Bank Soal Fisika SMA Tumbukan

Diketahui:

Massa balok m_b = 1,96 kg

Massa peluru m_p= 40 gram = 0,04 kg

Penekanan panjang pegas x = 40 cm = 0,4 m

Konstanta pegas k = 200 N/m

Posisi seimbang x₀ = 0

kecepatan balok sebelum ditumbuk v_balok = 0 m/s

Ditanya:

kecepatan awal peluru v_p = ?

Dijawab:

Ketika sistem balok kayu-pegas diuraikan, maka terdapat beberapa konsep yang bekerja yaitu, konsep gaya pegas, energi kinetik, usaha, dan tumbukan. Gaya pegas termasuk ke dalam gaya konservatif di mana usaha yang dilakukan gaya pegas merupakan perubahan energi potensial pegas. Ketika balok kayu tertembak oleh peluru, terjadi perubahan energi kinetik yang menyebabkan gaya pegas melakukan usaha. Sehingga sesuai dengan teorema usaha-energi, dapat dituliskan menjadi:

W = $\Delta$EK

Karena satu-satunya gaya yang melakukan usaha pada balok kayu adalah gaya pegas, maka

W_pegas = $\Delta$EK, di mana W_pegas = $\Delta$EP_pegas, sehingga

$\Delta$EK = $\Delta$EP_pegas

1) Menentukan kecepatan akhir setelah balok ditumbuk peluru

$\Delta$EK = $\Delta$EP_pegas

$\frac{1}{2}$ (m_p + m_b) v' ²- $\frac{1}{2}$ (m_b) v_b² = $\frac{1}{2}$ kx² - $\frac{1}{2}$ kx₀²

$\frac{1}{2}$ (m_p + m_b) v' ² - 0 = $\frac{1}{2}$ kx² - 0

$\frac{1}{2}$ (m_p + m_b) v' ²= $\frac{1}{2}$ kx²

$\frac{1}{2}$ (0,04+1,96) v' ²= $\frac{1}{2}$ (200)(0,4)²

2,00 v' ² = (200)(0,16)

v' ² =$\frac{(200\ )(\ 0,16)}{2,00}$

v' ² = 16

v' = 4 m/s

2) Menentukan kecepatan awal peluru

Peristiwa peluru dan balok kayu merupakan salah satu contoh aplikasi dari tumbukan tidak lenting sama sekali. Setelah diperoleh kecepatan akhir peluru menumpuk balok kayu, maka selanjutnya dapat ditentukan kecepatan awal peluru melalui persamaan

m_pv_p + m_bv_b = (m_p + m_b) v'

m_pv_p = (m_p + m_b) v'

0,04 v_p = (0,04 + 1,96) 4

0,04 v_p = 8

v_p = $\frac{8}{0,04}$

v_p = 200 m/s

Jadi, kecepatan awal peluru sesaat sebelum menumbuk balok kayu adalah 200 m/s