Hukum Kekekalan Momentum Mikrajuddin Abdullah Fisika Dasar I 2016
                                                                                Bab 6 Momentum
441
dt p
d F
tot tot
 
 6.5
di mana
i i
tot
F F
 
6.6
1 i
i tot
p p
 
6.7
Dalam menentukan gaya total pada persamaan di atas maka gaya antar  anggota  sistem  tidak  diperhitungkan  karena  akan  saling
menghilangkan. Sebagai contoh sistem kita terdiri dari dua benda. Gaya pada  benda  1  oleh  benda  2  dan  gaya  pada  benda  2  oleh  benda  1
merupakan  gaya  antar  anggota  sistem.  Kedua  gaya  tersebut  tidak diperhitungkan dalam menentukan gaya total. Sebab gaya pada benda 1
oleh  benda  2  dan  gaya  pada  benda  2  oleh  benda  1  persis  sama  dan berlawanan  arah  sehingga  saling  menolkan  pada  saat  dijumlahkan.
Misalkan  sistem  terdiri  dari  dua  muatan  listrik.  Dua  muatan  listrik tersebut saling menarik dengan gaya Coulumb. Tetapi karena dua benda
tersebut dipandang sebagai sebuah sistem maka gaya Coulumb tersebut tidak diperhitungan. Yang diperhitungan adalah gaya dengan benda lain
selain  dua  benda  tersebut.  Jika  dua  benda  tersebut  berada  di  bawah pengaruh  gravitasi  bumi  maka  hanya  gaya  gravitasi  bumi  yang
dimasukkan dalam menghitung gaya total. Gaya total adalah jumlah gaya gravitasi bumi pada benda 1 dan benda 2.
Kasus khusus terjadi jika gaya total yang bekerja pada sistem nol. Pada kasus ini maka diperoleh
 dt
p d
tot
 6.8
Persamaan  ini  menyatakan  bahwa  selama  gaya  total  yang  bekerja  pada sistem  sama  dengan  nol  maka  momentum  sistem  selalu  tetap  nilainya
Bab 6 Momentum
442
pada saat kapanpun. Meskipun antar anggota sistem saling mengerjakan gaya,  misalknya  saling  melakukan  tumbukan,  maka  momentum  total
sistem tidak berubah selama tidak ada gaya luar yang bekerja pada sistem. Gaya antar sistem hanya mengubah momentum masing-masing anggota
sistem, tetapi ketika dijumlahkan semua momentum tersebut maka tetap didapatkan momentum total yang nilainya konstan. Ini adalah ungkapan
hukum  kekekalan  momentum.  Momentum  total  sistem  konstan  jika tidak ada gaya luar yang bekerja pada sistem, atau
tot tot
p p
 
 6.9
di  mana  tanda  petik  menyatakan  keadaan  akhir  dan  tanpa  tanda  petik menyatakan keadaan awal.
1
p 
2
p 
3
p 
n
p 
1
p 
2
p 
3
p 
m
p 
Gambar 6.5 Momentum total sebelum dan sesudah tumbukan sama.
Sebaga contoh adalah sebuah sistem yang mengandung  n benda dengan  momentum
1
p 
,
2
p 
,  …,
n
p 
.  Kemudian  antar  anggota  sistem terjadi  tumbukan  sehingga  dihasilkan  m  benda  dengan  momentum
1
p 
,
2
p 
, …,
m
p 
Gambar 6.6. Di sini m tidak harus sama dengan n jumlah anggota sistem sebelum dan sesudah tumbukan tidak harus sama. Jika m
n  maka  setelah  terjadi  tumbukan  ada  anggota  sistem  yang  bergabung dan jika m  n maka setelah tumbukan ada anggota sistem yang pecah.
Karena selama tumbukan hanya terjadi gaya antar anggota sistem maka
Bab 6 Momentum
443
momentum total sistem sebelum dan sesudan tumbukan sama, atau
m n
p p
p p
p p
... ...
2 1
2 1
 
 
 
 
 
 
 6.10
Contoh 6.3
Sebuah  benda  bermassa  0,5  kg  bergerak  dengan  kecepatan i
v ˆ
4
1
 
ms.  Benda  kedua  yang  bermassa  0,8  kg  bergerak  dengan kecepatan
j i
v ˆ
3 ˆ
4
2
 
 
ms.  Jika  setelah  tumbukan  benda  pertama memiliki  kecepatan
j i
v ˆ
1 ˆ
2
1
 
 
ms,  tentukan  kecepatan  benda  kedua setelah tumbukan.
Jawab Momentum benda pertama sebelum tumbukan
i i
v m
p ˆ
, 2
ˆ 4
5 ,
1 1
1
 
 
 
kg ms Momentum benda pertama setelah tumbukan
j i
j i
v m
p ˆ
5 ,
ˆ ,
1 ˆ
1 ˆ
2 5
,
1 1
1
 
 
 
