EKSPERIMEN FISIKA II

KEBERLAKUAN HUKUM KEKEKALAN MOMENTUM

“TUMBUKAN TIDAK ELASTIS PADA PENDULUM”

DISUSUN OLEH :

DEDY YUSHARI JUFRI101204174

ICP OF PHYSICS

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI MAKASSAR

2013

BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Momentum memiliki arti yang berbeda dengan arti keseharian.

Anda mungkin pernah mendengar orang mengatakan “Saat ini adalah

momentum yang tepat untuk meluncurkan album baru”. Kata momentum

pada kalimat tersebut memiliki arti berbeda dengan “momentum”

dalam fisika. Momentum dalam fisika merupakan ukuran kesukaran

dalam memberhentikan suatu benda yang bergerak. Momentum erat

hubungannya dengan massa dan kecepatan. Konsep ini juga

mempelajari kejadian bertumbukannya dua benda atau lebih dan

menganalisis gerak. Mempelajari hukum kekekalan momentum

merupakan salah satu konsep penting dalam fisika. Ilmuwan yang

berjasa pada penemuan hukum kekekalan momentum, antara lain, John

Willis, Cristopher Wren, dan Christiam Huygens.

Pernahkan Anda menyaksikan atau mendengar berita mengenai

peluncuran roket? Bagaimana

sistem yang bekerja pada peluncuran tersebut? Prinsip kerja roket

berdasarkan hukum kekekalan momentum. Saat masih berada di

landasan (masih diam), momentum roket sama dengan nol. Ketika

bahan bakar direaksikan, gas panas ditembakkan ke bawah dan badan

roket naik untuk menyeimbangkan momentum totalnya. Pada fase ini

momentum roket tetap bernilai nol. Sama halnya dengan sebuah buah

yang tergantung bebas lalu ditembak dengan sebuah proyektil

dimana kecepatan awal pada buah adalah nol dan ketika ditembak

dengan sebuah proyektil kecepatan keduanya sama, hal ini

dinamakan tumbukan tidak lenting. Jadi Apakah yang dimaksud

dengan momentum? Serta apakah yang dimaksud hukum kekekalan

momentum ? Pada kesempatan kali ini kita akan melakukan

eksperimen tentang tumbukan tidak lenting sama sekali..

B. RUMUSAN MASALAH

1. Bagaimana memverifikasi hukum kekekalan momentum dalam satu

dimensi dalam sebuah tumbukan tidak elastis antara pendulum

stasioner dan proyektil bola baja ?

2. bagaimana cara menentukan kecepatan dari sistem pendulum-bola

setelah tumbukan inelastis oleh pengukuran ketinggian

peningkatan sistem .?

C. TUJUAN

1. Untuk memverifikasi hukum kekekalan momentum dalam satu

dimensi dalam sebuah tumbukan tidak elastis antara pendulum

stasioner dan proyektil bola baja

2. Untuk menentukan kecepatan dari sistem pendulum-bola setelah

tumbukan inelastis oleh pengukuran ketinggian peningkatan

sistem .

BAB II

LANDASAN TEORI

Konservasi Momentum

Menurut prinsip konservasi momentum, momentum adalah kekal

dalam elastis dan inelastic tumbukan. Jika sistem terisolasi,

perubahan momentum dari salah satu bagian dari sistem akan

mewujudkan sederajat perubahan momentum di bagian lain dari

sistem. Kekekalan momentum awal dan akhir diberikan sebagai:

Pi=Pf Dalam percobaan ini, seperti ditunjukkan pada Gambar. 1, sistem

ini terdiri dari bola baja dan pendulum. Karena pendulum diam

sebelum tumbukan, kecepatannya (dan dengan demikian momentum)

adalah nol. Dengan demikian total momentum sistem sebelum

tumbukan, P i , Adalah momentum bola, dan karena itu, Pi adalah

produk dari massa m bola dan v kecepatannya.

Pi=mv …. (1)Dan kecepatan awak vi adalah

vi=xt … (1a)

Dimana x adalah jarak kedudukan antara pendulum dan proyektil

yang jaraknya diubah-ubah dan t adalah waktu tempuh yang

dibutuhkan proyektil untuk menumbuk pendulum.

Pada saat tumbukan, bola ditangkap oleh pendulum. Keduanya

sekarang berbagi kecepatan umum vf dan gabungan massa (M + m).

Momentum akhir dari sistem ini, Pf , Diberikan oleh:

Pf=(M+m)vf …. (2)

Setelah tumbukan pendulum berayun pada pusat penyangga. Pada

perpindahan sudut maksimum, pusat massa dari sistem akan

meningkat melalui jarak vertikal h. Ini adalah posisi titik-

titik yang ditunjukkan pada Gambar. 1. Pada saat ini semua

energi kinetik awal telah diubah menjadi energy potensial.

