Tumbukan tak lenting adalah tumbukan antar benda yang sebagian energi kinetiknya hilang dalam bentuk panas, suara, dan deformasi, sehingga mengakibatkan penurunan energi kinetik total sistem. Dalam jenis tumbukan ini, benda-benda tersebut menyatu setelah tumbukan dan bergerak bersama sebagai satu benda.
Dalam artikel ini, kita akan membahas tumbukan tak elastis dalam satu dimensi—yaitu, ketika benda-benda yang terlibat bergerak sepanjang garis lurus yang sama. Kami juga akan menyajikan contoh-contoh umum tumbukan tak elastis, seperti tumbukan antar kendaraan di jalan raya, bola biliar di meja biliar, dan benda yang bergerak di jalur produksi industri.
Memahami konsep guncangan inelastis dan efeknya sangat penting untuk beberapa bidang fisika dan teknik, yang memungkinkan kita memprediksi perilaku sistem yang bertabrakan dan mengoptimalkan desain dan proses yang melibatkan interaksi antara benda yang bergerak.
Contoh tumbukan tidak elastis dan definisinya secara sederhana.
Tumbukan tak elastis terjadi ketika dua benda bertumbukan dan tetap menyatu setelah tumbukan, yang mengakibatkan hilangnya energi kinetik. Dalam jenis tumbukan ini, sebagian energi diubah menjadi bentuk energi lain, seperti panas, suara, dan deformasi benda.
Contoh umum tabrakan tak elastis adalah tabrakan antara dua mobil di jalan raya. Ketika kedua kendaraan bertabrakan, energi kinetik terdisipasi menjadi panas dan suara, yang mengakibatkan kerusakan properti dan kemungkinan cedera pada penumpang mobil.
Contoh lain adalah tumbukan antara dua bola biliar. Ketika kedua bola bertumbukan, sebagian energi kinetik diubah menjadi energi panas dan suara, yang menyebabkan kedua bola bergerak bersama setelah tumbukan.
Singkatnya, dalam tumbukan tidak elastis, benda-benda saling bertabrakan dan tetap melekat satu sama lain, mengakibatkan hilangnya energi kinetik yang diubah menjadi bentuk energi lain.
Definisi tumbukan dalam dua dimensi: konsep dan aplikasi praktis.
Tumbukan dua dimensi terjadi ketika dua benda bertumbukan pada bidang dua dimensi, yang mengakibatkan perubahan kecepatan dan arah kedua benda. Fenomena ini umumnya dipelajari dalam fisika, khususnya mekanika, untuk memahami bagaimana gaya bekerja selama interaksi antar benda.
Penerapan praktis tabrakan dua dimensi sangat luas. Misalnya, dalam simulasi kecelakaan lalu lintas, penting untuk memahami bagaimana kendaraan bertabrakan dan bagaimana gaya didistribusikan selama tumbukan. Lebih lanjut, dalam permainan komputer dan animasi, fisika tabrakan dua dimensi digunakan untuk menciptakan gerakan dan interaksi yang realistis antara karakter dan objek.
Guncangan tidak elastis: dalam satu dimensi dan contoh.
Tumbukan tak elastis terjadi ketika dua benda bertumbukan dan tetap menyatu setelah tumbukan, yang mengakibatkan hilangnya energi kinetik. Dalam jenis tumbukan ini, momentum kekal, tetapi energi tidak.
Contoh klasik tumbukan tak elastis dalam satu dimensi adalah tumbukan antara peluru tanah liat dan balok kayu yang diam. Ketika peluru mengenai balok, kedua benda tersebut menyatu dan bergerak bersama setelah tumbukan, dengan kecepatan yang lebih lambat daripada kecepatan awal peluru.
Contoh umum lain dari tumbukan tidak elastis adalah permainan biliar, di mana bola-bola saling bertabrakan dan kehilangan sebagian energi kinetiknya karena gesekan dan deformasi selama tumbukan.
Jenis-jenis tabrakan: pelajari tentang tiga dampak utama antara objek yang bergerak.
Ketika benda bergerak bertabrakan, berbagai jenis tumbukan terjadi, yang dapat diklasifikasikan berdasarkan hasil tumbukan. Tiga jenis tumbukan utama adalah elastis, inelastis, dan sebagian elastis.
