Latihan Fisika Kelas X Tumbukan
Admin Cube
Soal
10
Kesulitan
Reguler
Waktu
Mata Pelajaran
Fisika
Selesai
Benar
0
Salah
0
Dilewati
10

Komposisi Skor

Peringkat

1. 2
2. 2
3. 0
4. 0
5. 0
6+. 0
  • Pilgan

    Dua buah bola billiard mengalami tumbukan tidak lenting sama sekali. Salah satu bola diam, dan bola lainnya mendekat dengan kecepatan sebesar 2 m/s. Jika massa kedua bola tersebut sama, yaitu sebesar 30 gram. Kecepatan bola sesaat setelah bertumbukan adalah ....

    A

    22 m/s

    B

    33 m/s

    C

    44 m/s

    D

    55 m/s

    E

    11 m/s

    Pembahasan:

    Diketahui:

    Bertumbukan tidak lenting sama sekali

    Kecepatan bola 1 v1=0v_1=0 m/s (Karena salah satu bola diam)

    Kecepatan bola 2 v2=2v_2=2 m/s

    Massa bola 1 sama dengan massa bola 2 m1=m2=30m_1=m_2=30 gram =0,03=0,03 kg

    Ditanya:

    Kecepatan bola sesaat setelah bertumbukan v=?v'=?

    Dijawab:

    Tumbukan tidak lenting sama sekali merupakan jenis tumbukan yang terjadi apabila benda yang bertumbukan menyatu dan bergerak secara bersamaan setelah bertumbukan. Persamaan hukum kekekalan momentum dimodifikasi menurut keadaan ini dan didapatkan persamaan untuk jenis tumbukan ini adalah seperti berikut.

    m1v1+m2v2=(m1+m2)vm_1v_1+m_2v_2=\left(m_1+m_2\right)v'

    (0,03)(0)+(0,03)(2)=(0,03+0,03)v\left(0,03\right)\left(0\right)+\left(0,03\right)\left(2\right)=\left(0,03+0,03\right)v'

    0+0,06=0,06v0+0,06=0,06v'

    0,06v=0,060,06v'=0,06

    v=0,060,06v'=\frac{0,06}{0,06}

    v=1v'=1 m/s

    Jadi, kecepatan bola sesaat setelah bertumbukan adalah 11 m/s.

  • Pilgan

    Perhatikan gambar berikut.

    Bola 1 dan 2 memiliki massa berturut-turut sebesar 2 kg dan 3 kg. Bola 1 bergerak dengan kecepatan 5 m/s, sedangkan bola 2 bergerak dengan kecepatan 2 m/s. Kedua benda bergerak berlawanan arah seperti pada gambar. Kedua bola tersebut bertumbukan lenting sebagian dengan koefisien restitusi sebesar 0,6. Kecepatan bola 1 dan 2 setelah tumbukan berturut-turut adalah ....

    A

    4,684,68 m/s dan 1,881,88 m/s

    B

    1,881,88 m/s dan 4,884,88 m/s

    C

    0,680,68 m/s dan 4,884,88 m/s

    D

    4,684,68 m/s dan 1,881,88 m/s

    E

    4,484,48 m/s dan 1,841,84 m/s

    Pembahasan:

    Diketahui:

    Gambaran gerak kedua bola.

    Massa bola 1 m1=2m_1=2 kg

    Massa bola 2 m2=3m_2=3 kg

    Kecepatan bola 1 v1=5v_1=5 m/s

    Kecepatan bola 2 v2=2v_2=-2 m/s (negatif karena arahnya berlawanan dengan arah bola 1).

    Koefisien restitusi e=0,6e=0,6

    Bertumbukan lenting sebagian

    Ditanya:

    Kecepatan bola 1 setelah tumbukan v1=?v_1'=?

    Kecepatan bola 2 setelah tumbukan v2=?v_2'=?

