LAPORAN FISIKA EKSPERIMEN II

HUKUM KEKEKALAN MOMENTUM

Disusun oleh :

Kelompok 2

Budi Atmadi 1107045050

FISIKA KONSENTRASI GEOFISIKA GEOLOGI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS MULAWARMAN

SAMARINDA

2015

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Ilmu pengetahuan merupakan ilmu yang sangat pesat perkembangannya.Salah

satu cabang ilmu pengetahuan ialah fisika.Ilmu fissika merupakan suatu ilmu yang

sangat penting, karena sering memudahkan kita untuk mewakili suatu alat atau sistem

secara keseluruhan dengan suatu gejala fisis.Oleh karena itu, untuk lebih memahami

suatu konsep fisika maka dilakukan praktikum fisika. Penemuan-penemuan dalam

fisika menjadi dasar bagi industry dan teknologi modern, misalnya dalam bidang

computer, elektronik, dan sebagainya. Bidang mekanika, termofisika, kemagnetan,

optik, keelektrikan dan lain-lain merupakan cabang ilmu fisika.

Penyajian atau pengajaran biasanya dimulai dengan mekanika, yaitu ilmu

tentang gerak dan dinamika benda. Ada tiga konsep dasar, yaitu konsep gaya sebagai

pengubah gerak, usaha sebebagai pengubah energi dan implus sebagai perubahan

momentum. Selain dengan konsep usaha, energy dapat dipindahkan dalam bentuk

kalor yang dipelajari dalam termofisika. Energy dan momentum dapat dipindahkan

dengan interaksi medium atau interaksi medan melalui gejala gelombang. Gelombang

dapat merambat lewat interaksi medium (gelombang elastik) seperti gelombang

bunyi, gelombang dapat merambat melalui interaksi medan, yaitu gelombang

elektromagnetik, termasuk cahaya, gelombang radio. Sehingga keterikatan bidang

dengan bidang lainnya membentuk ilmu terpadu yaitu ilmu fisika.

Oleh karena itu, eksperimen ini mengenai momentum dengan menggunakan

pendulum penting untuk dilakukan karena pada eksperimen ini perlu untuk diketahui

hukum tentang kekekalan momentum yang melibatkan bola sebagai alat penembak

maka akan diketahui tinggi ayunan bandul setelah ditembak dengan menggunakan

bola.

1.2 Tujuan Percobaan

1. Mengatahui momentum dengan menggunakan pendulum balok.

2. Mengatahui kecepatan bola ketika diberi gaya serta terjadi tumbukan.

3. Mengetahui energi kinetik bola dan pendulum balok.

1.3 Manfaat Percobaan

1. Dapat mengetahui momentum dengan pendulum balok

2. Dapat mengetahui kecepatan yang terjadi pada tumbukan

3. Dapat mrngrtahui energi kinetik bola dan pendulum balok

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Hukum Kekekalan Momentum

Pada pokok bahasan Momentum dan Impuls, kita telah berkenalan dengan

konsep momentum serta pengaruh momentum benda pada peristiwa tumbukan. Pada

kesempatan ini kita akan meninjau momentum benda ketika dua buah benda saling

bertumbukan. Ingat ya, momentum merupakan hasil kali antara massa benda dengan

kecepatan gerak benda tersebut. Jadi momentum suatu benda selalu dihubungkan

dengan massa dan kecepatan benda. Kita tidak bisa meninjau momentum suatu benda

Hukum kekekalan momentum dapat digunakan pada keadaan dimana hukum

newton tidak berlaku, seperti pada benda yang bergerak dengan laju yang sangat

tinggi (mendekati kecepatan cahaya) atau objek-objek dalam ukuran kecil seperti

atom. Dalam daerah berlaku hukum mekanika newton, kekekalan momentum bisa

digunakan untuk menganalisis berbagai keadaan yang akan sulit dianalisis

mengunakan hukum newton secara langsung. Diantara persoalan-persoalan

tumbukan, dimana dua benda bertumbukan dan memberikan gaya yang sangat besar

atau sama pada waktu yang sangat singkat (Haliday, 1991).

