Memahami Momentum dalam Fisika

Momentum adalah kuantitas turunan, dihitung dengan mengalikan massa, m (Kuantitas skalar), kecepatan kali, v (jumlah vektor). Ini berarti bahwa momentum memiliki arah dan arah itu selalu sama dengan kecepatan gerak suatu objek. Variabel yang digunakan untuk mewakili momentum adalah hal. Persamaan untuk menghitung momentum ditunjukkan di bawah ini.

hal = mv

Itu Unit SI momentum adalah kilogram kali meter per detik, atau kg*m/s.

Sebagai kuantitas vektor, momentum dapat dipecah menjadi vektor komponen. Saat Anda melihat situasi pada kisi koordinat tiga dimensi dengan petunjuk arah berlabel x, y, dan z. Misalnya, Anda dapat berbicara tentang komponen momentum yang berjalan di masing-masing dari tiga arah ini:

hal_x = mv_x
hal_y = mv_y
hal_z = mv_z

Vektor komponen ini kemudian dapat dilarutkan bersama menggunakan teknik matematika vektor, yang mencakup pemahaman dasar trigonometri. Tanpa masuk ke trigonometri spesifik, persamaan vektor dasar ditunjukkan di bawah ini:

hal = hal_x + hal_y + hal_z = mv_x + mv_y + mv_z

Salah satu sifat penting momentum dan alasan pentingnya dalam melakukan fisika adalah bahwa ia adalah a dilestarikan kuantitas. Momentum total suatu sistem akan selalu tetap sama, tidak peduli apa pun perubahan yang dilalui sistem (selama objek pembawa momentum baru tidak diperkenalkan, yaitu).

Alasan bahwa ini sangat penting adalah karena memungkinkan fisikawan untuk melakukan pengukuran sistem sebelum dan sesudah sistem mengubah dan membuat kesimpulan tentang hal itu tanpa harus benar-benar mengetahui setiap detail spesifik dari tabrakan diri.

Perhatikan contoh klasik dua bola bilyar yang saling bertabrakan. Jenis tabrakan ini disebut tabrakan elastis. Orang mungkin berpikir bahwa untuk mengetahui apa yang akan terjadi setelah tabrakan, seorang fisikawan harus mempelajari dengan cermat peristiwa-peristiwa spesifik yang terjadi selama tabrakan. Sebenarnya ini bukan masalahnya. Sebagai gantinya, Anda dapat menghitung momentum kedua bola sebelum tabrakan (hal_1i dan hal_2i, Dimana saya singkatan dari "inisial"). Jumlahnya adalah momentum total sistem (sebut saja itu hal_T, di mana "T" berarti "total) dan setelah tabrakan - total momentum akan sama dengan ini, dan sebaliknya. Momen kedua bola setelah tabrakan adalah hal_1f dan hal_1f, Dimana f singkatan dari "final." Ini menghasilkan persamaan:

hal_T = hal_1i + hal_2i = hal_1f + hal_1f

Jika Anda mengetahui beberapa vektor momentum ini, Anda dapat menggunakannya untuk menghitung nilai yang hilang dan membangun situasinya. Dalam contoh dasar, jika Anda tahu bahwa bola 1 diam (hal_1i = 0) dan Anda mengukur kecepatan dari bola setelah tabrakan dan menggunakannya untuk menghitung vektor momentum mereka, hal_1f dan hal_2f, Anda dapat menggunakan ketiga nilai ini untuk menentukan momentum dengan tepat hal_2i pasti. Anda juga dapat menggunakan ini untuk menentukan kecepatan bola kedua sebelum tabrakan sejak itu hal / m = v.

Jenis tabrakan lain disebut tabrakan tidak elastis, dan ini ditandai dengan fakta bahwa energi kinetik hilang selama tabrakan (biasanya dalam bentuk panas dan suara). Namun dalam tabrakan ini, momentum adalah dilestarikan, sehingga total momentum setelah tumbukan sama dengan total momentum, sama seperti dalam tumbukan elastis:

hal_T = hal_1i + hal_2i = hal_1f + hal_1f

Ketika tabrakan menghasilkan dua benda "saling menempel", itu disebut a tabrakan inelastis sempurna, karena jumlah maksimum energi kinetik telah hilang. Contoh klasiknya adalah menembakkan peluru ke balok kayu. Peluru berhenti di kayu dan dua benda yang bergerak sekarang menjadi satu benda. Persamaan yang dihasilkan adalah:

m₁v_1i + m₂v_2i = (m₁ + m₂)v_f

Seperti halnya tabrakan sebelumnya, persamaan yang dimodifikasi ini memungkinkan Anda untuk menggunakan beberapa jumlah ini untuk menghitung yang lain. Karena itu, Anda dapat menembak balok kayu, mengukur kecepatan pergerakannya saat ditembak, dan lalu hitung momentum (dan karena itu kecepatan) di mana peluru itu bergerak sebelum tabrakan.

Hukum Gerakan Kedua Newton memberitahu kita bahwa jumlah semua kekuatan (kita akan menyebutnya F_jumlah, meskipun notasi yang biasa melibatkan huruf Yunani sigma) yang bekerja pada objek sama dengan masa massa percepatan dari objek. Akselerasi adalah laju perubahan kecepatan. Ini adalah turunan dari kecepatan sehubungan dengan waktu, atau dv/dt, dalam istilah kalkulus. Menggunakan beberapa kalkulus dasar, kita mendapatkan:

F_jumlah = ma = m * dv/dt = d(mv)/dt = dp/dt

Dengan kata lain, jumlah gaya yang bekerja pada suatu objek adalah turunan dari momentum sehubungan dengan waktu. Bersama dengan undang-undang konservasi yang dijelaskan sebelumnya, ini menyediakan alat yang kuat untuk menghitung kekuatan yang bekerja pada suatu sistem.

Bahkan, Anda dapat menggunakan persamaan di atas untuk mendapatkan hukum konservasi yang dibahas sebelumnya. Dalam sistem tertutup, total gaya yang bekerja pada sistem akan menjadi nol (F_jumlah = 0), dan itu artinya dP_jumlah/dt = 0. Dengan kata lain, total semua momentum dalam sistem tidak akan berubah seiring waktu, yang berarti momentum total P_jumlahharus tetap konstan. Itulah kekekalan momentum!