    Dijawab:

    Tumbukan lenting sebagian merupakan jenis tumbukan yang terjadi apabila benda yang bertumbukan tidak saling menjauh satu sama lain setelah bertumbukan namun juga tidak menyatu dan bergerak secara bersamaan. Tumbukan lenting sebagian memiliki koefisien restitusi diantara 0 dan 1 (0<e<10<e<1). Koefisien ini merupakan harga negatif perbandingan besarnya kecepatan kedua benda yang bertumbukan setelah dan sebelum bertumbukan. Koefisien restitusi dapat dituliskan dengan persamaan berikut.

    e=v1v2v1v2e=-\frac{v_1'-v_2'}{v_1-v_2}

    0,6=v1v25(2)0,6=-\frac{v_1'-v_2'}{5-\left(-2\right)}

    0,6=v1v270,6=-\frac{v_1'-v_2'}{7}

    4,2=v1+v24,2=-v_1'+v_2'

    v1=v24,2v_1'=v_2'-4,2

    Kemudian kita dapat melanjutkannya dengan persamaan hukum kekekalan momentum berikut.

    pawal=pakhirp_{\text{awal}}=p_{\text{akhir}}

    m1v1+m2v2=m1v1+m2v2m_1v_1+m_2v_2=m_1v_1'+m_2v_2'

    (2)(5)+(3)(2)=(2)(v24,2)+(3)(v2)\left(2\right)\left(5\right)+\left(3\right)\left(2\right)=\left(2\right)\left(v_2'-4,2\right)+\left(3\right)\left(v_2'\right)

    10+6=2v28,4+3v210+6=2v_2'-8,4+3v_2'

    16=5v28,416=5v_2'-8,4

    24,4=5v224,4=5v_2'

    v2=4,88v_2'=4,88 m/s

    Kemudian cari kecepatan bola 1 dengan persamaan yang didapat dari persamaan restitusi berikut.

    v1=v24,2v_1'=v_2'-4,2

    v1=4,884,2v_1'=4,88-4,2

    v1=0,68v_1'=0,68 m/s

    Jadi, kecepatan bola 1 dan 2 setelah tumbukan berturut-turut adalah 0,680,68 m/s dan 4,884,88 m/s.

  • Pilgan

    Dua benda R dan S bermassa 2 kg dan 5 kg bergerak saling mendekat dengan kecepatan masing-masing vR = 10 m/s dan vS = 5 m/s. Jika kedua benda bertumbukan lenting sempurna, maka kecepatan masing-masing benda setelah bertumbukan adalah ....

    A

    5,4 m/s dan 22 m/s

    B

    3,6 m/s dan 11,5 m/s

    C

    7,2 m/s dan 12,5 m/s

    D

    11,5 m/s dan 3,6 m/s

    E

    10,5 m/s dan 3,2 m/s

    Pembahasan:

    Diketahui:

    Massa benda R mR = 2 kg

    Massa benda S mS = 5 kg

    Kecepatan awal benda R vR = 10 m/s

    Kecepatan awal benda S vS = 5 m/s

    Tumbukan lenting sempurna

    Ditanya:

    Kecepatan masing-masing benda setelah bertumbukan vR' dan vS' = ?

    Dijawab:

    Tumbukan lenting sempurna terjadi jika pada peristiwa tumbukan tersebut energi kinetik sistem adalah tetap sehingga selain berlaku hukum kekekalan momentum juga berlaku hukum kekekalan energi kinetik. Berdasarkan hukum kekekalan momentum, momentum total awal adalah sama dengan momentum total akhir, dimana

    psebelum=psetelahp_{\text{sebelum}}=p_{\text{setelah}}

    Sementara momentum merupakan ukuran kesukaran untuk memberhentikan gerak suatu benda melalui hasil perkalian antara massa dengan kecepatan benda.

    p = mvp\ =\ mv

    sehingga

    mRvR+mSvS=mRvR+mSvSm_{\text{R}}v_{\text{R}}+m_{\text{S}}v_{\text{S}}=m_{\text{R}}v_{\text{R}}'+m_{\text{S}}v_{\text{}\text{S}}'

    Sedangkan hukum kekekalan energi kinetik menyatakan bahwa energi kinetik sistem sesaat sebelum dan sesudah tumbukan adalah sama besar.

    EK1+EK2=EK1+EK2EK_1+EK_2=EK_1'+EK_2'

    Sehingga, karena berlaku hukum kekekalan energi kinetik maka, koefisien restitusi pada tumbukan lenting sempurna bernilai 1, maka

    e=(ΔvΔv)e=-\left(\frac{\Delta v'}{\Delta v}\right)

    1=(ΔvΔv)1=-\left(\frac{\Delta v'}{\Delta v}\right)

    Δv=Δv\Delta v'=-\Delta v .......(1)

    Untuk tumbukan lenting sempurna, kecepatan relatif sesaat sesudah tumbukan sama dengan kecepatan relatif sesaat sebelum tumbukan.

