ERROR INELASTIS: DALAM SATU DIMENSI DAN CONTOH - FISIK - 2025

The tabrakan inelastis atau tabrakan inelastis adalah pendek dan interaksi yang intens antara dua benda di mana jumlah gerakan dipertahankan, tetapi tidak energi kinetik, yang diubah persentase bentuk lain dari energi.

Tabrakan atau tabrakan sering terjadi di alam. Partikel sub-atomik bertabrakan dengan kecepatan sangat tinggi, sementara banyak olahraga dan permainan bertabrakan secara terus menerus. Bahkan galaksi bisa bertabrakan.

Gambar 1. Uji tabrakan mobil. Sumber: Pixabay

Faktanya, momentum kekal dalam semua jenis tumbukan, selama partikel yang bertabrakan membentuk sistem yang terisolasi. Jadi dalam pengertian ini tidak ada masalah. Sekarang, benda memiliki energi kinetik yang berhubungan dengan gerakan yang dimilikinya. Apa yang dapat terjadi pada energi itu ketika mengenai?

Gaya internal yang terjadi selama tumbukan antar objek sangat kuat. Jika dinyatakan bahwa energi kinetik tidak kekal, itu berarti energi tersebut diubah menjadi jenis energi lain: misalnya, menjadi energi bunyi (tabrakan spektakuler memiliki bunyi yang khas).

Lebih banyak kemungkinan penggunaan energi kinetik: panas akibat gesekan, dan tentu saja deformasi yang tak terhindarkan yang dialami benda saat bertabrakan, seperti badan mobil pada gambar di atas.

Contoh tabrakan tidak elastis

- Dua massa plastisin yang bertabrakan dan tetap bersama, bergerak sebagai satu bagian setelah tumbukan.

- Bola karet yang memantul dari dinding atau lantai. Bola berubah bentuk saat menyentuh permukaan.

Tidak semua energi kinetik diubah menjadi jenis energi lain, dengan sedikit pengecualian. Benda dapat menyimpan sejumlah energi ini. Nanti kita akan lihat bagaimana cara menghitung persentasenya.

Ketika potongan-potongan yang bertabrakan saling menempel, tumbukan disebut inelastis sempurna, dan keduanya sering berakhir bergerak bersama.

Tabrakan sangat tidak elastis dalam satu dimensi

Tumbukan pada gambar menunjukkan dua benda bermassa berbeda m ₁ dan m ₂ , bergerak menuju satu sama lain dengan kecepatan v _i1 dan v _i2 masing-masing. Segala sesuatu terjadi secara horizontal, yaitu tabrakan dalam satu dimensi, yang paling mudah dipelajari.

Gambar 2. Tumbukan antara dua partikel dengan massa yang berbeda. Sumber: buatan sendiri.

Benda-benda itu bertabrakan dan kemudian saling menempel bergerak ke kanan. Ini adalah tabrakan yang benar-benar tidak elastis, jadi kita hanya perlu menjaga momentumnya:

Momentum adalah vektor yang satuan SI-nya Ns. Dalam situasi yang dijelaskan, notasi vektor dapat digunakan saat menangani tumbukan dalam satu dimensi:

Momentum sistem adalah jumlah vektor dari momentum setiap partikel.

Kecepatan akhir diberikan oleh:

Koefisien restitusi

Ada besaran yang dapat menunjukkan seberapa elastis suatu tumbukan. Ini adalah koefisien restitusi, yang didefinisikan sebagai hasil bagi negatif antara kecepatan relatif partikel setelah tumbukan dan kecepatan relatif sebelum tumbukan.

Misalkan u _{1 dan} u _{2 adalah} kecepatan masing-masing partikel pada awalnya. Dan misalkan v ₁ dan v _{2 menjadi} kecepatan akhir masing-masing. Secara matematis koefisien restitusi dapat dinyatakan sebagai:

- Jika ε = 0 itu setara dengan menegaskan bahwa v ₂ = v ₁ . Artinya kecepatan akhirnya sama dan tumbukannya tidak elastis, seperti yang dijelaskan di bagian sebelumnya.

- Jika ε = 1 berarti kecepatan relatif sebelum dan sesudah tumbukan tidak berubah, dalam hal ini tumbukan bersifat elastis.

- Dan jika 0 <ε <1 bagian dari energi kinetik tumbukan diubah menjadi beberapa energi yang disebutkan di atas.

Bagaimana cara menentukan koefisien restitusi?

Koefisien restitusi tergantung pada kelas material yang terlibat dalam tumbukan. Tes yang sangat menarik untuk menentukan seberapa elastis suatu bahan membuat bola adalah dengan menjatuhkan bola pada permukaan yang tetap dan mengukur tinggi pantulan.

Gambar 3. Metode untuk menentukan koefisien restitusi. Sumber: buatan sendiri.

Dalam hal ini, pelat tetap selalu memiliki kecepatan 0. Jika diberi indeks 1 dan indeks bola 2 adalah:

Pada awalnya disarankan agar semua energi kinetik dapat diubah menjadi jenis energi lain. Bagaimanapun, energi tidak dihancurkan. Mungkinkah benda bergerak bertabrakan dan bergabung membentuk satu benda yang tiba-tiba berhenti? Ini tidak mudah dibayangkan.