Menerapkan prinsip konservasi energi, diperoleh:

12

(M+m )vf2=(M+m)gh…. (3)

di mana g adalah percepatan gravitasi. Kecepatan dari sistem

bola pendulum adalah:

vf=√2gh …. (4)

Memasukkan persamaan (4) ke dalam persamaan (2), diperoleh:

Pf=(M+m)√2gh …. (5)

Gambar 1: Blackwood alat pendulum balistik dengan pistol semi.

Pusat massa dari pemegang dengan bola akan menaikkan ketinggian

h bersih ke posisi yang telah ditentukan/dititik. Sebuah pawl

pada bawah dudukan tangkapan di takik di rak melengkung untuk

menahan system pada titik tertinggi (ditunjukkan dalam Posisi

titik-titik).

BAB III

METODE PRAKTIKUM

A. IDENTIFIKASI VARIABEL

- Variable terukur :

a. Massa proyektil (m) , gram

b. Massa pendulum (M), gram

c. Posisi awal pendulum (hi), cm

d. Posisi akhir pendulum (hf), cm

e. Jarak pendulum dari proyektil (x), cm

f. Waktu tumbukan proyektil ke pendulum (t), s

- Variable bebas/tidak terukur :

a. Gravitasi bumi (g), m/s

B. DEFINISI OPERASIONAL VARIABEL

a. Massa proyektil, dengan symbol (m), memiliki satuan gram atau Kg.

dimana massa proyektil ini diukur menggunkan neraca digital

dengan kesalahan mutlak 5%. Proyektil yang digunakan hanya satu

buah yang dilontarkan pada sebuah balok kayu yang berupa pendulum

pada percobaan pertama, dan melontarkan proyektil tersebut secara

bebas tanpa hambatan pada percobaan kedua untuk menghitung

kecepatan proyektil.

b. Massa pendulum, dengan symbol (M), merupakan variable yang diukur

dan memiliki satuan gram atau Kg, dimana massa pendulum ini

diukur menggunakan neraca digital dengan kesalahan mutlak 5%.

Pendulum disini merupakan jumlah massa dari sebuah balok kayu

dengan kawat yang digantung bebas pada alat. Pendulum ini,

merupakan balok stasioner dan sebagai objek pelontar pada

proyektil. Pada percobaan ini, kita tidak menghitung momentum

pendulum melainkan momentum proyektil.

c. Posisi awal pendulum, dengan symbol (hi), memiliki satuan cm atau

meter. Dimana posisi awal pendulum diukur mulai dari dasar alat

ke ujung atas balok yang tergantung pada sebuah kawat dan masih

tergantung bebas sebelum terjadinya tumbukan dengan proyektil.

Posisi ini diukur menggunakan sebuah mistar. Posisi ini diukur

sebanyak 5 kali atau lebih lalu di rata-ratakan.

d. Posisi akhir pendulum, dengan symbol (hf), memiliki satuan cm

atau meter. Dimana posisi akhir ini diukur mulai dari dasar alat

ke ujung atas balok yang telah terlontar akibat tembakan pada

sebuah proyektil. Posisi ini diukur menggunakan mistar, pada

pengukuran ini harus hati-hati dan cermat dalam melihat skala

pada mistar. Posisi ini dikur sebanyak 10 kali atau lebih lalu di

rata-ratakan.

e. Gravitasi bumi memiliki symbol (g) dengan satuan m/s2. Gravitasi

merupakan variable bebas atau variable tak terikat, dimana

variable ini digunakan untuk menentukan kecepatan lontaran

proyektil pada sebuah lintasan parabola arah horizontal.

f. Jarak antara pendulum dengan proyektil (x) dengan satuan cm.

jarak ini merupakan variable terukur atau variable manipulasi,

dimana jarak ini besarnya diubah-ubah sebanyak 10 kali sesuai

banyaknya manipulasi ketinggian h. jarak ini pula akan dirata-

ratakan untuk memperoleh nilai kecepatan awal tumbukan proyektil

terhadap pendulum.

g. Waktu tempuh proyektil menumbuk pendulum (t) dengan satuan sekon.

Waktu ini merupakan variable terukur atau variable manipulasi,

dimana waktu ini besarnya diubah-ubah sebanyak 10 kali sesuai

banyaknya manipulasi ketinggian h dan jarak. Variable ini pula

akan dirata-ratakan untuk memperoleh nilai kecepatan awal

tumbukan proyektil terhadap pendulum. Waktu diukur menggunakan

stopwatch.