Tabrakan elastis adalah tumbukan di mana energi kinetik total sistem kekal. Ini berarti bahwa, setelah tumbukan, benda-benda terus bergerak, tanpa kehilangan energi. Contoh umum tumbukan elastis adalah tumbukan antara dua bola bilyar.
Adapun tabrakan tidak elastis Ini adalah tumbukan di mana sebagian energi kinetik diubah menjadi bentuk energi lain, seperti energi panas, energi bunyi, atau deformasi benda. Dalam jenis tumbukan ini, benda-benda bergerak bersama setelah tumbukan. Contoh tumbukan tak elastis adalah tumbukan antara dua mobil di jalan raya.
Akhirnya, tabrakan sebagian elastis adalah tumbukan di mana sebagian energi kinetiknya kekal dan sebagian lagi terdisipasi. Hal ini menghasilkan kombinasi karakteristik tumbukan elastis dan inelastis. Contoh tumbukan elastis parsial adalah tumbukan antara bola karet dan permukaan keras.
Singkatnya, tumbukan antar benda yang bergerak dapat diklasifikasikan sebagai tumbukan elastis, tumbukan inelastis, atau tumbukan sebagian elastis, tergantung pada hasil tumbukannya. Setiap jenis tumbukan memiliki karakteristik spesifik dan dapat diamati dalam berbagai situasi sehari-hari.
Mengidentifikasi apakah suatu tumbukan elastis atau tidak elastis: kiat dan perbedaan penting.
Dalam mengidentifikasi apakah suatu tumbukan bersifat elastis atau tidak elastis, penting untuk memperhatikan beberapa kiat dan perbedaan utama. Dalam sebuah tumbukan, elastis, energi kinetik total sistem kekal, sedangkan pada tumbukan tidak elastis, sebagian energi kinetik hilang dalam bentuk panas, suara, dan deformasi benda.
Untuk menentukan apakah suatu tumbukan elastis atau inelastis, perlu dianalisis hukum kekekalan energi kinetik dan momentum. Jika energi kinetik total sebelum dan sesudah tumbukan sama, maka tumbukan tersebut elastis. Sebaliknya, jika energi kinetik total berkurang setelah tumbukan, maka tumbukan tersebut inelastis.
Dalam keadaan terkejut tidak elastis Dalam satu dimensi, benda-benda bergerak bersama setelah tumbukan, dan kecepatan akhir keduanya sama. Contoh umum tumbukan inelastis dalam satu dimensi adalah dua mobil yang bertabrakan dan saling menempel setelah tumbukan.
Kesimpulannya, dengan memperhatikan hukum kekekalan energi kinetik dan momentum, kita dapat mengidentifikasi apakah suatu tumbukan bersifat elastis atau inelastis. Tumbukan inelastis dalam satu dimensi dicirikan oleh gerak gabungan benda-benda setelah tumbukan.
Guncangan Inelastis: Dalam Satu Dimensi dan Contoh
As tumbukan tidak elastis atau tumbukan tak elastis merupakan interaksi yang singkat dan intens antara dua benda, di mana momentum tetap dipertahankan, tetapi energi kinetik tidak, yang diubah menjadi bentuk energi lain.
Tabrakan atau tabrakan merupakan hal yang umum. Partikel-partikel subatom bertabrakan dengan kecepatan sangat tinggi, sementara banyak olahraga dan permainan melibatkan tabrakan terus-menerus. Bahkan galaksi pun dapat bertabrakan.
Faktanya, momentum kekal dalam semua jenis tumbukan, selama partikel-partikel yang bertumbukan membentuk sistem yang terisolasi. Jadi, dalam hal ini, tidak ada masalah. Nah, benda memiliki energi kinetik yang terkait dengan geraknya. Apa yang bisa terjadi pada energi ini ketika bertumbukan?
Gaya internal yang terjadi selama tumbukan antar benda sangat kuat. Ketika kita mengatakan bahwa energi kinetik tidak kekal, artinya energi tersebut diubah menjadi jenis energi lain: misalnya, energi bunyi (tumbukan spektakuler memiliki bunyi yang khas).
Lebih banyak kemungkinan untuk menggunakan energi kinetik: panas dari gesekan dan, tentu saja, deformasi objek yang tak terelakkan saat bertabrakan, seperti badan mobil pada gambar di atas.
Contoh tumbukan tak elastis
– Dua massa plastisin yang bertabrakan dan tetap menyatu, bergerak sebagai satu bagian setelah tabrakan.