Momentum sebuah partikel didefinisikan sebagai hasil kali massa dan

kecepatannya :

p = mv .......................................................(1)

Ketika gaya eksternal yang bekerja pada sistem partikel adalah nol, maka laju

perubahan momentum total adalah nol, dan momentum total sistem tetap konstan :

p = mv = ∑i

mi v i = konstan .............................................................(2)

Hasil ini dikenal sebagai hukum kekekalan momentum : ”Jika gaya eksternal

neto pada suatu sistem nol, maka kecepatan pusat massa sistem konstan dan

momentum total sistem kekal; artinya momentum totalnya tetap konstan.” (Tipler,

Paul A. 1998:221)

Pada peristiwa tumbukan antara dua benda yang masing-masing massanya m1

dan m2 dengan keceptan sebelum tumbukan v1 dan v2 sedangkan kecepatan setelah

tumbukan adalah v1’ dan v 2’ serta tidak dipengaruhi gaya eksternal, berlaku hukum

kekekalan momentum linier:

m1 v1 + m2 v2 = m1 v1’ + m2 v2’ .......................................................(3)

Jika pada tumbukan tidak ada panas yng dihasilkan, maka energi kinetiknya

juga kekal. Tumbukan seperti ini dinamakan tumbukan lenting sempuna. Sedangkan

jika energi kinetiknya tidak kekal dinamakan tumbukan tidak lenting. Apabila setelah

tumbukan keduabenda kemudian menyatu dinamakan tumbukan tidak lenting sama

sekali. Secara umum pada peristiwa tumbukan berlaku persamaan:

v2’- v1’ = e (v2 - v1) ..................................................................(4)

dengan e dinamakan koefisie restusi yang memiliki harga:

e = 1 disebut tumbukan lenting sempuna

e = 0 disebut tumbukan tidak lenting sama sekali

0 < e < 1 disebut tumbukan lenting sebagian

Untuk tumbukan lenting sempurna, energi awal sama dengan energi akhir.

Jika tidak ada perubahan energi potensial internal sistem, energi kinetik akhir sama

dengan energi kinetik awal. Sehingga pada tumbukan lenting sempurna, kelajuan

saling menjauh relatif setelah tumbukan sama dengan kelajuan saling mendekat

relatif sebelum tumbukan. (Tipler, Paul A. 1998:229-230)

2.3 Hubungan momentum dengan hukum newton II

Pada pokok bahasan Hukum II Newton, kita telah belajar bahwa jika ada gaya

total yang bekerja pada benda maka benda tersebut akan mengalami percepatan, di

mana arah percepatan benda sama dengan arah gaya total. Jika dirimu masih bingung

dengan Hukum II warisan Newton, sebaiknya segera meluncur ke TKP dan pelajari

dulu. Nah, apa hubungan antara hukum II Newton dengan momentum ? yang benar,

bukan hubungan antara Hukum II Newton dengan momentum tetapi hubungan antara

gaya total dengan momentum. Sekarang pahami penjelasan berikut ini.

Misalnya ketika sebuah mobil bergerak di jalan dengan kecepatan tertentu,

mobil tersebut memiliki momentum. Nah, untuk mengurangi kecepatan mobil pasti

dibutuhkan gaya (dalam hal ini gaya gesekan antara kampas dan ban ketika mobil

direm). Ketika kecepatan mobil berkurang (v makin kecil), momentum mobil juga

berkurang. Demikian juga sebaliknya, sebuah mobil yang sedang diam akan bergerak

jika ada gaya total yang bekerja pada mobil tersebut (dalam hal ini gaya dorong yang

dihasilkan oleh mesin). Ketika mobil masih diam, momentum mobil = 0. pada saat

mobil mulai bergerak dengan kecepatan tertentu, mobil tersebut memiliki momentum.

Jadi kita bisa mengatakan bahwa perubahan momentum mobil disebabkan oleh gaya

total. Dengan kata lain, laju perubahan momentum suatu benda sama dengan gaya

total yang bekerja pada benda tersebut. Ini adalah hukum II Newton dalam bentuk

momentum. Newton pada mulanya menyatakan hukum II newton dalam bentuk

momentum. Hanya Hukum II Newton yang menyebut hasil kali mv sebagai

“kuantitas gerak”, bukan momentum.

Secara matematis, versi momentum dari Hukum II Newton dapat dinyatakan

dengan persamaan :

F=∆ p∆ t

..................................................................(5)

F=gaya total yang bekerja pada benda

p = perubahan momentum

t = selang waktu perubahan momentum

Catatan = lambang momentum adalah p kecil, bukan P besar. Kalau P besar itu lambang daya. p dicetak tebal karena momentum adalah besaran vektor.

Dari persamaan ini, kita bisa menurunkan persamaan Hukum II Newton “yang sebenarnya” untuk kasus massa benda konstan alias tetap.