    Misal arah gerak benda M bernilai positif dan arah gerak benda N bernilai negatif maka

    mRvR+mSvS=mRvR+mSvSm_{\text{R}}v_{\text{R}}+m_{\text{S}}v_{\text{S}}=m_{\text{R}}v_{\text{R}}'+m_{\text{S}}v_{\text{}\text{S}}'

    (2)(10)+(5)(5)=(2)vR+(5)vS\left(2\right)\left(10\right)+\left(5\right)\left(-5\right)=\left(2\right)v_{\text{R}}'+\left(5\right)v_{\text{S}}'

    20+(25)=2vR+5vS20+\left(-25\right)=2v_{\text{R}}'+5v_{\text{S}}'

    5=2vR+5vS-5=2v_{\text{R}}'+5v_{\text{S}}'

    2vR=55vS2v_{\text{R}}'=-5-5v_{\text{S}}'

    vR=(55vS)2v_{\text{R}}'=\frac{\left(-5-5v_{\text{S}}'\right)}{2} .........(2)

    berdasarkan persamaan (1)

    Δv=Δv\Delta v'=-\Delta v

    vSvR=(vSvS)v_{\text{S}}'-v_{\text{R}}'=-\left(v_{\text{S}}-v_{\text{S}}\right)

    vS(55vS2)=(vSvR)v_{\text{S}}'-\left(\frac{-5-5v_{\text{S}}'}{2}\right)=-\left(v_{\text{S}}-v_{\text{R}}\right)

    (2vS+5+5vS)2=(vSvR)\frac{\left(2v_{\text{S}}'+5+5v_{\text{S}}'\right)}{2}=-\left(v_{\text{S}}-v_{\text{R}}\right)

    7vS+5=2(vRvS)7v_{\text{S}}'+5=2\left(v_{\text{R}}-v_{\text{S}}\right)

    7vS+5=2(10(5))7v_{\text{S}}'+5=2\left(10-\left(-5\right)\right)

    7vS+5=2(10+5)7v_{\text{S}}'+5=2\left(10+5\right)

    7vS+5=2(15)7v_{\text{S}}'+5=2\left(15\right)

    7vS+5=307v_{\text{S}}'+5=30

    7vS=3057v_{\text{S}}'=30-5

    7vS=257v_{\text{S}}'=25

    vS=257v_{\text{S}}'=\frac{25}{7}

    vS=3,6v_{\text{S}}'=3,6 m/s

    substitusikan ke persamaan (2)

    vR=(55vS)2v_{\text{R}}'=\frac{\left(-5-5v_{\text{S}}'\right)}{2}

    vR=(55(3,6))2v_{\text{R}}'=\frac{\left(-5-5\left(3,6\right)\right)}{2}

    vR=(518)2v_{\text{R}}'=\frac{\left(-5-18\right)}{2}

    vR=(23)2v_{\text{R}}'=\frac{\left(-23\right)}{2}

    vR=11,5v_{\text{R}}'=-11,5 m/s

    Jadi, kecepatan benda R setelah tumbukan adalah 11,5 m/s dan kecepatan benda S setelah tumbukan adalah 3,6 m/s.

  • Pilgan

    Dua troli A dan B bermassa sama yaitu 2 kg bergerak saling mendekat dengan kecepatan masing-masing vA = 5 m/s dan vB = 15 m/s. Jika kedua troli bertumbukan lenting sempurna, maka kecepatan masing-masing troli setelah bertumbukan adalah ....

    A

    3 m/s dan 13 m/s

    B

    10 m/s dan 5 m/s

    C

    13 m/s dan 3 m/s

    D

    10 m/s dan 20 m/s

    E

    15 m/s dan 5 m/s

    Pembahasan:

    Diketahui:

    Massa troli A = massa troli B mA = mB = 2 kg

    Kecepatan awal troli A vA = 5 m/s

    Kecepatan awal troli B vB = 15 m/s

    Tumbukan lenting sempurna

    Ditanya:

    Kecepatan masing-masing troli setelah bertumbukan vA' dan vB' = ?

