LAPORAN LENGKAP PRAKTIKUM FISIKA DASAR Topik Percobaan : Air Track (Hukum Kekekalan Momentum) Oleh : Nama : Hariadi NIM : DBD 109 047 Kelompok :III (Tiga) Praktikum Ke : Tanggal Praktikum : Dosen Pembimbing : Lendra, ST., MT. Asisten Pembimbing : UPT. LAB. DASAR DAN ANALITIK UNIVERSITAS PALANGKARAYA 010
I. Topik Percobaan Air Track (Hukum Kekekalan Momentum) II. Tujuan Percobaan Setelah melakukan percobaan ini mahasiswa diharapkan dapat : 1. Memahami hukum kekekalan momentum.. Dapat membedakan tumbukan elastis dengan tumbukan tidak elastis. III. Alat dan Bahan 1. Rel Udara. Kereta 3. Pegas Tumbuk 4. Timer Counter 5. Beban 6. Penghalang Cahaya 7. Velcro 8. Gerbang Cahaya IV. Landasan Teoritis dan Prosedur Pengamatan A. Dasar Teori 1. Tumbukan Kita tinjau tumbukan antara dua benda bermassa m A dan m B seperti diperlihatkan dalam gambar (.1) di bawah ini. Dalam selang tumbukan yang sangat singkat kedua benda saling memberikan gaya pada yang lainnya. Menurut hukum Newton ketiga, pada saat gaya F A yaitu gaya yang bekerja pada benda A oleh benda B sama besar dan berlawanan arah dengan gaya F B yaitu gaya pada benda B oleh benda A. F A F B Gambar.1 Perubahan momentum benda A akibat tumbukan ini adalah :
t P A = F A dt = F A t t1 dengan F A adalah harga rata-rata gaya F A dalam selang waktu tumbukan t = t t 1. Perubahan momentum benda B akibat tumbukan adalah : t P B = t1 F B dt = F B t dengan F B adalah harga rata-rata gaya F B dalam selang waktu tumbukan t = t t 1. Jika tidak ada gaya lain yang bekerja maka P A dan P B menyatakan perubahan momentum total masing-masing benda. Tetapi telah kita ketahui bahwa pada setiap saat F A = -F B sehingga F A = F B dan karena itu P A = P B. Jika kedua benda kita anggap sebagai sebuah sistem toleransi, maka momentum total sistem adalah P = PA + PB dan perubahan momentum total sistem akibat tumbukan sama dengan nol yaitu P = P A + P B = 0. Jadi jika tidak ada gaya luar yang bekerja maka tumbukan tidak mengubah momentum total sistem. Gaya implusif yang bekerja selama tumbukan merupakan gaya internal, karena itu tidak mempengaruhi momentum total sistem. Pada tumbukan dua partikel atau lebih berlaku dua hukum : a. Hukum Kekekalan Momentum b. Hukum Kekekalan Energi Mekanik Pada semua tumbukan selalu berlaku hukum Kekekalan Momentum, tetapi tidak semua tumbukan berlaku hukum Kekekalan Energi Mekanik. Hanya tumbukan tertentu yang berlaku hukum Kekekalan Energi Mekanik. Ditinjau dari berlakunya hukum Kekekalan Momentum dan hukum Kekekalan Energi Mekanik ada tumbukan elastis sempurna dan tumbukan tidak elastis. Pada tumbukan elastis sempurna berlaku dua hukum, yaitu sebagai berikut. a. Hukum Kekekalan Momentum Misalkan dua buah benda (A dan B) dengan massa m A dan m B bergerak dengan kecepatan v A dan v B. Kecepatan benda setelah tumbukan v A dan v B. Hukum kekekalan momentum dapat kita tuliskan : m A v A + m B v B = m A v A + m B v B Dimana : m A = massa benda A m B = massa benda B v A = kecepatan benda A sebelum tumbukan v B = kecepatan benda B sebelum tumbukan v A = kecepatan benda A sesudah tumbukan v B = kecepatan benda B sesudah tumbukan
