Gaya Gesek Tumbukan DASAR TEORI

8

BAB II DASAR TEORI

A. Gaya Gesek

Gaya gesek adalah gaya yang disebabkan adanya interaksi antara molekul-molekul benda-benda di antara permukaan terjadinya kontak. Besar gaya gesek f berbanding lurus dengan gaya normal N dengan suatu konstanta pembanding � yang dinamakan koefisien gesek. Arah gerak gaya gesek f ditunjukan pada gambar 2.1. Gambar 2.1 Arah gaya gesek berbanding lurus dengan gaya normal Gaya gesek ada dua jenis, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetik. Gaya gesek statis berlaku pada saat benda masih diam. Ketika benda berada di atas lantai ditarik dengan gaya pada arah sejajar bidang � , benda tersebut tidak bergerak. Hal ini disebabkan karena lantai memberi gaya gesek f yang besarnya sama dengan gaya tarik � yang diberikan atau gaya tarik F lebih kecil dari gaya gesek f antara lantai dengan permukaan benda. Gaya yang diberikan lantai kepada benda disebut gaya gesek statis. Benda akan bergerak jika gaya tarik F lebih besar dari gaya gesek statis maksimum � . Gaya gesek statis yang dialami benda mengikuti persamaan 2.1 [Giancoli, 2001]. � = � � � 2.1 � � = � � 2.2 dengan � : gaya gesek statis �; � � : koefisien gesek statis; �: gaya normal �. Gaya gesek kinetik � berlaku pada saat benda sedang bergerak. Besarnya gaya gesek kinetik mengikuti persamaan 2.3 [Giancoli, 2001]. � = � � � 2.3 dengan � : gaya gesek kinetik �; � � : koefisien gesek kinetik; �: gaya normal �.

B. Tumbukan

Ketika ada dua benda memiliki massa masing-masing � dan � bergerak saling mendekat dengan kecepatan �⃗⃗⃗⃗ dan �⃗⃗⃗⃗ maka terjadi peristiwa tumbukan. Tumbukan dapat diklasifikasikan berdasarkan arah gerak saat tumbukan. Tumbukan dibedakan menjadi tumbukan sentral dan tumbukan tak sentral. Tumbukan sentral merupakan tumbukan yang vektor kecepatan benda penumbuk mengarah ke pusat massa benda yang ditumbuk, seperti ditunjukkan pada gambar 2.2. Sedangkan tumbukan tak sentral merupakan tumbukan yang vektor kecepatan benda penumbuk tidak mengarah ke pusat massa benda yang ditumbuk, seperti pada gambar 2.3. Gambar 2.2 Tumbukan sentral antara dua bola tampak dari atas. a sebelum tumbukan, b saat tumbukan, c setelah tumbukan. Gambar 2.3. Tumbukan tak sentral antara dua bola tampak dari atas. a sebelum tumbukan, b saat tumbukan, c setelah tumbukan. Keterangan: � : massa benda 1 � ; � : massa benda 2 � ; � : kelajuan benda 1 sebelum tumbukan �⁄ ; � : kelajuan benda 2 sebelum tumbukan �⁄ ; � , : kelajuan benda 1 setelah tumbukan �⁄ ; � , : kelajuan benda 2 setelah tumbukan �⁄ . Selain itu, tumbukan dapat diklasifikasikan berdasarkan energi mekanik yaitu tumbukan lenting sempurna, tumbukan lenting sebagian dan tumbukan tidak lenting sama sekali. Jika energi mekanik total dan momentum total benda sebelum dan sesudah tumbukan sama maka tumbukan seperti ini dinamakan tumbukan lenting sempurna [Freedman, 2002]. Pada tumbukan lenting sempurna berlaku hukum kekekalan energi mekanik dan hukum kekekalan momentum. Hukum kekekalan energi mekanik yaitu jumlah energi potensial dan energi kinetik sebelum tumbukan sama dengan jumlah energi potensial dan energi kinetik setelah tumbukan. Energi potensial merupakan energi yang dihubungkan dengan gaya-gaya yang bergantung pada posisi atau ketinggian. Pada tumbukan dua benda yang terjadi pada bidang datar, energi potensial tidak mengalami perubahan karena posisi benda tidak mengalami perubahan ketinggian terhadap bidang. Sehingga energi yang diperhatikan yaitu energi kinetik sebelum dan sesudah tumbukan. Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki suatu benda ketika bergerak. Energi kinetik dikatakan kekal yaitu apabila energi kinetik total sebelum tumbukan sama dengan energi kinetik total setelah tumbukan. Tumbukan lenting sebagian adalah tumbukan yang energi kinetik total benda sesudah tumbukan lebih kecil daripada energi kinetik total benda sebelum tumbukan. Hal ini dikarenakan energi kinetik saat tumbukan sebagian diubah menjadi energi bentuk lain seperti energi bunyi atau energi panas. Jika energi kinetik mengalami perubahan dan benda yang bertumbukan bersatu setelah tumbukan maka tumbukan tersebut dikatakan tumbukan tidak lenting sama sekali [Freedman, 2002]. Hukum kekekalan momentum linier yaitu momentum total sebelum tumbukan sama dengan momentum total setelah tumbukan. [Giancoli, 2001]. Jika ada dua bola masing-masing bermassa � dan � bergerak saling mendekat dengan kecepatan �⃗⃗⃗⃗ dan �⃗⃗⃗⃗ maka bola pertama memiliki momentum sebelum tumbukan sebesar � �⃗⃗⃗⃗ dan bola kedua memiliki momentum sebelum tumbukan sebesar � �⃗⃗⃗⃗ . Kemudian kedua bola tersebut bertumbukan sehingga momentum bola pertama sebesar � � , ⃗⃗⃗ dan momentum bola kedua sebesar � � , ⃗⃗⃗ , seperti pada gambar 2.4. Gambar 2.4 Kekekalan momentum linier pada tumbukan antara dua bola. a sebelum tumbukan, b saat tumbukan, c setelah tumbukan Walaupun momentum masing-masing bola mengalami perubahan akibat tumbukan namun jumlah momentum kedua bola sebelum tumbukan dan setelah tumbukan adalah sama. Hukum kekekalan momentum linier dinyatakan dengan persamaan 2.4 [Giancoli, 2001]: � �⃗⃗⃗⃗ + � �⃗⃗⃗⃗ = � � , ⃗⃗⃗ + � � , ⃗⃗⃗ 2.4 Jika kedua bola yang bertumbukan pada lintasan lurus dan tidak ada perubahan energi dari tumbukan tersebut maka total energi kinetik kedua bola sebelum dan setelah tumbukan akan tetap. Sehingga energi kinetik sebelum dan setelah tumbukan dapat dituliskan dalam bentuk persamaan 2.5 [Giancoli, 2001]: � � + � � = � � , + � � , 2.5 Untuk mengetahui kelentingan suatu tumbukan digunakan koefisien kelentingan atau koefisien restitusi. Koefisien restitusi didefinisikan perbandingan antara nilai kelajuan setelah tumbukan dengan kelajuan sebelum tumbukan.

C. Tumbukan pada Bidang Miring