– Bola karet yang memantul ke dinding atau lantai. Bola tersebut berubah bentuk saat mengenai permukaan.
Tidak semua energi kinetik diubah menjadi jenis energi lain, kecuali beberapa pengecualian. Benda dapat menyimpan sejumlah energi ini. Kita akan lihat cara menghitung persentasenya nanti.
Ketika bagian-bagian yang bertabrakan disatukan, tabrakan tersebut disebut tidak elastis sempurna, dan keduanya biasanya berakhir bergerak bersama-sama.
Tumbukan tidak elastis sempurna dalam satu dimensi
Tabrakan pada gambar menunjukkan dua benda yang massanya berbeda m 1 e m 2 , bergerak saling mendekat dengan kecepatan v i1 e v i2 Semuanya terjadi secara horizontal, artinya, tabrakan terjadi dalam satu dimensi, yang paling mudah dipelajari.
Benda-benda tersebut bertabrakan dan kemudian tetap saling menempel, bergerak ke kanan. Ini adalah tumbukan yang tidak elastis sempurna, jadi pertahankan momentumnya:
P o = P f
Momentum adalah vektor yang satuan SI-nya adalah Ns. Dalam situasi yang dijelaskan, notasi vektor dapat dihilangkan jika terjadi tumbukan satu dimensi:
mv o = mv f
Momentum sistem adalah jumlah vektor momentum setiap partikel.
m 1 v i1 + saya 2 v i2 = (m 1 + m 2 ) v f
Kecepatan akhir diberikan oleh:
v f = (m 1 v i1 + saya 2 v i2 ) / (M 1 + m 2 )
Koefisien Pengembalian
Ada suatu besaran yang dapat menunjukkan elastisitas suatu tumbukan. Yaitu koefisien restitusi , yang didefinisikan sebagai rasio negatif kecepatan relatif partikel setelah tumbukan terhadap kecepatan relatif sebelum tumbukan.
Jadilah dirimu 1 dan u 2 kecepatan masing-masing partikel pada awalnya. Dan misalkan v 1 ev 2 kecepatan akhir masing-masing. Secara matematis, koefisien restitusi dapat dinyatakan sebagai berikut:
– Jika ε = 0 maka ekuivalen dengan menyatakan bahwa v 2 = v 1 Ini berarti kecepatan akhir sama dan tumbukannya tidak elastis, seperti yang dijelaskan di bagian sebelumnya.
– Bila ε = 1 berarti kecepatan relatif sebelum dan sesudah kecelakaan tidak berubah, dalam hal ini kecelakaan bersifat elastis.
– Dan jika 0 < ε < 1 sebagian energi kinetik tumbukan diubah menjadi energi lain yang disebutkan di atas.
Bagaimana cara menentukan koefisien penggantian?
Koefisien restitusi bergantung pada jenis material yang terlibat dalam tumbukan. Salah satu uji yang sangat menarik untuk menentukan seberapa elastis suatu material untuk membuat bola adalah dengan menjatuhkan bola pada permukaan tetap dan mengukur tinggi pantulannya.
Dalam kasus ini, pelat tetap selalu memiliki kecepatan 0. Jika indeks ini ditetapkan ke indeks 1 dan indeks bola 2 tetap:
Awalnya, disarankan bahwa semua energi kinetik dapat diubah menjadi bentuk energi lain. Lagipula, energi tidak dapat dihancurkan. Mungkinkah benda-benda yang awalnya bergerak bertabrakan dan menyatu membentuk satu benda yang tiba-tiba diam? Hal itu tidak mudah dibayangkan.
Namun, mari kita bayangkan ini terjadi secara terbalik, seperti dalam film yang ditonton terbalik. Jadi, objek tersebut awalnya diam lalu meledak, terpecah menjadi beberapa bagian. Situasi ini sangat mungkin terjadi: ini adalah ledakan.
Oleh karena itu, ledakan dapat dipandang sebagai tumbukan tak lenting sempurna yang ditinjau dalam waktu. Momentum juga kekal, dan dapat dinyatakan bahwa:
P o = P f
Contoh yang sudah dipecahkan
-Latihan 1
Diketahui dari pengukuran bahwa koefisien pengembalian baja adalah 0,90. Sebuah bola baja setinggi 7 m dijatuhkan ke pelat tetap. Hitung:
a) Seberapa tinggi dia akan melompat?
b) Berapa lama waktu yang dibutuhkan antara kontak pertama dengan permukaan dan kontak kedua?
