Teori tumbukan adalah konsep yang berperan penting dalam memahami interaksi antara partikel-partikel dalam berbagai situasi. Bahasan teori ini mencakup bagaimana partikel-partikel suatu zat atau materi bertabrakan dan bagaimana momentum serta energi dipertahankan dalam proses tumbukan.
Melalui teori tumbukan, kita akan mengetahui bagaimana interaksi partikel ketika mengalami tumbukan lenting sempurna atau bahkan tidak lenting sama sekali. Maka dari itu, simak artikel ini untuk memahami lebih dalam mengenai bunyi teori, jenis, dan rumusnya.
Daftar ISI
Konsep Momentum dan Tumbukan
Tumbukan merupakan interaksi antara dua atau lebih partikel yang saling bertabrakan. Sementara itu, momentum dalam fisika mengacu pada besaran yang menggambarkan jumlah gerakan atau perubahan gerak suatu objek.
Konsep momentum sangat penting dalam memahami fenomena tumbukan antara objek-objek tersebut. Saat objek-objek berinteraksi dan bertumbukan, momentum mereka dapat berubah.
Kemudian, fenomena tersebut dijelaskan melalui prinsip penting hukum kekekalan momentum. Hukum kekekalan momentum menyatakan bahwa total momentum sistem yang terisolasi (tidak ada gaya eksternal yang bekerja) akan tetap konstan sebelum dan setelah tumbukan.
Maka artinya, jika dua objek bertumbukan secara sempurna, maka jumlah momentum keduanya sebelum dan setelah tumbukan harus sama. Meskipun momentum masing-masing objek mungkin berubah akibat tumbukan, total momentum sistem akan tetap sama.
Pencetus Teori Tumbukan
Dua pencetus utama dalam pengembangan teori tumbukan yaitu Max Trautz, seorang kimiawan Jerman, yang berkolaborasi dengan ilmuwan lain, William Lewis. Mereka mengembangkan teori ini untuk molekul dalam reaksi kimia.
Dengan menggunakan konsep momentum, Trautz memahami bagaimana kecepatan molekul mempengaruhi kemungkinan terjadinya tumbukan yang efektif dalam reaksi kimia. Sedangkan Lewis menjelaskan bagaimana tumbukan antar-molekul dapat menyebabkan reaksi kimia terjadi dengan menembus energi aktivasi.
Bunyi Teori Tumbukan
Teori tumbukan menjelaskan interaksi dan tumbukan antara partikel-partikel, seperti atom atau molekul. Spesifiknya, teori ini membantu menjelaskan bagaimana energi kinetik dan momentum saling tertukar selama tumbukan, serta mengapa beberapa tumbukan dapat bersifat elastis (lenting) atau tidak elastis (tidak lenting).
Teori tumbukan menyatakan bahwa partikel-partikel berinteraksi secara langsung saat bertumbukan. Lalu, tumbukan yang terjadi dapat mempengaruhi parameter partikel tersebut, seperti kecepatan, arah, dan energi kinetiknya.
Misalnya, pada tumbukan lenting, partikel-partikel bertumbukan dan kemudian saling menjauh, sehingga energi kinetik dan momentum tetap terjaga. Sedangkan pada tumbukan tidak lenting, ada pertukaran momentum dan energi kinetik antara partikel-partikel, sehingga mereka akan bergerak bersama setelah tumbukan.
Rumus Momentum
Setelah membaca teori tumbukan di atas, kita jadi memahami bahwa momentum sangatlah penting ketika mempelajari materi ini. Jadi, sebelum membahas rumus untuk tumbukan, mari pertama-tama kita pelajari rumus memontum.
Momentum dihitung menggunakan rumus dasar yang dikenal sebagai Momentum Linier:
p = m x v
Keterangan:
- p = momentum (kg m/s)
- m = massa benda (kg)
- v = kecepatan benda (m/s)
Rumus di atas menggambarkan hubungan antara massa dan kecepatan dengan momentum. Jika massa benda meningkat, maka momentumnya juga akan meningkat, asalkan kecepatannya tetap. Sebaliknya, jika massa benda tetap tapi kecepatannya meningkat, maka momentumnya juga akan meningkat.
Sebagai contoh, terdapat dua benda bergerak dengan kecepatan yang sama, tetapi benda A memiliki massa yang lebih besar daripada benda B. Jika Anda mengacu pada definisi dan rumus momentum di atas, maka benda A akan memiliki momentum yang lebih besar.
Selain itu, ingat baik-baik bahwa momentum merupakan besaran vektor. Artinya ia memiliki nilai dan arah.