    Dijawab:

    Tumbukan lenting sempurna terjadi jika pada peristiwa tumbukan tersebut energi kinetik sistem adalah tetap sehingga selain berlaku hukum kekekalan momentum juga berlaku hukum kekekalan energi kinetik. Berdasarkan hukum kekekalan momentum, momentum total awal adalah sama dengan momentum total akhir, dimana

    psebelum=psetelahp_{\text{sebelum}}=p_{\text{setelah}}

    Sementara momentum merupakan ukuran kesukaran untuk memberhentikan gerak suatu benda melalui hasil perkalian antara massa dengan kecepatan benda.

    p = mvp\ =\ mv

    sehingga

    mMvM+mNvN=mMvM+mNvNm_{\text{M}}v_{\text{M}}+m_{\text{N}}v_{\text{N}}=m_{\text{M}}v_{\text{M}}'+m_{\text{N}}v_{\text{N}}'

    Sedangkan hukum kekekalan energi kinetik menyatakan bahwa energi kinetik sistem sesaat sebelum dan sesudah tumbukan adalah sama besar.

    EK1+EK2=EK1+EK2EK_1+EK_2=EK_1'+EK_2'

    Karena berlaku hukum kekekalan energi kinetik maka, koefisien restitusi pada tumbukan lenting sempurna bernilai 1, maka

    e=(ΔvΔv)e=-\left(\frac{\Delta v'}{\Delta v}\right)

    1=(ΔvΔv)1=-\left(\frac{\Delta v'}{\Delta v}\right)

    Δv=Δv\Delta v'=-\Delta v .......(1)

    Untuk tumbukan lenting sempurna, kecepatan relatif sesaat sesudah tumbukan sama dengan kecepatan relatif sesaat sebelum tumbukan.

    Misal arah gerak benda M bernilai positif dan arah gerak benda N bernilai negatif maka

    mAvA+mBvB=mAvA+mBvm_{\text{A}}v_{\text{A}}+m_{\text{B}}v_{\text{B}}=m_{\text{A}}v_{\text{A}}'+m_{\text{B}}v_{\text{}}'

    (2)(5)+(2)(15)=(2)vA+(2)vB\left(2\right)\left(5\right)+\left(2\right)\left(-15\right)=\left(2\right)v_{\text{A}}'+\left(2\right)v_{\text{B}\text{}}'

    Karena massanya sama, maka dapat dicoret

    (5)+(15)=vA+vB\left(5\right)+\left(-15\right)=v_{\text{A}}'+v_{\text{B}}'

    10=vA+vB-10=v_{\text{}\text{A}}'+v_{\text{B}}'

    vA=10vBv_{\text{A}}'=-10-v_{\text{B}}' .....(2)

    berdasarkan persamaan (1)

    Δv=Δv\Delta v'=-\Delta v

    vBvA=(vBvA)v_{\text{}\text{B}}'-v_{\text{A}}'=-\left(v_{\text{B}}-v_{\text{A}}\right)

    vB(10vB)=(vBvA)v_{\text{B}}'-\left(-10-v_{\text{B}}'\right)=-\left(v_{\text{B}}-v_{\text{A}}\right)

    vB+10+vB=(vBvA)v_{\text{B}}'+10+v_{\text{B}}'=-\left(v_{\text{B}}-v_{\text{A}}\right)

    2vB+10=vAvB2v_{\text{B}}'+10=v_{\text{A}}-v_{\text{B}}

    2vB+10=5(15)2v_{\text{B}}'+10=5-\left(-15\right)

    2vB+10=5+152v_{\text{B}}'+10=5+15

    2vB+10=202v_{\text{B}}'+10=20

    2vB=20102v_{\text{B}}'=20-10

    2vB=102v_{\text{B}}'=10

    vB=102v_{\text{B}}'=\frac{10}{2}

    vB=5v_{\text{B}}'=5 m/s

    substitusikan ke persamaan (2)

    vA=10vBv_{\text{A}}'=-10-v_{\text{B}}'

    vA=105v_{\text{A}}'=-10-5

    vA=15v_{\text{A}}'=-15 m/s

    JIka ada dua benda bermassa sama bergerak berlawanan arah dan bertumbukan lenting sempurna, maka kecepatan akhir setelah tumbukan merupakan pertukaran kecepatan seperti sebelum tumbukan, tetapi arahnya berlawanan dengan gerak semula.

    Jadi kecepatan troli A setelah tumbukan adalah 15 m/s dan kecepatan troli B setelah tumbukan adalah 5 m/s.

  • Pilgan

    Benda A bermassa 4 kg bergerak dengan kecepatan 6 m/s menumbuk benda B yang bermassa 3 kg yang mula-mula diam. Setelah tumbukan benda A berhenti dan benda B bergerak dengan kecepatan tertentu. Jika tumbukan yang terjadi adalah tumbukan lenting sebagian, maka kecepatan benda B setelah tumbukan adalah ....