Sekarang kita tulis kembali persamaan di atas :

F=∆ p∆ t

..................................................................(6)

Jika Vo = kecepatan awal, Vt = kecepatan akhir, maka persamaan di atas akan menjadi :

F=mvt−mv ₀∆t

..................................................................(7)

F=m(vt−v₀)

∆ t ..................................................................(8)

F=∆ v∆ t

..................................................................(9)

F=ma ..................................................................(10)

ini adalah persamaan Hukum II Newton untuk kasus massa benda tetap, yang

sudah kita pelajari pada pokok bahasan Hukum II Newton. Di atas sebagai Hukum II

Newton “yang sebenarnya”.

Terus apa bedanya penggunaan hukum II Newton “yang sebenarnya” dengan

hukum II Newton versi momentum ? Hukum II Newton versi momentum di atas

lebih bersifat umum, sedangkan Hukum II Newton “yang sebenarnya” hanya bisa

digunakan untuk kasus massa benda tetap. Jadi ketika menganalisis hubungan antara

gaya dan gerak benda, di mana massa benda konstan, kita bisa menggunakan Hukum

II Newton “yang sebenarnya”, tapi tidak menutup kemungkinan untuk menggunakan

Hukum II Newton versi momentum. Ketika kita meninjau benda yang massa-nya tidak

tetap alias berubah, kita tidak bisa menggunakan Hukum II Newton “yang

sebenarnya” (F = ma). Kita hanya bisa menggunakan Hukum II Newton versi

momentum. Contohnya roket yang meluncur ke ruang angkasa. Massa roket akan

berkurang ketika bahan bakarnya berkurang atau habis.

BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Waktu danTempat

Percobaan tentang “Momentum” dilaksanakan hari Sabtu, pada tanggal 25 Juli

2015, pukul 14.00 -16.00 WITA bertempat di Laboratorium Fisika dasar gedung C

lantai 3, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Mulawarman,

Samarinda.

3.2 Alat dan Bahan

1. Tiang Statif

2. Neraca Ohauss

3. Bola kecil

4. Balok (Pendulum)

5. Benang

6. Stopwatch

7. Penggaris

8. Spidol

9. Papan

3.3. ProsedurPercobaan

1. DirangkaialatsepertiGambar 3.1

Gambar 3.1 RangkaianTumbukan

2. Diukur massa bola dengan menggunakan neraca Ohauss

3. Diukur jarak antara pendulum dan bola dengan menggunakan penggaris

4. Diukur jarak antara pendulum dan meja percobaan dengan menggunakan

penggaris

5. Didorong keluar bola dari dudukannya dengan menggunakan jari

6. Diukur waktu saat bola ditembakkan dan sampai menumbuk pendulum dengan

menggunakan stopwatch

7. Diukur jarak antara pendulum dan meja percobaan saat pendulum berhenti

8. Diubah jarak bola dan pendulum sampai 10 kali dengan jarak 5 cm

9. Diulangi langkah 5-8 dengan jarak pendulum dan meja percobaan yang sama

10. Diulangi langkah 4-9 dengan jarak pendulum dan meja percobaan yang berbeda

BAB IVANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Tabel Pengamatan

Massa Bola = 10,12 gram × 5% = 0,506 kg

Massa Pendulum = 6,60 gram × 5% = 0,33 kg

4.1.1 Tabel Pengukuran hi dan h f dari Pendulum

4.1.1.1 hi=¿ 2,5 cm

No h1 (cm) h2 (cm) h=(h¿¿2−h1 , avg)¿ (cm)

1. 2,5 17,5 15

2. 2,5 16,5 14

3. 2,5 35,5 33

4. 2,5 30,5 28

5. 2,5 21,5 19

6. 2,5 37,5 35

7. 2,5 25 22.5

8. 2,5 28,5 26

9. 2,5 27,5 25

10. 2,5 27,5 25

havg 2,5 26,75 24,25

4.1.1.2 hi=¿3 cm

No h1 (cm) h2 (cm) h=(h¿¿2−h1 , avg)¿ (cm)

1. 3 42 39

2. 3 33 30

3. 3 24,5 21,5

4. 3 23 20

5. 3 30,5 27,5

6. 3 35 32

7. 3 33 30

8. 3 30 27

9. 3 17 14

10. 3 24,5 21,5

havg 3 29,25 26,25

4.1.1.3 hi=¿ 3,5 cm

No h1 (cm) h2 (cm) h=(h¿¿2−h1 , avg)¿ (cm)

