Sekarang kita tulis kembali persamaan Hukum Kekekalan Momentum :

Kita tulis kembali persamaan Hukum Kekekalan Energi Kinetik :

Kita tulis kembali persamaan ini menjadi :

Ini merupakan salah satu persamaan penting dalam Tumbukan Lenting sempurna, selain persamaan Kekekalan Momentum dan persamaan Kekekalan Energi Kinetik. Persamaan 3 menyatakan bahwa pada Tumbukan Lenting Sempurna, laju kedua benda sebelum dan sehabis tumbukan sama besar tetapi berlawanan arah, berapapun massa benda tersebut.

Koofisien elastisitas Tumbukan Lenting Sempurna

Wah, istilah gres lagi ne… apaan si koofisien elastisitas? sebelum Fisika Mantab menjelaskan apa itu koofisien elastisitas, mari kita obok2 lagi rumus fisika. Kali ini giliran persamaan 3…
Kita tulis lagi persamaan 3 :

Perbandingan negatif antara selisih kecepatan benda sehabis tumbukan dengan selisih kecepatan benda sebelum tumbukan disebut sebagai koofisien elatisitas alias faktor kepegasan (dalam buku Karangan Bapak Marthen Kanginan disebut koofisien restitusi). Untuk Tumbukan Lenting Sempurna, besar koofisien elastisitas = 1. ini menyampaikan bahwa total kecepatan benda sehabis tumbukan = total kecepatan benda sebelum tumbukan. Lambang koofisien elastisitas ialah e. Secara umum, nilai koofisien elastisitas dinyatakan dengan persamaan :

e = koofisien elastisitas = koofisien restitusi, faktor kepegasan, angka kekenyalan, faktor keelastisitasan

Tumbukan Lenting Sebagian

Pada pembahasan sebelumnya, kita telah berguru bahwa pada Tumbukan Lenting Sempurna berlaku Hukum Kekekalan Momentum dan Hukum Kekekakalan Energi Kinetik. Nah, bagaimana dengan tumbukan lenting sebagian?

Pada tumbukan lenting sebagian, Hukum Kekekalan Energi Kinetik tidak berlaku lantaran ada perubahan energi kinetik terjadi ketika pada ketika tumbukan. Perubahan energi kinetik sanggup berarti terjadi pengurangan Energi Kinetik atau penambahan energi kinetik. Pengurangan energi kinetik terjadi ketika sebagian energi kinetik awal diubah menjadi energi lain, ibarat energi panas, energi suara dan energi potensial.

Hal ini yang menciptakan total energi kinetik final lebih kecil dari total energi kinetik awal. Kebanyakan tumbukan yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari termasuk dalam jenis ini, di mana total energi kinetik final lebih kecil dari total energi kinetik awal. Tumbukan antara kelereng, ukiran antara dua kendaraan, bola yang dipantulkan ke lantai dan lenting ke udara, dll.
Sebaliknya, energi kinetik final total juga sanggup bertambah sehabis terjadi tumbukan. Hal ini terjadi ketika energi potensial (misalnya energi kimia atau nuklir) dilepaskan. Contoh untuk kasus ini ialah kejadian ledakan.

Suatu tumbukan lenting sebagian biasanya mempunyai koofisien elastisitas (e) berkisar antara 0 hingga 1. Secara matematis sanggup ditulis sebagai berikut :

Bagaimana dengan Hukum Kekekalan Momentum? Hukum Kekekalan Momentum tetap berlaku pada kejadian tumbukan lenting sebagian, dengan anggapan bahwa tidak ada gaya luar yang bekerja pada benda-benda yang bertumbukan.

Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali

Bagaimana dengan tumbukan tidak lenting sama sekali? suatu tumbukan dikatakan Tumbukan Tidak Lenting sama sekali apabila dua benda yang bertumbukan bersatu alias saling melekat sehabis tumbukan. Salah satu pola terkenal dari tumbukan tidak lenting sama sekali ialah pendulum balistik.

Pendulum balistik merupakan sebuah alat yang sering dipakai untuk mengukur laju proyektil, ibarat peluru. Sebuah balok besar yang terbuat dari kayu atau materi lainnya digantung ibarat pendulum. Setelah itu, sebutir peluru ditembakkan pada balok tersebut dan biasanya peluru tertanam dalam balok. Sebagai akhir dari tumbukan tersebut, peluru dan balok bahu-membahu terayun ke atas hingga ketinggian tertentu (ketinggian maksimum). Lihat gambar di bawah…

Apakah pada Tumbukan Tidak Lenting Sama sekali berlaku aturan Kekekalan Momentum dan Hukum Kekekalan Energi Kinetik?

Perhatikan gambar di atas. Hukum kekekalan momentum hanya berlaku pada waktu yang sangat singkat ketika peluru dan balok bertumbukan, lantaran pada ketika itu belum ada gaya luar yang bekerja. Secara matematis dirumuskan sebagai berikut :

m1v1 + m2v2 = m1v’1 + m2v’2
m1v1 + m2(0) = (m1 + m2) v’
m1v1 = (m1 + m2) v’—- persamaan 1

Apakah sehabis balok mulai bergerak masih berlaku aturan Kekekalan Momentum? Tidak…. Mengapa tidak ? ketika balok (dan peluru yang tertanam di dalamnya) mulai bergerak, akan ada gaya luar yang bekerja pada balok dan peluru, yakni gaya gravitasi. Gaya gravitasi cenderung menarik balok kembali ke posisi setimbang. Karena ada gaya luar total yang bekerja, maka aturan Kekekalan Momentum tidak berlaku sehabis balok bergerak.

Lalu bagaimana kita menganalisis gerakan balok dan peluru sehabis tumbukan ?
Nah, masih ingatkah dirimu pada Hukum Kekekalan Energi Mekanik ? kita sanggup menganalisis gerakan balok dan peluru sehabis tumbukan memakai aturan Kekekalan Energi Mekanik. Ketika balok mulai bergerak sehabis tumbukan, bertahap energi kinetik berkembang menjadi energi potensial gravitasi. Ketika balok dan peluru mencapai ketinggian maksimum (h), seluruh Energi Kinetik berkembang menjadi Energi Potensial gravitasi. Dengan kata lain, pada ketinggian maksimum (h), Energi Potensial gravitasi bernilai maksimum, sedangkan EK = 0.
Kita turunkan persamaannya ya

Catatan :
Ketika balok dan peluru tepat mulai bergerak dengan kecepatan v’, h1 = 0. Pada ketika balok dan peluru berada pada ketinggian maksimum, h2 = h dan v2 = 0.
Persamaan Hukum Kekekalan Energi Mekanik untuk kasus tumbukan tidak lenting sama sekali.
EM1 = EM2
EP1 + EK1 = EP2 + EK2
0 + EK1 = EP2 + 0
½ (m1 + m2)v’² = (m1 + m2) g h — persamaan 2

Jangan dihapal ya… dipahami saja :)

Bagaimana...sudah ada pencerahan? katakan mulai dari kini FISIKA HARUS ASYIK, maka absurd seketika itu juga FISIKA MEMANG ASYIK :) Semoga bermanfaat dan tetap semangat. BRAVO!!!
Sumber http://fisikamantabb.blogspot.com

Share this post