C. ALAT DAN BAHAN/METODE

Alat adalah pendulum balistik Blackwood dengan senapan semi,

seperti ditunjukkan pada Gambar. 1.

Pada bagian pertama percobaan, bola baja terpasang pada pistol

semi diluncurkan horisontal dan tertangkap oleh dudukan pada

pendulum. Pendulum kemudian naik ketinggian h. Dari pengukuran

ini h, kecepatan, v, dari sistem pendulum-bola ditentukan sebagai

pendulum pertama mulai berayun. Mengetahui kecepatan ini dan

massa bola dan pendulum, pada momentum akhir P f , setelah system

maka tumbukan dapat ditentukan. Pada bagian kedua dari percobaan, pendulum berayun keluar dari

jalan sehingga tidak mengganggu bola. Kecepatan bola saat

peluncuran ditentukan dari pengukuran y ketinggian awal di atas

lantai dan kisaran X horizontal ke titik hasil tumbukan.

Momentum bola sebelum tumbukan adalah yang kecepatan v kali m

massanya. Momentum pendulum stasioner - sebelum tumbukan dengan

bola bergerak - adalah nol karena tidak bergerak. Oleh karena

itu, momentum awal dari system bola pendulum sebelum tumbukan

adalah hanya momentum bola.

D. PROSEDUR PERCOBAAN

Bingkai alat Blackwood harus rata dan tegas dijepit ke meja.

Adalah penting bahwa alat tetap berada di posisi yang sama

sampai semua pengukuran telah selesai. Jadi, berhati-hatilah

untuk tidak memindahkan meja selama percobaan! Alat harus

terletak di dekat salah satu tepi meja.

Perhatian: Pastikan tidak ada di jalur bola baja untuk

mencegah cedera pada siswa lain atau instruktur.

3.2.1. Penentuan Velocity Final (Kecepatan akhir) Pendulum-

Proyektil (bola baja) Sistem setelah tumbukan

1. Lepaskan pendulum dari rak dan memungkinkan untuk menggantung

bebas. Identifikasi pointer indeks menandai pusat massa

pendulum. Hati-hati mengukur h i (Lihat Gambar. 1), ketinggian

Indeks pointer di atas dasar peralatan. Perkirakan kesalahan

eksperimental dalam mengukur h i. 2. Pindahkan pendulum naik ke rak. Siapkan senjata untuk

diluncurkan dimana pendulum pada rak sedangkan proyektil (ball)

ditempatkan pada poros ujung tersebut pada semi-gun . Memegang

pistol dengan satu tangan, dan dengan tangan yang lain mendorong

bola kembali terhadap pegas sampai kerah pada batang pelatuk.

Ini kompres pegas jumlah tertentu. Disebabkan oleh penyimpangan

dalam mekanisme peluncuran, Anda akan menemukan beberapa variasi

dalam kecepatan v. Ini akan menyebabkan variasi dalam nilai

ketinggian hf (Lihat Gambar. 2) yang pendulum naik.

3. Lepaskan pendulum dari rak dan memungkinkan untuk menggantung

bebas. Ketika pendulum adalah saat istirahat, meluncurkan bola

ke pemegang pendulum. Pendulum akan berayun dari posisi awalnya,

hi, ke posisi akhir, hf, Seperti yang ditunjukkan pada Gambar.

1.

4. Ukur hf, Ketinggian pointer indeks. Perkirakan kesalahan

dalam pengukuran ini. Untuk melepaskan bola, dorong keluar dari

dudukannya dengan jari Anda.

5. Ulangi langkah 2 sampai 4 untuk membuat sepuluh peluncuran

pendulum ke rak/holder. Setiap anggota kelompok harus mengambil

giliran mengukur hi dan h f .

6. lakukan pengukuran pula terhadap jarak pendulum dan proyektil

ketika pengukuran/ penentuan nilai h. variable ini diubah

sebanyak 10 kali dengan jarak yang berbeda, tuk setiap kali

lontaran. Ukur pula banyaknya waktu yang dibutuhkan proyektil

untuk menumbuk pendulum, variable ini merupakan variable respon

dari jarak tempuh.

7. Setiap kelompok tersebut yang anggota harus mengukur massa m

dari bola menggunakan neraca keseimbangan. Catatan perkiraan

Anda dari kesalahan eksperimental untuk prosedur ini. Catat M

massa balistik pendulum (diberikan pada peralatan).