Jika kita dapat mengukur kecepatan kedua sistem sebelum dan sesudah tumbukan, massa benda bisa kita ketahui, maka hukum kekekalan momentum dapat kita buktikan. b. Hukum Kekekalan Energi Mekanik Perlu diperhatikan pada tumbukan tidak elastis hanya berlaku hukum Kekekalan Momentum saja. E A + E B = E A + E B E KA + E KB + E PA + E PB = E KA + E KB + E PA + E PB ½ mv A + ½ mv B + mgh A + mgh B = ½ mv A + ½ mv B + mgh A + mgh B Dimana : h A = tinggi benda A sebelum tumbukan h A = tinggi benda A sesudah tumbukan h B = tinggi benda B sebelum tumbukan h B = tinggi benda B sesudah tumbukan Jika tumbukan kedua benda berada pada bidang datar yang tingginya sama, berlaku : h A = h A = h B = h B Pada tumbukan ini hukum Kekekalan Enerbgi Mekanik sama dengan hukum Kekekalan Energi Kinetik E A + E B = E A + E B E KA + E KB = E KA + E KB ½ mv A + ½ mv B + mgh A + mgh B = ½ mv A + ½ mv B. Jenis Tumbukan Pada peristiwa tumbukan dua atau lebih benda selalu berlaku hukum Kekekalan Momentum. Terdapat tumbukan dengan energi mekanik sistem tetap tetapi ada juga yang tidak. Tumbukan dengan energi mekanik sistem tetap dinamakan tumbukan lenting sempurna (elastis sempurna), sedangkan tumbukan dengan energi mekanik sistem tidak tetap dinamakan tumbukan tidak lenting sempurna (tumbukan tidak elastis sempurna). Pada peristiwa tumbukan terdapat besaran yang dapat membedakan jenis tumbukan yaitu koefisien restitusi (e). e = (v 1 v ) v 1 v Berdasarkan nilai koefisien restitusi, maka ada tiga jenis tumbukan, yaitu : a. tumbukan lenting sempurna (elastis sempurna), dengan e = 1,
b. tumubukan tidak lenting (lenting sebagian), dengan 0 < e < 1, c. tumbukan tak lenting sempurna (tidak lenting sama sekali), dengan e = 0 Seperti yang telas dijelaskan di atas bahwa tumbukan terbagi menjadi tiga. Namun pada praktikum ini hanya dibahas dua tumbukan saja, yaitu tumbukan lenting sempurna (elastis sempurna) dan tumbukan tak lenting sempurna (tidak lenting sama sekali). Penjelasan mengenai dua tumbukan tersebut ialah sebagai berikut. 1. Tumbukan Lenting Sempurna (Elastis Sempurna) Misalkan massa kedua benda sama besar m A = m B, dan benda A mua-mula diam v A = 0. Benda B mendekati dan menumbuk benda A dengan kecepatan v B Di dapatkan dan v' A = v' B dan v B = 0, artinya kedua benda bertukar kecepatan. Untuk benda dengan massa berbeda, dan benda A mula-mula diam, persamaannya menjadi : m B.. v B = m A. v' A + m B.. v' B. Tumbukan Tak Lenting Sempurna (Tidak Lenting Sama Sekali) Misalkan benda A dan benda B sama besar m A = m B, benda A mula-mula diam, dan benda B bergerak dengan kecepatan V, setelah tumbukan kecepatan kedua benda sama besar, maka kecepatan kedua benda setelah tumbukan menjadi v' = ½ v. Jika kedua benda memiliki kecepatan mula-mula tetapi untuk arah yang sama maka kecepatan benda setelah tumbukan menjadi v' = ½ (v A + v B ). Jika massa kedua benda tidak sama maka persamaan menjadi : m B.. v B =( m A + m B )