Larutan
a) Persamaan yang diturunkan sebelumnya pada bagian penentuan koefisien pengembalian digunakan:
Tingginya h 2 bersih:
0,90 2 . 7 m = 5.67 m
b) Untuk mendaki 5,67 meter, kecepatan diberikan oleh:
t max = V ou / g = (10,54 / 9,8) s = 1,08 s.
Waktu yang dibutuhkan untuk kembali sama, jadi total waktu untuk mendaki 5,67 meter dan kembali ke titik awal adalah dua kali waktu maksimum:
t penerbangan = 2,15 detik.
-Latihan 2
Gambar menunjukkan balok kayu bermassa M yang digantung pada sisa tali dengan gaya bandul. Balok ini disebut bandul balistik dan digunakan untuk mengukur kecepatan v dari peluru bermassa m yang datang. Semakin tinggi kecepatan peluru mengenai balok, semakin besar peningkatan oh.
Peluru pada gambar tertanam dalam balok, jadi itu adalah kejutan yang sepenuhnya tidak elastis.
Misalkan peluru bermassa 9,72 g mengenai balok bermassa 4,60 kg, kemudian balok tersebut naik 16,8 cm dari posisi setimbang. Berapa kecepatannya? v peluru?
Larutan
Selama tumbukan, momentum dipertahankan dan u f adalah kecepatan set, setelah peluru dimasukkan ke dalam blok:
P o = P f
Balok awalnya diam, sementara penanda mengenai target dengan kecepatan v :
mv + M.0 = (m + M) u f
Tidak diketahui u f tetap saja, tetapi setelah tumbukan energi mekanik tetap kekal, yaitu jumlah energi potensial gravitasi dan energi kinetik UK:
Energi mekanik awal = energi mekanik akhir
E mo = E mf
U o + k o =U f + k f
Energi potensial gravitasi bergantung pada ketinggian tempat benda mencapai titik tersebut. Untuk posisi kesetimbangan, ketinggian awal dianggap sebagai tingkat acuan, sehingga:
U o = 0
Berkat peluru, set tersebut memiliki energi kinetik K o , yang menjadi energi potensial gravitasi ketika set mencapai ketinggian maksimumnya h Energi kinetik diberikan oleh:
K = ½ mv²
Awalnya energi kinetiknya adalah:
K o = (1/2) (M + m) u f 2
Ingatlah bahwa peluru dan balok sudah membentuk satu benda bermassa M+m Energi potensial gravitasi ketika mencapai ketinggian maksimum adalah:
L f = (M + m) gh
Menandai:
K o =U f
(1/2) (M + m) kamu f 2 = (m + M) gh
-Latihan 3
Objek pada gambar meledak menjadi tiga fragmen: dua fragmen bermassa sama m dan satu fragmen yang lebih besar bermassa 2 m. Gambar menunjukkan kecepatan setiap fragmen setelah ledakan. Berapa kecepatan awal objek tersebut?
Larutan
Masalah ini memerlukan penggunaan dua koordinat: x e y , karena dua fragmen memiliki kecepatan vertikal, sedangkan sisanya memiliki kecepatan horizontal.
Massa total benda adalah jumlah massa semua pecahannya:
M = m + m + 2m = 4m
Momentum dipertahankan pada sumbu x dan sumbu y, dan dinyatakan secara terpisah:
- 4m kamu x = mv 3
- 4m kamu e = m.2v 1 – 2m.v 1
Perhatikan bahwa pecahan besar bergerak ke bawah dengan kecepatan v1, untuk menunjukkan fakta ini tanda negatif telah ditempatkan.
Dari persamaan kedua dapat disimpulkan bahwa u y = 0 dan dari persamaan pertama ux segera:
Referensi
- Giancoli, D. 2006. Fisika: Prinsip dengan Aplikasi. 6 th Ed Prentice Hall. 175-181
- Rex, A. 2011. Dasar-Dasar Fisika. Pearson 135-155.
- Serway, R., Vulle, C. 2011. Dasar-dasar Fisika. 9 na Pembelajaran Cengage. 172-182
- Tipler, P. (2006) Fisika untuk Sains dan Teknologi. Edisi ke-5. Volume 1. Editorial Reverté. 217-238
- Tippens, P. 2011. Fisika: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke-7. MacGraw Hill. 185–195