1. 3,5 51 47,5

2. 3,5 44,5 41

3. 3,5 56,5 53

4. 3,5 43,5 40

5. 3,5 31,5 28

6. 3,5 26,5 23

7. 3,5 27,5 24

8. 3,5 23,5 20

9. 3,5 29 25,5

10. 3,5 23 19,5

havg 3,5 35,65 32,15

4.1.2 Tabel Pengukuran t (secon) dan x(cm) dari Bola

4.1.2.1 hi=¿ 2,5 cm

No t (secon) x (cm)

1. 0,131 10

2. 0,296 12,5

3. 0,205 15

4. 0,150 17,5

5. 0,152 20

6. 0,079 22,5

7. 0,195 25

8. 0,150 27,5

9. 0,132 30

10. 0,149 32,5

t avg=¿0,1639 xavg=¿21,25

4.1.2.2 hi=¿3 cm

No t (secon) x (cm)

1. 0,250 10

2. 0,216 12,5

3. 0,208 15

4. 0,194 17,5

5. 0,271 20

6. 0,386 22,5

7. 0,372 25

8. 0,262 27,5

9. 0,282 30

10. 0,180 32,5

t avg=¿0,2621 xavg=¿21,25

4.1.2.3 hi=¿3,5 cm

No t (secon) x (cm)

1. 0,288 10

2. 0,235 12,5

3. 0,319 15

4. 0,265 17,5

5. 0,225 20

6. 0,130 22,5

7. 0,363 25

8. 0,032 27,5

9. 0,250 30

10. 0,157 32,5

t avg=¿0,2264 xavg=¿21,25

4.2 Analisis Data

4.2.1 Kecepatan v Bola Sebelum Tumbukan

v= xt

4.2.1.1 hi=¿ 2,5 cm

v= 21,250 ,1639

=129,652 cm / s2=1,29652 m /s2

4.2.1.2hi=¿3 cm

v= 21,250,2621

=81,076 cm /s2=0,81076 m / s2

4.2.1.3hi=¿ 3,5 cm

v= 21,250,2264

=93,860 cm /s2=0,9386 m /s2

4.2.2 Momentum Awal Sistem

Pi=m. v

4.2.2.1 hi=¿ 2,5 cm

Pi=0,506 kg .1,29652 m /s2=¿0,656kg.m/s

4.2.2.2hi=¿3 cm

Pi=0,506 kg . 0,81076 m /s2=¿0,410kg.m/s

4.2.2.3hi=¿ 3,5 cm

Pi=0,506 kg . 0,9386 m /s2=0,475kg.m/s

4.2.3 Momentum Akhir Sistem Setelah Tumbukan

Pf =( M . m)√2g havg

4.2.3.1 hi=¿ 2,5 cm

Pf =(0,33.0,506 )√2×9,8 ×24,25=3,64kg.m/s

4.2.3.2hi=¿ 3 cm

Pf =(0,33.0,506 )√2×9,8 ×26,25=3,788kg.m/s

4.2.3.3hi=¿ 3,5 cm

Pf =(0,33.0,506 )√2×9,8 ×32,15=4,192kg.m/s

4.2.4 Energi Kinetik

E k=12

m v2

4.24.1 Energi Kinetik Awal Sebelum Tumbukan

E ki=1

2mv2

4.2.4.1.1 hi=¿ 2,5 cm

E ki=1

20,506× 1,296522=0,425 Joule

4.2.4.1.2 hi=¿3 cm

E ki=1

20,506× 0,810762=0,166 Joule

4.2.4.1.3 hi=¿ 3,5 cm

E ki=1

20,506× 0,93862=0,223 Joule

4.2.4.2 Energi Kinetik Sesaat Setelah Tumbukan

E k f=1

2M v2

4.2.4.2.1 hi=¿ 2,5 cm

E k f=1

20,33× 1,296522=0,277 Joule

4.2.4.2.2 hi=¿3 cm

E k f=1

20,33× 0,810762=0,108 Joule

4.2.4.2.3 hi=¿ 3,5 cm

E k f=1

20,33× 0,93862=0,145 Joule

4.2.5 Energi yang Hilang

∆ E=[ Ek i

−Ek f ]Ek i

4.2.5.1 hi=¿ 2,5 cm

∆ E=[ 0,425−0,277 ]

0,425=0,3482 Joule

4.2.5.2 hi=¿3 cm

∆ E=[ 0,166−0,108 ]

0,166=0,3493 Joule

4.2.5.3 hi=¿ 3,5 cm

∆ E=[ 0,223−0,145 ]

0,223=0,3498 Joule

4.3 Pembahasan

Momen di istilahkan sebagai ukuran kesukaran untuk memberhentikan suatu

benda yang sedang bergerak. Makin sukar memberhentikannya, makin besar

momentumnya. Momentum disebabkan karena impuls serta besar dan arahnya.

