Laju Minimum Elektron untuk Mengeksitasi Atom kasus khusus 2
                                                                                Bab 6 Momentum
488
tumbukan lebih kecil daripada sebelum tumbukan. Misalkan  sebuah  atom  memiliki  massa  M.  Misalkan  pula  energi
yang  diperlukan  untuk  mengeksitasi  atom  tersebut  ke  tingkat  energi berikutnya  adalah  E.  Misalkan  laju  awal  elektron  adalah  v.  Hukum
kekekalan momentum memenuhi
MV v
m v
m
e e
 
6.69
Hukum  kekekalan  energi  dengan  mempertibnagkan  sebagian  energi kinetik awal digunakan untuk mengeksitasi atom adalah
E MV
v m
v m
e e
 
2 2
2
2 1
2 1
2 1
6.70
Dari persamaan 6.69 kita mendapatkan ungkapan laju elektron setelah menumbuk atom adalah
V m
M v
v
e
 
6.71
Substitusi  persamaan  6.71  ke  dalam  persamaan  6.70  maka  kita dapatkan
E MV
V m
M v
m v
m
e e
e
 
 
 
 
 
2 2
2
2 1
2 1
2 1
E MV
V m
M V
m Mv
v m
e e
e
 
 
 
 
 
2 2
2 2
2
2 1
2 2
1
Bab 6 Momentum
489
E MV
V m
M MvV
v m
e e
 
 
2 2
2 2
2 1
2 1
2 1
Buang suku yang sama di ruas kiri dan kana sehingga diperoleh
E V
m M
M MvV
e
 
 
 
 
 
2
1 2
1
atau
2 2
1
2
 
 
 
 
 
M E
vV V
m M
e
6.72
yang dapat ditulis dalam bentuk Ax
2
+ Bx + C = 0 dengan A = 1+Mm
e
, B = -2v, dan C = 2EM. Persamaan 6.72 memiliki solusi jika diskriminan lebih
atau sama dengan nol, atau B
2
– 4AC  0 atau
 
2 1
4 2
2
 
 
 
 
 
 
 
 
M E
m M
v
e
atau
 
 
 
 
 
 
 
M E
m M
v
e
2 1
2
atau
M m
E m
M v
e e
2
2
 
Bab 6 Momentum
490
atau
M m
E m
M v
e e
2 
6.73
Dengan  demikian,  laju  minimum  elektron  agar  dapat  meneksitasi  atom adalah
M m
E M
m v
e e
2
min
 
6.74
Jika  massa  atom  yang  dieksitasi  sangat  besar  dibandingkan dengan  massa  elektron  maka  m
e
+M    M  sehingga  dapat  ditunjukkan bahwa laju minimum eletron kira-kira
m E
v 2
min
6.75
Hubungan ini menyatakan bahwa untuk mengeksitasi atom maka energi kinetik  elektron  kira-kira  sama  dengan  energi  eksitasi  atom.  Tetapi  jika
massa atom tidak terlalu besar dibandingkan dengan massa eletron maka energi  kinetik  elektron  harus  lebih  besar  daripada  energi  eksitasi  atom
agar atom dapat dieksitasi.
Penyebanya adalah karena atom juga akan mengalami perubahan laju  jika  ditembuk  elektron  agar  hukum  kekelakan  momentum.  Dengan
demikian, energi kinetik yang dimiliki elekltron sebagian digunakan untuk mengeksitasi  atom  juga  untuk  menghasilkan  energi  kinetik  pada  atom.
Jika massa atom sangat besar maka setelah tumbukan dengan elektron,
Bab 6 Momentum
491
atom  hampir  tidak  bergerak.  Tidak  ada  energi  kinetik  atom  yang dihasilkan.  Energi  kinetik  elektron  semata-mata  hanya  untuk
mengeksitasi atom.
Buktikan  bahwa  aproksimasi    yang  lebih  teliti  jika  massa  atom jauh lebih besar daripada massa elektron adalah
 
 
  