Namun, mari kita bayangkan itu terjadi sebaliknya, seperti dalam film yang dilihat secara terbalik. Jadi benda itu awalnya diam dan kemudian meledak terpecah menjadi beberapa bagian. Situasi ini sangat mungkin: ini adalah ledakan.

Jadi ledakan dapat dianggap sebagai tabrakan yang sangat tidak elastis jika dilihat ke masa lalu. Momentumnya juga dilestarikan, dan dapat dikatakan bahwa:

Contoh yang Berhasil

-Latihan 1

Diketahui dari pengukuran bahwa koefisien restitusi baja adalah 0,90. Bola baja dijatuhkan dari ketinggian 7 m ke atas pelat tetap. Menghitung:

a) Seberapa tinggi pantulannya.

b) Berapa lama waktu yang dibutuhkan antara kontak pertama dengan permukaan dan kontak kedua.

Larutan

a) Persamaan yang telah disimpulkan sebelumnya di bagian menentukan koefisien restitusi digunakan:

Ketinggian h ₂ dibersihkan :

0,90 ² . 7 m = 5,67 m

b) Untuk naik 5,67 meter, diperlukan kecepatan yang diberikan oleh:

t _maks = v _o / g = (10,54 / 9,8 dtk) = 1,08 dtk.

Waktu yang dibutuhkan untuk kembali sama, oleh karena itu total waktu untuk mendaki ke 5.67 meter dan kembali ke titik awal dua kali lipat waktu maksimum:

t _penerbangan = 2.15 s.

-Latihan 2

Gambar tersebut menunjukkan balok kayu bermassa M yang digantung diam dengan tali panjang dalam mode pendulum. Ini disebut pendulum balistik dan digunakan untuk mengukur kecepatan v masuk ke peluru bermassa m. Semakin cepat peluru mengenai blok, semakin tinggi h peluru itu akan naik.

Peluru pada gambar tertanam di blok, oleh karena itu guncangan yang sama sekali tidak elastis.

Gambar 4. Pendulum balistik.

Misalkan peluru 9,72-g menghantam balok bermassa 4,60 kg, maka benda itu naik 16,8 cm dari kesetimbangan. Berapa kecepatan v peluru?

Larutan

Selama tumbukan, momentumnya kekal dan u _f adalah kecepatan keseluruhan, begitu peluru telah tertanam di dalam balok:

Balok awalnya diam, sedangkan peluru diarahkan ke target dengan kecepatan v:

U _f belum diketahui , tetapi setelah tumbukan, energi mekanik menjadi kekal, ini menjadi penjumlahan energi potensial gravitasi U dan energi kinetik K:

Energi mekanik awal = Energi mekanik akhir

Energi potensial gravitasi bergantung pada ketinggian yang dicapai himpunan. Untuk posisi kesetimbangan, tinggi awal diambil sebagai tingkat referensi, oleh karena itu:

Berkat peluru, himpunan memiliki energi kinetik K _o , yang diubah menjadi energi potensial gravitasi ketika himpunan mencapai ketinggian maksimum h. Energi kinetik diberikan oleh:

Awalnya energi kinetik adalah:

Ingatlah bahwa peluru dan balok sudah membentuk satu benda bermassa M + m. Energi potensial gravitasi ketika telah mencapai ketinggian maksimumnya adalah:

Jadi:

-Latihan 3

Objek pada gambar meledak menjadi tiga fragmen: dua dengan massa yang sama dan yang lebih besar bermassa 2m. Gambar tersebut menunjukkan kecepatan setiap fragmen setelah ledakan. Berapa kecepatan awal benda tersebut?

Gambar 5. Batu yang meledak dalam 3 fragmen. Sumber: buatan sendiri.

Larutan

Soal ini membutuhkan penggunaan dua koordinat: x dan y, karena dua fragmen memiliki kecepatan vertikal, sedangkan sisanya memiliki kecepatan horizontal.

Massa total benda adalah jumlah dari massa semua fragmen:

Momentum yang dipertahankan baik di sumbu x maupun di sumbu y, dinyatakan secara terpisah:

1. 4m. u _x = mv ₃
2. 4m. u _y = m. 2v ₁ - 2m. v ₁

Perhatikan bahwa fragmen besar bergerak ke bawah dengan kecepatan v1, untuk menunjukkan fakta ini, tanda negatif telah ditempatkan di atasnya.

Dari persamaan kedua segera mengikuti bahwa u _y = 0, dan dari persamaan pertama kita segera mencari ux:

Referensi

1. Giancoli, D. 2006. Fisika: Prinsip dengan Aplikasi. 6 ^th . Ed Prentice Hall. 175-181
2. Rex, A. 2011. Dasar-dasar Fisika. Pearson. 135-155.
3. Serway, R., Vulle, C. 2011. Dasar-dasar Fisika. 9 ^na Pembelajaran Cengage. 172-182
4. Tipler, P. (2006) Fisika untuk Sains dan Teknologi. Edisi ke-5 Volume 1. Pembalikan Editorial. 217-238
5. Tippens, P. 2011. Fisika: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke-7. MacGraw Hill. 185-195