Dalam fisika terdapat dua jenis momentum yaitu momentum linier dan momentum

sudut. Kadang-kadang momentum linier disingkat momentum. Momentum linier

adalah momentum yang dimiliki benda yang mergerak pada lintasan lurus.,

sedangkan momentum sudut dimiliki benda-benda yang bergerak pada lintasan

melingkar. Momentum suatu benda didefenisikan sebagai hasil kali massa benda

dengan kecepatan gerak benda tersebut.

Eksperimen mengenai momentum dengan menggunakan pendulum balok

dapat membantu mahasiswa memahami penting momentum dalam kehidupan sehari-

hari. Karena tanpa kita sadari momentum berada pada hal yang kita jumpai atau

sering kita lakukan. Eksperimen ini energy kinetik dapat diperoleh dengan cara dari

energi kinetik bola dan pendulumnya sendiri setelah maupun sesudah tumbukan.

Energy kinetik tersebut didapatkan dengan bervariasi karena tergantung dari

kecepatan dari jarak tempuh serta waktu tempuh setelah tumbukan dan massa dari

bola dan pendulum tersebut. Dalam pengambilan data sampel titik terjauh ayunan

pendulum setelah tumbukan juga mempengaruhi energi kinetik dan momentum benda

tersebut.

Eksperimen momentum dengan menggunakan pendulum balok ini tidak lepas

dari faktor kesalahan. Faktor kesalahan tersebut dapat meliputi metode dalam

eksperimen yang kurang tepat dan cara pengambilan data yang kurang akurat.

Misalnya pengambilan titik ketinggian ayunan pendulum setelah mendapat tumbukan

dari bola sangat tidak akurat, karena pada pengambilan data dengan menggunakan

alat bantu berupa papan penangkap. Hal tersebut sangat tidak akurat karena dalam hal

ini ayunan yang didapatkan bukan titik terjauh pendulum balok berayun. Kesalahan

yang lain adalah kurang akuratnya pengambilan data waktu tempuh ketika bola

menumbuk pendulum bola karena hanya memperkirakan ketepatan awal bola diberi

gaya dan penagkapan pendulum balok ketika berayun. Hal diatas dapat

mempengaruhi data atau sampel yang tidak begitu akurat karena tidak keselarasan

antara penekanan tombol stopwatch dengan bola meluncur setelah diberi gaya.

Kesalahan berikutnya meliputi dari human error dalam pembacaan nilai tinggi h i dan

hf serta pembacaan waktu tempuh ketika terjadi tumbukan.

Aplikasi dalam kehidupan sehari-hari kita jumpai misalnya dalam kasus

pergerakan kendaraan agar roda kendaraan dapat berputar. Hal ini karena adanya

tumbukan antarapiston dengan pengerak motor pada mesin kendaraan sehingga motor

dapat bergerak. Contoh lainnya adalah jiak terjadi tabrakan antara sepeda motor dan

mobil ketika melaju dengan kecepatan yang sama, pada saat terjadi tebrakan motor

akan terpental karena massa mobil lebih besar dari sepeda motor. Kita dapat

mengatakan bahwa makin besar momentum yang dimiliki oleh sebuah benda,

semakin besar efek yang ditimbulkan ketika benda tersebut betumbukan.

BAB VKESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

1. Momentum adalah perubahan gaya terhadap waktu. Dalam percobaan ini

digunakan pendulum balok sebagai ayunan untuk mencari titik sejauh apabila

terjadi tumbukan.

2. Kecepatan yang diperoleh sebelum tumbukan bervariasi tergantung dari jarak

lintasan dengan waktu tempuh bola ketika didberi gaya dan menumbuk sebuah

pendulum.

3. Energi kinetik bola dan pendulum balok tergantung dari massa benda dan

kecepatan yang diperoleh jarak tempuh ketika tumbukan sehingga dapat

diperoleh hasil energi kinetik yang berbeda karena gaya dorongbola yang

berubah-ubah.

5.2 Saran

Sebaiknya eksperimen mengenai momentum digunakan pegas untuk

pendorong bola agar dapat mengetahui perbedaan akurasi perhitungan apabila gaya

dorong bola menggunakan pegas dengan jari tangan sebagai pendorong

DAFTAR PUSTAKA

Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit

Erlangga

Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, Terjemahan, Jakarta : Penerbit

Erlangga

Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik–Jilid I (terjemahan),

Jakarta : Penebit Erlangga