    A

    4 m/s

    B

    6 m/s

    C

    10 m/s

    D

    2 m/s

    E

    8 m/s

    Pembahasan:

    Diketahui:

    Massa benda A mA = 4 kg

    Massa benda B mB = 3 kg

    Kecepatan awal benda A vA = 6 m/s

    Kecepatan awal benda B vB = 0 \rightarrow karena mula-mula diam

    Kecepatan akhir benda A vA' = 0 \rightarrow karena setelah tumbukan berhenti

    Ditanya:

    Kecepatan benda B setelah tumbukan vB' = ?

    Dijawab:

    Pada kasus tumbukan lenting sebagian masih berlaku hukum kekekalan momentum yang menyatakan bahwa momentum total awal adalah sama dengan momentum total akhir, dimana

    psebelum=psetelahp_{\text{sebelum}}=p_{\text{setelah}}

    Sementara momentum merupakan ukuran kesukaran untuk memberhentikan gerak suatu benda melalui hasil perkalian antara massa dengan kecepatan benda.

    p = mvp\ =\ mv

    Sehingga untuk menentukan kecepatan akhir benda B setelah tumbukan adalah sebagai berikut.

    mAvA+mBvB=mAvA+mBvBm_{\text{A}}v_{\text{A}}+m_{\text{B}}v_{\text{B}}=m_{\text{A}}v_{\text{A}}'+m_{\text{B}}v_{\text{B}}'

    (4)(6)+(3)(0)=(4)(0)+(3)(vB)\left(4\right)\left(6\right)+\left(3\right)\left(0\right)=\left(4\right)\left(0\right)+\left(3\right)\left(v_{\text{B}}'\right)

    24+0=0+3vB24+0=0+3v_{\text{B}}'

    24=3vB24=3v_{\text{B}}'

    vB=243v_{\text{B}}'=\frac{24}{3}

    vB=8v_{\text{B}}'=8 m/s

    Jadi, kecepatan benda B setelah tumbukan adalah 8 m/s.

  • Pilgan

    Perhatikan gambar di bawah ini!

    Sebuah balok kayu bermassa 1,96 kg terletak pada bidang datar licin dan dihubungkan dengan sistem pegas seperti pada gambar. Yuno kemudian menembakkan sebuah peluru bermassa 40 gram ke arah balok kayu dan menancap hingga pegas tertekan hingga 40 cm. Jika konstanta pegas adalah 200 N/m, maka kecepatan awal peluru tepat sebelum menumbuk balok kayu adalah ....

    A

    100 m/s

    B

    150 m/s

    C

    200 m/s

    D

    300 m/s

    E

    250 m/s

    Pembahasan:

    Diketahui:

    Massa balok mb = 1,96 kg

    Massa peluru mp= 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 vbalok = 0 m/s

    Ditanya:

    kecepatan awal peluru vp = ?

    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 = Δ\DeltaEK

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

    Wpegas = Δ\DeltaEK, di mana Wpegas = Δ\DeltaEPpegas, sehingga

    Δ\DeltaEK = Δ\DeltaEPpegas

    1) Menentukan kecepatan akhir setelah balok ditumbuk peluru

    Δ\DeltaEK = Δ\DeltaEPpegas

    12\frac{1}{2} (mp + mb) v' 2- 12\frac{1}{2} (mb) vb2 = 12\frac{1}{2} kx2 - 12\frac{1}{2} kx02

    12\frac{1}{2} (mp + mb) v' 2 - 0 = 12\frac{1}{2} kx2 - 0

    12\frac{1}{2} (mp + mb) v' 2= 12\frac{1}{2} kx2

    12\frac{1}{2} (0,04+1,96) v' 2= 12\frac{1}{2} (200)(0,4)2

    2,00 v' 2 = (200)(0,16)

    v' 2 =(200 )( 0,16)2,00\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

    mpvp + mbvb = (mp + mb) v'

    mpvp = (mp + mb) v'

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

    0,04 vp = 8

    vp = 80,04\frac{8}{0,04}

    vp = 200 m/s

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

  • Pilgan

    Sebuah mobil bermassa 1 ton bergerak dengan kecepatan 20 m/s menabrak motor di depannya yang sedang melaju searah dengan kecepatan 10 m/s. Hal ini mengakibatkan terjadi tumbukan tak lenting sama sekali sehingga mobil dan motor bergerak secara bersamaan setelah tabrakan. Kecepatan mobil dan motor tersebut setelah bertabrakan adalah 18 m/s. Massa motor sebesar ....