E. ANALISIS DATA

1. TABEL

Tabel yang digunakan ada 3 macam yaitu table hubungan hi dan hf,

table waktu t dan table

jarak s

Konservasi Momentum dalam Satu Dimensi

Data Sheet

1. Catat massa bola baja dan pendulum:

m bola = ________________gram

M pendulum = ________________gram

2. Pengukuran hi dan hf dari Pendulum

#

-

hi

cm

#

-

hf

cm

h = (hf –

hi,avg)

cm1 12 23 3hi,

average =

4

5678910

3. Pengukuran t (sekon) dan x (cm) dari bola baja

t

sekon

x

cm

t

s

x

cm

2. TEKNIK ANALISIS DATA

Adapun perhitungan dan analisis data dalam percobaan ini adalah :

1. Hitung mean (rata-rata) nilai h, t, dan x

2. Masukkan nilai rata-rata dari kisaran t dan x ke dalam Pers.

(1a) untuk mendapatkan kecepatan v dari bola sebelum bertumbukan

dengan pendulum. Hitung momentum awal sistem menggunakan

Persamaan. (1), (Pi = m v) atau bergantian Anda dapat

menggunakan Persamaan. (9) untuk mendapatkan nilai P i .

3. Hitung momentum akhir sistem sesaat setelah tumbukan dengan

memasukkan nilai rata-rata h ke dalam Pers. (5).

BAB IV

HASIL, ANALISIS DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Konservasi Momentum dalam Satu Dimensi

Data Sheet

1. Catat massa bola baja dan pendulum:

m bola/proyektil = 2.03 gram x 5% = 0.00192 kg

M pendulum = 19.46 gram x 5 % = 0.01844 kg

2. Pengukuran hi dan hf dari Pendulum

#

-

hi

cm

#

-

hf

cm

h = (hf –

hi,avg)

cm1 6.80 1 11.00 4.012 7.10 2 10.00 3.013 7.00 3 10.50 3.514 7.10 4 10.00 3.015 6.90 5 9.80 2.816 7.00 6 10.20 3.217 7.10 7 10.50 3.518 6.80 8 9.70 2.719 7.00 9 11.00 4.0110 7.10 10 11.00 4.01

Hi,

avg

6.99 3.38

3. Pengukuran t dan x dari bola baja

t

sekon

x

cm

t

s

x

cm1 25 1,40 27,5

1,04 25,5 1,49 281,2 26 1,5 28,5

1,25 26,5 1,6 291,31 27 1,7 29,5

B. ANALISI DATA

Rata-rata nilai :

h = 3.38 cm = 0.0338 m

x = 27 cm = 0.27 m

t = 1.47 s

kecepatan v dari bola/proyektil sebelum bertumbukan dengan

pendulum :

v=xt

v=0,27m1,47s

v=0,187m/s

momentum awal sistem menggunakan Persamaan. (1), (Pi = m v)

Pi=mv

Pi=(0,00192kg)(0,018 ms)

Pi=0,0036kgm /s

momentum akhir sistem sesaat setelah tumbukan dengan memasukkan

nilai rata-rata h ke dalam Pers. (5).

Pf=(M+m)√2gh

Pf=(0,01844kg+0,00192kg)√2(10)(0,0338m)

Pf=(0,02036kg)√2(10)(0,0338m)

Pf=0,00307kgm /s

Hitung energy kinetik [EK = (½) mv 2 ]

(a) Energi kinetik awal (EK) dari sistem sebelum tumbukan.

EKi=12mv2

EKi=12pi2

EKi=12

(0,0036)2

EKi=0,00000648joule

(b) Hitung energi kinetik akhir (EK) f sistem sekejap

setelah tumbukan.

EKf=12Mv2

EKf=12pf2

EKf=12

(0,00307)2

EKf=0,00000471joule

Menghitung energy yang hilang ketika tumbukan :

energiyanghilang (selisih )= [|EKi−EKf|]EKi

energiyanghilang (selisih )= [|0,00000648joule−0,00000471joule|]0,00000648joule

energiyanghilang (selisih)=0,2371

C. PEMBAHASAN

Pada percobaan ini terdapat adalah Penentuan Velocityawal (Kecepatan awal) Pendulum-Proyektil (bola baja) Sistem

setelah tumbukan, pada percobaan ini kita mengukur nilai hi

dan hf, dimana hi adalah posisi awal pendulum dan hf adalah

posisi akhir pendulum. Posisi hi diperoleh 10 data dengan

rata-rata adalah 6,99 cm dan hf diperoleh 10 data. Pada

kasus ini kita menghitung nilai h sebagai perubahan posisi

atau selisih antara hf dengan hi rata-rata ( data dapat

dilihat pada table hasil percobaan) dan percobaan kedua

adalah Penentuan kecepatan awal dari Pengukuran jarak

pendulum – proyektil dan waktu tempuh lontaran. Nilai x

disini adalah jarak tempuh proyektil dari kedudukan awal

hingga menumbuk pendulum, Nilai x yang diperoleh pada

percobaan ini adalah 10 data dengan rata-rata nilai 2,75 cm.

sedangkan nilai t adalah waktu tempuh proyektil hingga

menumbuk pendulum. Nilai t yang diperoleh adalah 10 data

dengan rata-rata 1,47 sekon. Semakin besar nilai x maka

semakin besar pula nilai t nya.

