Pengertian Momentum dalam Fisika
Momentum adalah kuantitas turunan, dihitung dengan mengalikan massa, m (kuantitas skalar), kecepatan kali, v (kuantitas vektor). Ini berarti bahwa momentum memiliki arah dan arah itu selalu sama dengan kecepatan gerak suatu benda. Variabel yang digunakan untuk mewakili momentum adalah p. Persamaan untuk menghitung momentum ditunjukkan di bawah ini.
Persamaan untuk Momentum
- p = mv
Unit SI dari momentum adalah kilogram kali meter per detik, atau kg*m/s.
Komponen Vektor dan Momentum
Sebagai kuantitas vektor, momentum dapat dipecah menjadi vektor komponen. Saat Anda melihat situasi pada kisi koordinat tiga dimensi dengan arah berlabel x , y , dan z. Misalnya, Anda dapat berbicara tentang komponen momentum yang berjalan di masing-masing dari tiga arah ini:
- p x = mv x
- p y = mv y
- p z = mv z
Vektor komponen ini kemudian dapat dilarutkan bersama menggunakan teknik-teknik matematika vektor , yang mencakup pemahaman dasar trigonometri. Tanpa masuk ke trigonometri spesifik, persamaan vektor dasar ditunjukkan di bawah ini:
- p = p x + p y + p z = mv x + mv y + mv z
Konservasi Momentum
Salah satu sifat penting dari momentum dan alasan itu sangat penting dalam melakukan fisika adalah bahwa itu adalah kekal kuantitas. Momentum total suatu sistem akan selalu tetap sama, tidak peduli apa pun perubahan yang dilalui sistem (selama objek pembawa momentum baru tidak diperkenalkan, yaitu).
Alasan mengapa hal ini sangat penting adalah memungkinkan para fisikawan membuat pengukuran sistem sebelum dan sesudah perubahan sistem dan membuat kesimpulan tentang hal itu tanpa harus benar-benar mengetahui setiap detail spesifik dari tabrakan itu sendiri.
Perhatikan contoh klasik dua bola bilyar yang saling bertabrakan. Jenis tumbukan ini disebut tumbukan elastis . Orang mungkin berpikir bahwa untuk mengetahui apa yang akan terjadi setelah tabrakan, seorang fisikawan harus mempelajari dengan cermat peristiwa-peristiwa spesifik yang terjadi selama tabrakan. Sebenarnya ini bukan masalahnya. Sebagai gantinya, Anda dapat menghitung momentum kedua bola sebelum tabrakan ( p1i dan p2i , di mana i adalah "awal"). Jumlahnya adalah momentum total sistem (sebut saja pT, di mana "T" berarti "total) dan setelah tumbukan - momentum total akan sama dengan ini, dan sebaliknya. Momentum kedua bola setelah tumbukan adalah p1f dan p1f , di mana f berarti" final. "Ini menghasilkan persamaan:
- p T = p 1i + p 2i = p 1f + p 1f
Jika Anda mengetahui beberapa vektor momentum ini, Anda dapat menggunakannya untuk menghitung nilai yang hilang dan membangun situasinya. Dalam contoh dasar, jika Anda tahu bahwa bola 1 diam ( p1i = 0) dan Anda mengukur kecepatan bola setelah tabrakan dan menggunakannya untuk menghitung vektor momentumnya, p1f dan p2f , Anda dapat menggunakan ini tiga nilai untuk menentukan dengan tepat momentum p2i . Anda juga dapat menggunakan ini untuk menentukan kecepatan bola kedua sebelum tumbukan karenap / m = v.
Jenis tumbukan lain disebut tumbukan tidak elastis , dan ini ditandai dengan fakta bahwa energi kinetik hilang selama tumbukan (biasanya dalam bentuk panas dan suara). Dalam tabrakan tersebut, namun, momentum adalah kekal, sehingga momentum keseluruhan setelah tumbukan sama dengan momentum total, seperti dalam sebuah tabrakan elastis:
- pT = p1i + p2i = p1f + p1f
Ketika tumbukan menghasilkan dua benda "saling menempel", itu disebut tumbukan tidak elastis sempurna , karena jumlah maksimum energi kinetik telah hilang. Contoh klasiknya adalah menembakkan peluru ke balok kayu. Peluru berhenti di kayu dan dua benda yang bergerak sekarang menjadi satu benda. Persamaan yang dihasilkan adalah:
- m1v1i + m2v2i = (m1 + m2)vf
Seperti halnya tabrakan sebelumnya, persamaan yang dimodifikasi ini memungkinkan Anda untuk menggunakan beberapa jumlah ini untuk menghitung yang lain. Karena itu, Anda dapat menembak balok kayu, mengukur kecepatan pergerakannya ketika ditembak, dan kemudian menghitung momentum (dan karenanya kecepatan) di mana peluru itu bergerak sebelum tabrakan.
Momentum Fisika dan Hukum Gerakan Kedua
Hukum Kedua Newton tentang Gerakan memberi tahu kita bahwa jumlah semua gaya (kita akan menyebut jumlah F ini , meskipun notasi yang biasa melibatkan sigma huruf Yunani) yang bekerja pada suatu benda sama dengan kali massa percepatan objek. Akselerasi adalah laju perubahan kecepatan. Ini adalah turunan dari kecepatan sehubungan dengan waktu, atau dv/dt , dalam istilah kalkulus. Menggunakan beberapa kalkulus dasar, kita mendapatkan:
- Fsum = ma = m * dv/dt = d(mv)/dt = dp/dt
Dengan kata lain, jumlah gaya yang bekerja pada suatu objek adalah turunan dari momentum sehubungan dengan waktu. Bersama dengan undang-undang konservasi yang dijelaskan sebelumnya, ini menyediakan alat yang kuat untuk menghitung kekuatan yang bekerja pada suatu sistem.
Bahkan, Anda dapat menggunakan persamaan di atas untuk mendapatkan hukum konservasi yang dibahas sebelumnya. Dalam sistem tertutup, total gaya yang bekerja pada sistem akan menjadi nol ( Fsum = 0), dan itu berarti bahwa dPsum/dt = 0. Dengan kata lain, total semua momentum dalam sistem tidak akan berubah seiring waktu , yang berarti bahwa total momentum P jumlah harus tetap konstan. Itulah kekekalan momentum!