    A

    250250 kg

    B

    300300 kg

    C

    100100 kg

    D

    150150 kg

    E

    200200 kg

    Pembahasan:

    Diketahui:

    Tumbukan tak lenting

    Massa mobil m1=1m_1=1 ton =1.000=1.000 kg

    Kecepatan mobil v1=20v_1=20 m/s

    Kecepatan motor v2=10v_2=10 m/s

    Kecepatan setelah tabrakan v=18v'=18 m/s

    Ditanya:

    Massa motor m2=?m_2=?

    Dijawab:

    Tumbukan tidak lenting sama sekali merupakan jenis tumbukan yang terjadi apabila benda yang bertumbukan menyatu dan bergerak secara bersamaan setelah bertumbukan. Persamaan hukum kekekalan momentum dimodifikasi menurut keadaan ini dan didapatkan persamaan untuk jenis tumbukan ini adalah seperti berikut.

    m1v1+m2v2=(m1+m2)vm_1v_1+m_2v_2=\left(m_1+m_2\right)v'

    (1.000)(20)+m2(10)=(1.000+m2)(18)\left(1.000\right)\left(20\right)+m_2\left(10\right)=\left(1.000+m_2\right)\left(18\right)

    20.000+10m2=18.000+18m220.000+10m_2=18.000+18m_2

    2.000=8m22.000=8m_2

    m2=2.0008m_2=\frac{2.000}{8}

    m2=250m_2=250 kg

    Jadi, massa motor sebesar 250250 kg.

  • Pilgan

    Dua benda M dan N bermassa sama yaitu 5 kg bergerak saling mendekat dengan kecepatan masing-masing vM = 15 m/s dan vN = 25 m/s. Jika kedua benda bertumbukan lenting sempurna, maka kecepatan masing-masing benda setelah bertumbukan adalah ....

    A

    3 m/s dan 5 m/s

    B

    20 m/s dan 10 m/s

    C

    5 m/s dan 3 m/s

    D

    10 m/s dan 20 m/s

    E

    25 m/s dan 15 m/s

    Pembahasan:

    Diketahui:

    Massa benda M = massa benda N mM = mN = 5 kg

    Kecepatan awal benda M vM = 15 m/s

    Kecepatan awal benda N vN = 25 m/s

    Tumbukan lenting sempurna

    Ditanya:

    Kecepatan masing-masing benda setelah bertumbukan vM' dan vN' = ?

    Dijawab:

    Tumbukan lenting sempurna terjadi jika pada peristiwa tumbukan tersebut energi kinetik sistem adalah tetap sehingga selain berlaku hukum kekekalan momentum juga berlaku hukum kekekalan energi kinetik. Berdasarkan hukum kekekalan momentum, momentum total awal adalah sama dengan momentum total akhir, dimana

    psebelum=psetelahp_{\text{sebelum}}=p_{\text{setelah}}

    Sementara momentum merupakan ukuran kesukaran untuk memberhentikan gerak suatu benda melalui hasil perkalian antara massa dengan kecepatan benda.

    p = mvp\ =\ mv

    sehingga

    mMvM+mNvN=mMvM+mNvNm_{\text{M}}v_{\text{M}}+m_{\text{N}}v_{\text{N}}=m_{\text{M}}v_{\text{M}}'+m_{\text{N}}v_{\text{N}}'

    Sedangkan hukum kekekalan energi kinetik menyatakan bahwa energi kinetik sistem sesaat sebelum dan sesudah tumbukan adalah sama besar.

    EK1+EK2=EK1+EK2EK_1+EK_2=EK_1'+EK_2'

    Karena berlaku hukum kekekalan energi kinetik maka, koefisien restitusi pada tumbukan lenting sempurna bernilai 1, maka

    e=(ΔvΔv)e=-\left(\frac{\Delta v'}{\Delta v}\right)

    1=(ΔvΔv)1=-\left(\frac{\Delta v'}{\Delta v}\right)

    Δv=Δv\Delta v'=-\Delta v ....... (1)

    Untuk tumbukan lenting sempurna, kecepatan relatif sesaat sesudah tumbukan sama dengan kecepatan relatif sesaat sebelum tumbukan.

