Home / Fisika / Hukum Kekekalan Momentum

Hukum Kekekalan Momentum

  • 8 min read
Loading...

Penulis : Jehnsen Hirena Kane, FMIPA Fisika UI 2016

Pendahuluan

Coba perhatikan berita mengenai dua kendaraan yang bertabrakan. Amati fakta bahwa kedua kendaraan mengalami perubahan kecepatan dari yang sangat tinggi kemudian menjadi nol karena tabrakan. Sesuai dengan Hukum Newton, ketika kendaraan – kendaraan ini mengalami perubahan kecepatan dalam waktu yang sangat singkat maka dapat disimpulkan bahwa rata – rata gaya yang bekerja pada kedua kendaraan ini sangatlah besar.

Berdasarkan hukum ketiga Newton kita tahu kalau kedua kendaraan mengalami gaya yang sama, sedangkan dengan hukum kedua Newton kita tahu kalau jumlah dari gaya yang bekerja pada dua kendaraan ini bergantung pada massa benda. Kedua hukum Newton di atas akan membantu kamu untuk mengerti sebuah konsep baru pada gerak objek, momentum.

Dengan membaca artikel momentum ini kamu akan dapat memahami secara mendalam mengenai gerak benda dan hubungannya dengan massa benda tersebut. Kamu akan mengerti mengapa objek kecil dapat terpental lebih jauh ketika bertabrakan dengan

Loading...
benda yang lebih besar.

Pengertian dan Rumus Momentum

Momentum adalah kalimat yang cukup familiar bagi banyak orang di kehidupan sehari – hari, namun hanya ada satu definisi akurat mengenai momentum dalam lingkup fisika. Momentum adalah suatu kuantitas vektor hasil perkalian massa dan kecepatan dirumuskan sebagai berikut:

rumus hukum kekekalan momentum

Dengan

  • 1 adalah vektor momentum [kgm/s]
  • m adalah massa [kg]
  • 2 adalah vektor kecepatan [m/s]

Sekedar pengingat, vektor adalah suatu besaran yang memiliki nilai dan arah. Pada persamaan di atas variabel vektornya adalah momentum dan kecepatan, sehingga keduanya memiliki nilai dan arah.

Suatu vektor dapat dikatakan sama apabila memiliki nilai dan arah yang sama, dan dapat dikatakan berbeda apabila nilai atau arahnya berbeda. Pada konsep momentum perlu kamu catat bahwa vektor dapat dikatakan berlawanan apabila memiliki arahnya berkebalikan satu sama lain (misal objek a ke arah utara dan objek b ke arah selatan).

Pada persamaan momentum, karena hanya ada satu variabel vektor pada sisi kiri dan sisi kanan persamaan, yaitu momentum dan kecepatan, maka pasti momentum dan kecepatan memiliki arah yang sama atau searah.

Dengan sistem yang lebih kompleks, misalkan momentum pada meja billiard, dimana bola – bola billiard dapat bergerak bebas tanpa terikat satu sama lain, momentum totalnya dirumuskan sebagai berikut:

Dengan:

  • 3 adalah momentum total [kgm/s]
  • 4 adalah momentum objek ke- n [kgm/s]
  • 5 adalah massa objek ke – n [kg]
  • 6 adalah kecepatan objek ke – n [m/s]

Dengan persamaan momentum, menjadi jelas bahwa untuk memberikan kecepatan yang sama pada sebuah objek yang memiliki beda massa pasti akan lebih mudah dilakukan pada objek yang memiliki massa lebih kecil.

Tumbukan dan Hukum Kekekalan Momentum

Tumbukan adalah fenomena ketika dua atau lebih objek yang awalnya tidak bersentuhan menjadi saling bersentuhan permukaannya.

tumbukan

(ilustrasi tumbukan, diambil dari fundamental of physics)

Tumbukan terjadi ketika suatu benda tidak dapat memperlambat kecepatannya sendiri. Ilustrasi di atas adalah contoh tumbukan antara pemukul bola baseball dengan bola baseball, dimana pemukul memberikan gaya eksternal ke bola agar bola dapat berubah momentumnya

Apabila pemukulan bola tersebut terjadi pada suatu sistem terisolasi (misalnya tidak ada udara, tidak ada suara, dan tidak ada partikel lain yang keluar masuk sistem) maka tumbukan antar bola dan pemukul akan menjadi sebuah fenomena tumbukan elastis.

Tumbukkan elastis ditinjau dari energi kinetiknya adalah tumbukan yang terjadi tanpa adanya pengurangan energi kinetik sistem (dalam kasus pemukul dan bola, maka total energi kinetik keduanya haruslah konstan) atau pada kasus dimana massa dari objek yang bertumbukan tidak berubah, maka total kecepatan kedua objek haruslah sama sesudah dan sebelum tumbukkan.