 M
m m
E v
2 1
2
min
6. 76
Untuk  membuktikan  aproksimasi  6.76  kalian  perlu  menggunakan aproksimasi  binomial.  Persamaan  6.76  bermakna  bahwa  laju  elektron
tetap harus  lebih  besar  darimada  laju  yang  menyebabkan energi kinetik sama dengan energi eksitasi atom.
Soal-Soal
1 Gerbong kereta api yang massanya 10 000 kg dan bergerak dengan laju
24,0  ms  menumbuk  gerbong  serupa  yang  sedang  diam.  Akhirnya, kedua  gerbong  tersambung  dan  bergerak  bersama.  Berapa  laju
gabungan dua gerbong tersebut?
2 Sebuah  senapan  yang  massanya  5,0  kg  melepaskan  peluru  yang
massanya  0,05  kg  dengan  laju  120  ms.  Berapakah  kecepatan  ke belakang senapan tersebut?
3 Sebuah proton yang memiliki massa 1,01 sma bergerak dengan laju 3,6
  10
4
ms.  Proton  tersebut  bertumbukan  secara  elastik  dengan  inti helium yang memiliki massa 4,0 sma yang berada dalam keadaan diam.
Berapa kecepatan proton dan helium setelah tumbukan? 4
Sebuah  ledakan  memecah  sebuah  benda  menjadi  dua  bagian.  Satu bagian memiliki massa 1,5 kali bagian yang lain. Jika energi sebesar
7500  J  dilepaskan  saat  ledakan,  berapakah  energi  kinetik masing-masing pecahan tersebut?
5 Sebuah  pelat  lingkaran  dengan  sebarang  massa  homogen  memiliki
jari-jari  2R.  Pelat  tersebut  memiliki  lubang  yang  berjari-jari  R.  Jarak
Bab 6 Momentum
492
pusat lubang ke pusat pelat semula adalah 0,8R. Di mana posisi pusat massa pelat berlubang tersebut?
6 Dua  buah  bola  bilir  yang  memiliki  massa  yang  sama  melakukan
tumbukan hadap-hadapan. Jika laju awal salah satu bola adalah 2,0 ms  dan  bola  kedua  adalah  3,0  ms,  berapakah  laju  akhir
masing-masing bola jika tumbukan bersifat elastis?
7 Sebuah bola tenis yang memiliki massa 0,06 kg dan bergerak dengan
laju  2,5  ms  menumbuk  bola  yang  bermassa  0,09  kg  yang  sedang bergerak dalam arah yang sama dengan laju 1,0 ms. Anggap bahwa
tumbukan  bersifat  elastis  sempurna,  berapakah  laju  masing-masing bola setelah tumbukan?
8 Sebuah bola softbal yang bermassa 0,22 kg yang bergerak dengan laju
5,5 ms menumbuk bola lain yang sedang diam. Tumbukan tersebut bersifat elastik. Setelah tumbukan, bola pertama terpantul dengan laju
3,7 ms. Hitunglan laju bola kedua setelah tumbukan dan massa bola kedua.
9 Peluru yang memiliki mass 18,0 g dan bergerak dengan laju 230 ms
mengenai  sebuah  balok  yang  tergantung  bebas  kemudian  menancap diam  di  dalam  balok.  Balok  tersebut  digantungkan  pada  tali  yang
panjangnya 2,8 m. Akibat tumbukan oleh peluru, balok menyimpang ke  atas  pada  lintasan  lingkaran.  Berapakah  simpangan  maksimum
balok dalam arah vertikal dan horisontal?
10 Sebuah mobil memiliki pusat massa yang berlokasi 2,5 m dari ujung
depan. Lima orang kemudian naik ke dalam mobil. Dua orang duduk pada kursi yang berjarak 2,8 m dari ujung depan mobil dan tiga orang
duduk pada kursi yang berjarak 3,9 m dari ujung depan mobil. Massa mobil  adalah  1050 kg  dan  massa  masing-masing  penumpang  adalah
70,0  kg.  Berapakah  jarak  pusat  massa  sekarang  diukur  dari  ujung depan mobil?
11 Seorang perempuan yang bermassa 55,0 kg berdiri pada jarak 10,0 m
dari seorang laki-laki yang massanya 90,0 kg berditi di atas lantai es. Berapa  jarak  pusat  massa  kedua  orang  tersebut  diukur  dari  posisi
perempuan berdiri? Jika kedua orang tersebut saling perpegangan tali, kemudian si laki-laki menarik tali sehingga ia bergerak maju sejauh 2,5
m,  berapa  jauh  gerak  maju  si  perempuan?  Berapa  jauh  si  laki-laki bergerak maju saat ia bertumbukan dengan si perempuan?
12 Sebuah kereta api bak terbuka bergerak dengan laju 8,6 ms di atas rel
tanpa  gesekan.  Salju  kemudian  mulai  turun  dan  mengisi  bak  kereta dengan debit 3,5 kgmenit. Berapa laju kereta setelah 90 menit?
Bab 6 Momentum
493
13 Lokomotif  BB204  merupakan  lokomotif  diesel  elektrik  di  Indonesia
buatan  Swiss  Locomotive  and  Machine  Works,  Swiss.  Massa  kosong lokomotif  ini  adalah  52,8  ton.  Lokomotif  ini  akan  dipasang  di  depan
susunan 7 gerbon yang sudah tersambung dan dalam keadaan diam. Massa tiap gerbong sekitar 10 ton. Lokomotid tersebut bergerak dengan
laju  5  kmjam  menuju  gerbong  terdepan.  Jika  tidak  dilakukan pengereman  setelah  penyambungan,  tentukan  laju  sistem  lokomotif
dan tujuh gerbong tersebut setelah tumbukan.
14 Seorang anak dengan massa badan 40 kg berdiri di atas arena sky di
sebuah mall. Anak tersebut tiba-tiba melempar tang yang dia pegang ke arah ibunya yang sedang duduk di tepi arena. Tah dilempar ke arah
barat  dengan  laju  5  ms.  Massa  tas  adalah  2  kg.  Tentukan  laju  dan arah gerak anak tersebut sesaat setelah melempar tas.
Bab 6 Momentum
494
495
                