    Misal arah gerak benda M bernilai positif dan arah gerak benda N bernilai negatif maka

    mMvM+mNvN=mMvM+mNvNm_{\text{M}}v_{\text{M}}+m_{\text{N}}v_{\text{N}}=m_{\text{M}}v_{\text{M}}'+m_{\text{N}}v_{\text{N}}'

    (5)(15)+(5)(25)=(5)vM+(5)vN\left(5\right)\left(15\right)+\left(5\right)\left(-25\right)=\left(5\right)v_{\text{M}}'+\left(5\right)v_{\text{N}}'

    Karena massanya sama, maka dapat dicoret

    (15)+(25)=vM+vN\left(15\right)+\left(-25\right)=v_{\text{M}}'+v_{\text{N}}'

    10=vM+vN-10=v_{\text{M}}'+v_{\text{N}}'

    vM=10vNv_{\text{M}}'=-10-v_{\text{N}}' .....(2)

    berdasarkan persamaan (1)

    Δv=Δv\Delta v'=-\Delta v

    vNvM=(vNvM)v_{\text{N}}'-v_{\text{M}}'=-\left(v_{\text{N}}-v_{\text{M}}\right)

    vN(10vN)=(vNvM)v_{\text{N}}'-\left(-10-v_{\text{N}}'\right)=-\left(v_{\text{N}}-v_{\text{M}}\right)

    vN+10+vN=(vNvM)v_{\text{N}}'+10+v_{\text{N}}'=-\left(v_{\text{N}}-v_{\text{M}}\right)

    2vN+10=vMvN2v_{\text{N}}'+10=v_{\text{M}}-v_{\text{N}}

    2vN+10=15(25)2v_{\text{N}}'+10=15-\left(-25\right)

    2vN+10=15+252v_{\text{N}}'+10=15+25

    2vN+10=402v_{\text{N}}'+10=40

    2vN=40102v_{\text{N}}'=40-10

    2vN=302v_{\text{N}}'=30

    vN=302v_{\text{N}}'=\frac{30}{2}

    vN=15v_{\text{N}}'=15 m/s

    substitusikan ke persamaan (2)

    vM=10vNv_{\text{M}}'=-10-v_{\text{N}}'

    vM=1015v_{\text{M}}'=-10-15

    vM=25v_{\text{M}}'=-25 m/s

    JIka ada dua benda bermassa sama bergerak berlawanan arah dan bertumbukan lenting sempurna, maka kecepatan akhir setelah tumbukan merupakan pertukaran kecepatan seperti sebelum tumbukan, tetapi arahnya berlawanan dengan gerak semula.

    Jadi kecepatan benda M setelah tumbukan adalah 25 m/s dan kecepatan benda N setelah tumbukan adalah 15 m/s.

  • Pilgan

    Bola karet bermassa 1,5 kg jatuh bebas dari ketinggian 45 m dari lantai. Bola menyentuh lantai selama 0,2 s sebelum memantul dan memberikan gaya rata-rata 90 N. Koefisien restitusi tumbukan bola karet dengan lantai adalah .... (g = 10 m/s2)

    A

    1,7

    B

    1,6

    C

    1,5

    D

    1,8

    E

    1,4

    Pembahasan:

    Diketahui:

    Massa bola karet m = 1,5 kg

    Ketinggian bola dijatuhkan h = 45 m

    Selang waktu bola menyentuh lantai Δt\Delta t = 0,2 s

    Gaya F = 90 N

    Percepatan gravitasi g = 10 m/s2

    Ditanya:

    Koefisien restitusi e = ?

    Dijawab:

    Koefisien restitisi adalah negatif perbandingan antara kecepatan relatif sesaat sesudah tumbukan dengan kecepatan relatif sesaat sebelum tumbukan.

    e=(ΔvΔv)e=-(\frac {\Delta v'}{\Delta v}) =(vBvAvBvA)=-(\frac {v_B'-v_A'}{v_B-v_A})

    Nilai koefisien restitusi ini terbatas, yaitu antara 0 dan 1. Pada kasus tumbukan lenting sempurna, koefisien restitusi bernilai satu (e = 1). Pada tumbukan lenting sebagian, momentum sistem bersifat kekal namun energi kinetik sistem tidak kekal dengan koefisien restitusi lebih besar dari nol tetapi kurang dari 1 (0 < e < 1). Sedangkan pada tumbukan tidak lenting sama sekali, nilai koefisien restitusi bernilai nol (e = 0).