Sebaliknya, tumbukan non elastis terjadi ketika total energi kinetik pada sistem tidak lah sama pada awal dan akhir tumbukan. Di dunia nyata hampir tidak ada yang namanya tumbukan elastis.

Setiap tumbukan yang terjadi pasti mengeluarkan energi sampingan, baik dalam berupa energi panas, energi bunyi, maupun energi yang merubah bentuk kedua benda yang tumbukan. Seperti halnya ketika dua mobil yang bertabrakan, akan dihasilkan energi sampingan dari tabrakan dalam bentuk suara, penyok pada kedua mobil, dan energi panas pada permukaan mobil yang bergesekan atau mengalami penyok.

Loading...
tabrakan mobil

(ilustrasi tabrakan mobil, diambil dari internet)

Baik tumbukan elastis maupun tumbukan non elastis pada sistem terisolasi akan mematuhi Hukum Kekekalan Momentum, yang menyatakan bahwa “momentum suatu sistem tidak akan pernah berubah tanpa adanya pengaruh dari gaya eksternal”. Hukum kekekalan momentum dirumuskan sebagai berikut:

Dengan:

  • 7 adalah total momentum awal
  • 8 adalah total momentum akhir

Contoh Soal Latihan

  1. Sebuah UFO bergerak dengan kecepatan konstan sebesar 300 m/s di luar angkasa ke arah selatan. Apabila diketahui massa dari UFO tersebut adalah 1000 kg, berapakah momentum yang dimiliki UFO tersebut?

Diketahui

  • 18= 300 m/s
  • 19= 1000 kg

Ditanya

  • Berapa besar momentum UFO tersebut?

Jawab

  • Pada kasus sederhana seperti ini, kita hanya perlu mengaplikasikan langsung persamaan momentum:

Apabila hanya memperhatikan nilainya, maka dapat disederhanakan menjadi

2. Perhatikan gambar di bawah ini

tumbukan bola dengan pemukul
(ilustrasi tumbukan bola dengan pemukul, diambil dari fundamental of physics)

Pada awalnya seorang pemain baseball mengayunkan pemukulnya dengan kecepatan 15 m/s untuk memukul bola yang datang dengan kecepatan 18 m/s. Apabila massa bola dan pemukul adalah 2 kg dan 0.3 kg, serta ketika tumbukan pemukul langsung tidak bergerak, berapakah kecepatan bola sesaat setelah terpukul?

Diketahui

17

Ditanya

  • Berapa kecepatan bola sesaat setelah terpukul?

Jawab

  • Pada kasus seperti ini, kita dapat langsung menggunakan persamaan Hukum Kekekalan Momentum. Perhatikan bahwa pada kasus ini yang berubah hanyalah kecepatan dari kedua objek dan kita hanya mengkaji nilai dari kecepatan bola, sehingga:
16

3. Hitunglah energi kinetik sebelum dan sesudah tumbukan dari sistem soal nomor dua dan tentukan jenis tumbukan yang terjadi pada sistem!

Diketahui

15

Ditanya

  • Berapa energi kinetik sesudah dan sebelum tumbukan?
  • Apa jenis tumbukan yang terjadi?

Jawab

  • Kita perlu membandingkan total energi kinetik sesudah dan sebelum tumbukan:
19

Karena energi kinetik sesudah dan sebelum tumbukan memiliki nilai yang berbeda, maka dapat disimpulkan tumbukan yang terjadi adalah tumbukan non elastis. Perhatikan bahwa walaupun tumbukan memenuhi hukum kekekalan momentum, energi kinetik awal dan akhirnya belum tentu sama.

Pertanyaan Umum

  • Apa itu momentum? Momentum adalah suatu kuantitas vektor hasil perkalian massa dan kecepatan, dimana momentum dan kecepatan merupakan besaran vektor sedangkan massa adalah besaran skalar. Kecepatan dan momentum memiliki arah yang sama.
  • Apa isi dari Hukum Kekekalan Momentum? Momentum suatu sistem tidak akan pernah berubah tanpa adanya pengaruh dari gaya eksternal.
  • Apa perbedaan dari tumbukan elastis dan tumbukan non elastis? Tumbukkan elastis ditinjau dari energi kinetik adalah tumbukan yang terjadi tanpa adanya pengurangan energi kinetik sistem (dalam kasus pemukul dan bola, maka total energi kinetik keduanya haruslah konstan). Tumbukan non elastis di lain sisi adalah tumbukan dimana energi kinetik sebelum dan sesudah tumbukan memiliki nilai yang berbeda.

Daftar Pustaka

[1] Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2016). Principles of Physics Extended, International Student Version. India: Wiley India Pvt. Ltd

[2] Serway, R. A., & Jewett, J. W. (1996). Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics 9th. International Edition (Brooks/Cole Publishing Co., Pacific Grove, CA, USA, 2011)

Baca juga

Loading...