Pada percobaan ini pula, kita dituntut tuntut untuk

menghitung nilai Pi (momentum awal) dan Pf (momentum akhir).

Hal ini dilakukan untuk membuktikan keberlakuan hukum

kekekalan momentum dalam percobaan. Pada percobaan ini kita

mendapatkan nilai Pi sebesar 0,0036 kg m/s2 diperoleh dari

kalkulasi nilai rata-rata x dan t sehingga memperoleh nilai

v, dimana nilai v di kalikan dengan nilai m = massa

proyektil, sehingga diperoleh nilai Pi (menggunakan

persamaan 1a). Sedangkan nilai Pf yang diperoleh sebesar

0,00307 kg m/s2, nilai ini diperoleh dengan menggunakan

persamaan 2.

Berdasarkan hukum kekekalan momentum yang berlandaskan

dengan hukum III Newton yang menyatakan momentum itu kekal

selama tidak ada impuls yang mempengaruhi. Dapat diartikan

bahwa momentum awal sama dengan momentum akhir. Namun pada

percobaan ini, momentum awal tidak sama dengan momentum

akhir, tapi nilai yang diperoleh memiliki selisih yang

kecil, jadi kita beranggapan bahwa hukum kekekalan momentum

pada percobaan ini terbukti. Hal ini dikarenakan, kurangnya

ketelitian dan kecermatan dalam pengukuran nilai x, t, hi,

dan hf sehingga hasil data yang diperoleh kurang akurat.

Selanjutnya kita ingin menghitung jumlah energy kinetic

untuk momentum awal dengan momentum akhir dengan persamaan

Ek = ½ mv2. Hal ini dilakukan untuk membuktikan bahwa pada

percobaan ini apakah ada energy yang hilang atau lolos, jika

ada berarti percobaan ini tepat sebagai percobaan tumbukan

lenting sebagian/tdk lenting. Ek untuk tumbukan awal adalah

0,00000648 joule dan Ek untuk tumbukan akhir adalah

0,00000471joule. Dengan menggunakan persamaan diatas, makaterdapat persentase energy yang hilang sebesar 0,2371 %.

Sudah terbukti bahwa percobaan ini membuktikan tumbukan

tidak lenting. Jadi, pada percobaan ini seharusnya berlaku

hukum kekekalan momentum dan tidak berlaku hukum kekekalan

energy.

BAB V

PENUTUP

A. KESIMPULAN

1. Dengan mengetahui besarnya nilai h, X dan Y maka Untuk mengetahui

besarnya nilai momentum awal dan momentum akhir adalah

Pi=mv

Pf=(M+m)√2gh2. Pada percobaan ini tidak berlaku hukum kekekalan energy

karena ada energy kinetic yang lepas atau hilang ketika

terjadi tumbukan, namun berlaku hukum kekekalan momentum.

Sehingga tumbukan pada percobaan ini adalah tumbukan tidak

lenting.

3. Hukum kekekalan momentum berlandaskan pada teori hukum III

Newton yang menyatakan bahwa momentum awal sama dengan

momentum akhir.

B. SARAN

Adapun saran yang kami berikan untuk kelancaran eksperimen ini

adalah :

1. Pada waktu pengukuran dan pengambilan data, usahan secermat dan

seteliti mungkin dalam melihat skala pada alat ukur. Hal ini

berguna mengurangi kesalahan/meminimalisir kesalahan dalam

pengambilan data sehingga data yang dihasilan lebih akurat.

2. Pada waktu menggunakan alat, usahakan tidak mengubah atau

menggeser posisi alat sebelum pengambilan semua data selasai.

3. Mintalah bantuan kepada orang lain dalam pengambilan data,

sehingga seluruh kegiatan eksperimen dapat terpusat pada satu

kegiatan, sehingga data yang diperoleh lebih maksimal dan tidak

menguras tenaga.

DAFTAR PUSTAKA

Sarwono, dkk. 2009. Fisika 2. Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen

Pendidikan Indonesia.

Tippler. 2001. Fisika. Jakarta: Erlangga