    Pada kasus benda jatuh bebas, kecepatan benda sesaat sebelum mencapai dasar dinyatakan dengan

    v=2ghv=\sqrt {2gh}

    sehingga kecepatan bola karet ketika dijatuhkan dari ketinggian 45 m adalah

    v=(2)(10)(45)v=\sqrt {(2)(10)(45)}

    v=900v=\sqrt {900}

    v=30v=30 m/s

    Kasus bola karet dan lantai merupakan contoh dari tumbukan lenting sebagian. Untuk menentukan kecepatan bola karet sesaat setelah tumbukan dengan lantai dapat menggunakan hubungan impuls dan momentum. Berdasarkan konsep, impuls merupakan hasil kali gaya impulsif dengan selang waktu dan dinyatakan dengan

    I = FΔtI\ =\ F\Delta t

    Sedangkan momentum merupakan ukuran kesukaran untuk memberhentikan gerak suatu benda melalui hasil perkalian antara massa dengan kecepatan benda.

    p = mvp\ =\ mv

    Selanjutnya, impuls yang dikerjakan pada suatu benda juga sama dengan perubahan momentum yang dialami benda tersebut dan dinyatakan dengan persamaan

    I = ΔpI\ =\ \Delta p

    sehingga,

    FΔt=ΔpF\Delta t=\Delta p 

    FΔt=ppF\Delta t=p'-p

    FΔt=mvmvF\Delta t=mv'-mv

    (90)(0,2)=(1,5)(v)(1,5)(30)(90)(0,2)=(1,5)(v')-(1,5)(30)

    18=1,5v4518=1,5v'-45

    63=1,5v63=1,5v'

    v=631,5v'=\frac {63}{1,5}

    v=42v'=42 m/s

    sehingga

    e=(ΔvΔv)e=-(\frac {\Delta v'}{\Delta v})

    e=(vlvvlv)e=-(\frac {v'_l-v'}{v_l-v})

    e=(042030)e=-(\frac {0-42}{0-30})

    e=(4230)e=-(\frac {42}{30})

    e=1,4e=-1,4

    Jadi, koefisien restitusi bola karet dan lantai adalah 1,4.

  • Pilgan

    Dua buah bola billiard mengalami tumbukan tidak lenting sama sekali. Mula-mula hanya 1 bola yang bergerak mendekati bola lainnya. Setelah bertumbukan, kedua bola tersebut bergerak dengan kecepatan sebesar 2 m/s. Jika massa kedua bola tersebut sama, yaitu sebesar 30 gram, kecepatan bola yang bergerak sesaat sebelum bertumbukan adalah ....

    A

    44 m/s

    B

    88 m/s

    C

    1010 m/s

    D

    66 m/s

    E

    22 m/s

    Pembahasan:

    Diketahui:

    Bertumbukan tidak lenting sama sekali

    Kecepatan bola 1 v1=0v_1=0 m/s (Karena hanya 1 bola yang bergerak)

    Kecepatan setelah bertumbukan v=2v'=2 m/s

    Massa bola 1 sama dengan massa bola 2 m1=m2=30m_1=m_2=30 gram =0,03=0,03 kg

    Ditanya:

    Kecepatan bola yang bergerak sesaat sebelum bertumbukan v2=?v_2=?

    Dijawab:

    Tumbukan tidak lenting sama sekali merupakan jenis tumbukan yang terjadi apabila benda yang bertumbukan menyatu dan bergerak secara bersamaan setelah bertumbukan. Persamaan hukum kekekalan momentum dimodifikasi menurut keadaan ini dan didapatkan persamaan untuk jenis tumbukan ini adalah seperti berikut.

    m1v1+m2v2=(m1+m2)vm_1v_1+m_2v_2=\left(m_1+m_2\right)v'

    (0,03)(0)+(0,03)(v2)=(0,03+0,03)(2)\left(0,03\right)\left(0\right)+\left(0,03\right)\left(v_2\right)=\left(0,03+0,03\right)\left(2\right)

    0+0,03v2=0,06(2)0+0,03v_2=0,06\left(2\right)

    0,03v2=0,120,03v_2=0,12

    v2=0,120,03v_2=\frac{0,12}{0,03}

    v2=4v_2=4 m/s

    Jadi, kecepatan bola yang bergerak sesaat sebelum bertumbukan adalah 44 m/s.


Tidak Ada Komentar

Ayo Daftar Sekarang!

Dan dapatkan akses ke seluruh 151.115 soal dengan berbagai tingkat kesulitan!

Daftar

Masih ada yang belum ngerti juga? Tanya ke kak tutor aja! Caranya, daftar layanan premium dan pilih paketnya.