 
 
kg ms Momentum benda kedua sebelum tumbukan
j i
j i
v m
p ˆ
4 ,
2 ˆ
2 ,
3 ˆ
3 ˆ
4 8
,
2 2
2
 
 
 
 
 
kg ms Karena tidak ada gaya luar yang bekerja maka berlaku hokum kekekalan
momentu
2 1
2 1
p p
p p
 
 
 
atau ˆ
5 ,
ˆ ,
1 ˆ
4 ,
2 ˆ
2 ,
3 ˆ
, 2
1 2
1 2
j i
j i
i p
p p
p 
 
 
 
 
 
 
 j
i ˆ
9 ,
1 ˆ
2 ,
 
 kg ms
Bab 6 Momentum
444
Dengan demikian kecepatan benda kedua setelah tumbukan
j i
j i
m p
v ˆ
4 ,
2 ˆ
25 ,
8 ,
ˆ 9
, 1
ˆ 2
,
2 2
2
 
 
 
 
ms
Contoh 6.4
Sebuah  benda  bermassa  1,0  kg  melakukan  tumbukan berhadap-hadapam  dengan  benda  lain    yang  bermassa  8,0  kg.  Setelah
tumbukan kedua benda bersatu. Laju benda pertama sebelum tumbukan adalah 20,0 ms dan laju benda kedua sebelum tumbukan adalah 5,0 ms.
Tentukan laju gabungan benda setelah tumbukan.
Jawab Karena tumbukan berlangsung segaris, kita gunakan metode skalar.
Momentum benda pertama sebelum tumbukan
, 20
, 1
1 1
1
 
 v
m p
= 20,0 kg ms
Momentum benda kedua sebelum tumbukan
, 5
, 8
2 2
2
 
 
v m
p
= -40,0 kg ms
Tanda negatif diberikan karena arah momentum benda kedua berlawanan dengan  arah  momentum  benda  pertama.  Momentum  total  sebelum
tumbukan adalah
Bab 6 Momentum
445
2 1
p p
p 
= 20 + -40 = - 20 kg ms
Momentum  total  setelah  tumbukan  hanya  momentum  benda  yang  telah menyatu, yaitu
9 ,
8 ,
1
2 1
v v
v m
m p
 
 
Dengan menggunakan hukum kekekalan momentum maka
p p
9 20
v 
 atau
9 20
 
v = - 2,2 ms
Jadi setelah tumbukan, gabungan kedua benda bergerak searah dengan arah datang benda kedua.
Contoh 6.5
Gambar 6.6 memperlihatkan sebuah bola biliar yang bergerak dengan laju 3,0  ms  ke  arah  sumbu  x  positif  menumbuk  bola  biliar  sejenis  yang
sedang diam. Setelah tumbukan kedua bola bergerak dengan membentuk sudut masing-masingt 45
o
terhadap arah x positif. Berapakah kecepatan masing-masing bola setelah tumbukan?
Jawab
Bab 6 Momentum
446
1
v 
1
v 
2
v 
= 45
o
= 45
o
m m
m
m
Gambar 6.6 Gambar untuk contoh 6.5
Berdasarkan  Gambar  6.6  kecepatan  awal  dan  kecepatan  akhir masing-masing bola billiard adalah
i v
ˆ 3
1
 
ms
2
 v
 
o o
j i
v v
45 sin
ˆ 45
cos ˆ
1 1
 
 
o o
j i
v v
45 sin
ˆ 45
cos ˆ
2 2
 
Kita terapkan hukum kekekalan momentum sebagai berikut
2 1
1
v m
v m
v m
 
 
 
 
o o
o o
j i
mv j
i mv
i m
45 sin
ˆ 45
cos ˆ
45 sin
ˆ 45
cos ˆ
ˆ 3
2 1
 
 
atau
Bab 6 Momentum
447
 
 
o o
v v
m j
v v
m i
i m
45 sin
ˆ 45
cos ˆ
ˆ 3
2 1
2 1
 
 
Samakan  suku  yang  mengandung  vektor  satuan  yang  sama  di  ruas  kiri dan kanan sehingga diperoleh
 
o
v v
m m
45 cos
3
2 1
 
 
45 sin
2 1
 
o
v v
m
Dari  persamaan  teakhir  kita  simpulkan
2 1
v v
.  Substitusi  ke dalam persamaan sebelumnya diperoleh
o
mv m
45 cos
2 3
1
 atau
o
v 45
cos 2
3
1
 Jadi kecepatan loka biliar setelah tumbukan adalah
 
o o
o
j i
v 45
sin ˆ
45 cos
ˆ 45
cos 2
3
1
 
 
 
 
 
o o
j i
45 cos
45 sin
ˆ ˆ
2 3
 
j i
ˆ ˆ
2 3
 
ms
 
o o
o
j i
v 45
sin ˆ
45 cos
ˆ 45
cos 2
3
1
 
 
 
 
 
o o
j i
45 cos
45 sin
ˆ ˆ
2 3
Bab 6 Momentum
448
 
j i
ˆ ˆ
2 3
 
ms
                