B. Prosedur Kegiatan Percobaan Tumbukan Lenting sempurna. 1. Mengatur Timer Counter pada fungsi COLLISION.. Meletakan kereta diatas rel. 3. Kereta A dalam keadaan diam di antara gerbang cahaya. 4. Mendorong kereta B sehingga bergerak dengan kecepatan vb yang besarnya dapat diukur melalui gerbang cahaya G. 5. Menahan kereta sehingga hanya satu kali melewati gerbang cahaya. 6. Mengamati waktu kereta melewati gerbang cahaya kemudian tekan tombol CHANGE OVER untuk mengubah menjadi data kecepatan, dan mencatat pada tabel pengamatan. 7. Mengulangi percobaan diatas dengan mengubah massa pada kereta A,dan mencatat hasilnya pada tabel pengamatan. Percobaan Tumbukan tidak lenting sempurna. 1. Memasang Velcro pada kedua kereta dan penghalang cahaya hanya pada salh satu kereta.. Meletakan kereta A diantara kedua gerbang cahaya. 3. Mendorong kereta B sehingga menumbuk kereta A (setelah tumbukan kedua kereta akan bergerak sama-sama). 4. Mengamati kecepatan kereta melewati gerbang cahaya sebelum dan sesudah tumbukan pada Timer Counter kemudian catat pada tabel pengamatan. 5. Mengulangi langkah sampai dengan langkah 4 dengan beban tambahan pada kereta A kemudian mencatat pada tabel pengamatan.
V. Data Hasil Pengamatan Tabel Pengamatan Tumbukan elastis dengan m A = m B dan v A = 0 Sebelum tumbukan Setelah tumbukan No. Benda A Benda B Benda A Benda B V A P A V B P B V A P A V B P B 1. 0 0 15,1 756 14,57 78,5 0 0. 0 0,9 1114,5 19,18 959 0 0 3. 0 0 8,76 1438 7,8 1390 0 0 Tabel Pengamatan Tumbukan tidak lenting sama sekali dengan m A = m B dan v A = 0 Sebelum tumbukan Setelah tumbukan No. Benda A Benda B Benda A Benda B V A P A V B P B V A P A V B P B 1. 0 0 31,33 1566,5 9,41 470,5 9,41 470,5. 0 0 9,8 1490 8,11 405,5 8,11 405,5 3. 0 0 37,53 1876,5 9,66 483 9,66 483
VI. Analisis Data dan Jawaban Tugas A. Analisis Data Lenting Sempurna 1. Diketahui : m A : 50 gram m B : 50 gram v A : 0 s B : s A : t B : 0,137 s t A : 0,1376 s v B : 0 V = t s V B = V A = 0,137 0,1376 = 15,1 cm/s = 14,57 cm/s P = m. v PB = 50 g 15,1 cm/s = 756 g cm/s PA = 50 g 14,57 cm/s = 78,5 g cm/s m A v A + m B v B = m A v A + m B v B 0 + 756 = 78,5 + 0 1/m A v A + 1/ m B v B = 1/ m A v A + 1/ m B v B 0 + 5715,36 = 5301,1 + 0. Diketahui : m A : 50 gram m B : 50 gram v A : 0 s B : s A : t B : 0,0897 s t A : 0,10475 s v B : 0
V = t s V B = 0,0897 =,9 cm/s V A = 0,10475 P = m. v = 19,18 cm/s PB = 50 g,9 cm/s = 1114,5 g cm/s PA = 50 g 19,18 cm/s = 959 g cm/s m A v A + m B v B = m A v A + m B v B 0 + 1114,5 = 959 + 0 1/m A v A + 1/ m B v B = 1/ m A v A + 1/ m B v B 0 + 141,1 = 9196,81 + 0 3. Diketahui : m A : 50 gram m B : 50 gram v A : 0 s B : s A : t B : 0,06954 s t A : 0,07194 s v B : 0 V = t s V B = V A = 0,06954 0,07194 = 8,76 cm/s = 7,8 cm/s P= m. v PB = 50 g 8,76 cm/s = 1438 g cm/s PA = 50 g 7,8 cm/s = 1390 g cm/s m A v A + m B v B = m A v A + m B v B 0 + 1438 = 1390 + 0 1/m A v A + 1/ m B v B = 1/ m A v A + 1/ m B v B
0 + 0678,44 = 1931 + 0 Tidak Lenting Sempurna 1. Diketahui : m A : 50 gram m B : 50 gram v A : 0 s B : s A : t B : 0,06383 s t A : 0,15 s V = t s V B = V A = 0,06383 0,15 = 31,33 cm/s = 9,41 cm/s P = m. v PB = 50 g 31,33 cm/s = 1566,5 g cm/s PA = PB = 50 g 9,41 cm/s = 470,5 g cm/s m A v A + m B v B = m A v A + m B v B 0 + 1566,5 = 470,5 + 470,5 1566,5 = 941 1/m A v A + 1/ m B v B = 1/ m A v A + 1/ m B v B 0 + 4539, = 13,7 + 13,7 4539, = 447,4. Diketahui : m A : 50 gram m B : 50 gram v A : 0 s B : s A : t B : 0,0671 s t A : 0,466 s V = t s
V B = 0,0671 = 9,8 cm/s V A = 0,466 P = m. v = 8,11 cm/s PB = 50 g 9,8 cm/s = 1490 g cm/s PA = PB = 50 g 8,11 cm/s = 405,5 g cm/s m A v A + m B v B = m A v A + m B v B 0 + 1490 = 405,5 + 405,5 1490 = 811 1/m A v A + 1/ m B v B = 1/ m A v A + 1/ m B v B 0 + 01 = 1644,3 + 1644,3 01 = 388,6 3. Diketahui : m A : 50 gram m B : 50 gram v A : 0 s B : s A : t B : 0,0539 s t A : 0,070 s V = t s V B = 0,0539 = 37,53 cm/s V A = 0,070 = 9,66 cm/s P= m. v PB = 50 g 37,53 cm/s = 1876,5 g cm/s PA = PB = 50 g 9,66 cm/s = 483 g cm/s m A v A + m B v B = m A v A + m B v B 0 + 1876,5 = 483 + 483 1876,5 = 966
1/m A v A + 1/ m B v B = 1/ m A v A + 1/ m B v B 0 + 351,5 = 33,89 + 33,89 351,5 = 4665,78 B. Tugas Jawaban dari tugas praktikum ini ialah sebagai berikut. 1. Dapat, karena dalam selang tumbukan yang sangat singkat kedua benda saling memberikan gaya pada yang lainnya. Menurut hukum Newton ketiga, pada saat gaya F A yaitu gaya yang bekerja pada benda A oleh benda B sama besar dan berlawanan arah dengan gaya F B yaitu gaya pada benda B oleh benda A.. Pada hukum kekekalan momentum, jarak dapat memberkan pengaruh. Hal tersebut dapat dibuktikan sebagai berikut. s V = t Dimana V = Kecepatan s = Jarak t = Waktu Hubungan terhadap hukum kekekalan momentum P = m. v Dimana P = Momentum m = Massa v = Kecepatan Terlihat pada rumus di atas bahwa jarak memiliki pengaruh dalam hukum kekekalan momentum. 3. Syarat-syarat yang harus dipenuhi agar hokum kekekalan momentum dapat berlaku ialah sebagai berikut. a. Kedua benda saling memberikan gaya pada yang lainnya b. Hukum Newton ketiga, pada saat gaya F A yaitu gaya yang bekerja pada benda A oleh benda B sama besar dan berlawanan arah dengan gaya F B yaitu gaya pada benda B oleh benda A. 4. Berdasarkan percobaan di atas dapat disimpulkan bahwa : - Gerakan suatu benda yang bertabrakan atau bertumbukan dengan benda lainnya dapat ditentukan apabila gaya yang bekerja selama benda-benda itu
bertumbukan diketahui. Sering kali gaya itu tidak diketahui, tetapi dengan prinsip kekekalan momentum yaitu massa suatu benda dikali kecepatan suatu benda maka dapat diselesaikan. - Hukum kekekalan momentum dapat dibedakan menjadi tumbukan lenting sempurna (elastis sempurna) dan tumbukan lenting tidak sempurna (tidak elstis sama sekali). 5. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi berlakunya hukum kekekalan momentum pada sebuah tumbukan ialah sebagai berikut. - Adanya gaya yang bekerja selama benda-benda itu bertumbukan. - Adanya pengaruh jarak, waktu, kecepatan serta masa benda dalam suatu kekekalan momentum.
VII. Diskusi, Kesimpulan dan Saran A. Diskusi Menurut kami, praktikum mengenai air track (Hukum Kekekalan Momentum) kemarin berjalan lancar dan tanpa hambatan walaupun kami masih agak kebingungan dalam menggunakan alat-alat tersebut karena alat-alat tersebut masih asing dan baru bagi kami. Hal tersebut jugatidak terlepas karena mengenai penggunaan alat tersebut sebelumnya telah dijelaskan dengan baik oleh asisten laboratorium. B. Kesimpulan Dari percobaan di atas dapat kami simpulkan bahwa : Berdasarkan percobaan di atas, dapat kami simpulkan bahwa : 1. Dengan dilakukannya percobaan, mahasiswa telah memahami tentang hukum kekekalan momentum. Yang mana hukum tersebut menyatakan bahwa : Dalam peristiwa tumbukan, momentum total sistem sesaat sebelum tumbukan sama dengan momentum total sistem sesaat sesudah tumbukan, asalkan tidak ada gaya luar yang bekerja pada sistem. P sebelum = P sesudah P A + P B = P A + P B m A v A + m B v B = m A v A + m B v B. Tumbukan lenting sempurna (elastis sempurna) dan tumbukan tak lenting sempurna (tidak elastis sama sekali) merupakan jenis-jenis dari tumbukan yang pasti berbeda definisinya. Tumbukan lenting sempurna (elastis sempurna) adalah jenis tumbukan dimana setelah terjadi tumbukan jumlah energi kinetik kedua benda sama dengan jumlah energi kinetik mula-mula (sebelum tumbukan).jadi, setelah tumbukan tak ada energi yang hilang, ini berarti bentuk benda sesudah tumbukan sama seperti sebelum tumbukan atau benda tak mengalami kerusakan. Sedangkan, tumbukan tak lenting sempurna (tidak elastis sama sekali) adalah jenis tumbukan dimana kedua benda setelah tumbukan bergabung menjadi satu dengan kecepatan yang sama, jadi v A = v B = v, akibatnya v A v B = 0. C. Saran Menurut kami, kakak/asisten laboratorium sudah baik dalam memberikan penjelasan mengenai alat dan bahan praktikum maupun mengenai prosedur praktikum yang akan kami lakukan. Untuk alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum, menurut kami tidak ada yang bermasalah dan masih dapat digunakan pada saat praktikum.
VIII. Daftar Pustaka Tim Pengajar Fisika dasar. 009. Petunjuk Praktikum Fisika Dasar. Palangka Raya: Laboratorium Dasar dan Analitik. Fashlihu, Zain, S.Pd. 005. Star Idola SMA Fisika XI Genap/KBK. Solo: PT. Putra Kertonatan. Istiyono, Edi, Drs, M.Si. 005. FISIKA UNTUK KELAS XI Jilid a SMA. Klaten: PT. Intan Pariwara.
IX. Lampiran LAPORAN SEMENTARA PRAKTIKUM FISIKA DASAR I Praktikum yang ke : Topik percobaan : Kelompok : Anggota Kelompok : 1.. 3. 4. 5. Hari/tanggal : TABEL PENGAMATAN Mengetahui Asisten Laboratorium, (... )