Jenis-Jenis Teori Tumbukan dan Rumusnya
Terdapat tiga jenis tumbukan yang dapat terjadi antara dua benda yang bertumbukan, yaitu tumbukan lenting sempurna, lenting sebagian, dan tidak lenting sama sekali. Setiap jenisnya memiliki karakteristiknya sendiri dan mematuhi hukum kekekalan momentum serta hukum kekekalan energi sesuai bunyi teori tumbukan.
1. Tumbukan Lenting Sempurna
Bunyi teori tumbukan pada tumbukan lenting sempurna yaitu, “dua benda yang bertumbukan akan mempertahankan momentum totalnya sebelum dan setelah tumbukan”. Selain itu, energi kinetiknya juga dipertahankan.
Dalam tumbukan lenting sempurna, koefisien restitusinya bernilai 1. Artinya, tidak ada kehilangan energi kinetik dalam jenis pertama ini. Rumus umum untuk tumbukan lenting sempurna adalah:
Momentum total awal = Momentum total akhir setelah tumbukan
(m1 x v1) + (m2 x v2) = (m1 x v’1) + (m2 x v’2)
v1 – v2 = v’1 – v’2
Keterangan:
- m1 dan m2 = massa benda pertama dan kedua
- v1 dan v2 = kecepatan awal benda pertama dan kedua
- v′1 dan v′2 = kecepatan akhir benda pertama dan kedua setelah tumbukan.
Lalu, jika ingin mencari kecepatan setelah tumbukan, maka rumusnya adalah:
v′1 = ((m1−m2)/(m1+m2))v1 + (2m2/( m1+m2))v2
v′2 = (2m1/( m1+m2))v1 − ((m1−m2)/(m1+m2))v1
2. Tumbukan Lenting Sebagian
Kemudian, bunyi teori tumbukan pada tumbukan lenting sebagian adalah “hanya sebagian energi kinetik yang dipertahankan setelah tumbukan, dan ada kehilangan energi dalam bentuk panas atau suara.”
Sementara koefisien restitusi pada tumbukan ini memiliki nilai di antara 0 hingga 1. Maka, rumus umum untuk tumbukan lenting sebagian adalah:
Momentum total awal = Momentum total akhir setelah tumbukan
(m1 x v1) + (m2 x v2) = (m1 x v’1) + (m2 x v’2)
v’2 – v’1 = e x (v1 – v2)
Sedangkan rumus untuk mencari koefisien restitusi untuk memenuhi teori tumbuhan jenis kedua adalah:
e = – (∆v’ / ∆v)
e = (v’2 – v’1) / (v2 – v1)
3.Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali
Sedangkan bunyi teori tumbukan pada tumbukan tidak lenting sama sekali yaitu “benda yang bertumbukan akan menempel satu sama lain setelah tumbukan dan bergerak bersama sebagai satu benda.” Tumbukan ini ditandai dengan adanya perubahan bentuk atau deformasi pada salah satu atau kedua benda.
Energinya tidak dipertahankan, dan energi kinetik berubah menjadi energi potensial dalam bentuk deformasi. Selain itu, koefisien restitusi untuk tumbukan tidak lenting sama sekali adalah 0.
Karena dua benda yang mengalami tumbukan tidak lenting sama sekali akan bergerak bersama sebagai 1 benda, maka hanya terdapat satu kecepatan akhir, yaitu v’.
Oleh sebab itu, rumus untuk tumbukan tidak lenting sama sekali adalah:
Momentum total awal = Momentum total akhir setelah tumbukan
(m1 x v1) + (m2 x v2) = (m1 + m2) x v’
Sedangkan untuk mencari v’, rumusnya yaitu:
v’ = (m1v1 + m2v2)/(m1+m2)
Contoh Soal Teori Tumbukan dan Pembahasannya
Simak contoh soal dan pembahasannya di bawah ini untuk memahami lebih lanjut teori tumbukan:
1. Contoh Soal 1: Teori Tumbukan Sempurna
Sebuah bola biliar dengan massa 0,2 kg dan kecepatan 4 m/s bertumbukan secara lenting sempurna dengan bola biliar lain. Diketahui bola biliar yang lain memiliki massa 0,3 kg dan kecepatan 2 m/s dalam arah yang berlawanan. Berapa kecepatan kedua bola setelah tumbukan dengan asumsi kecepatan keduanya sama?
Pembahasan:
Momentum total awal = Momentum total akhir setelah tumbukan
(m1 x v1) + (m2 x v2) = (m1 x v’1) + (m2 x v’2)
Asumsi = v’1 = v’2 = v’
(0,2 kg × 4 m/s) + (0,3 kg × (-2 m/s)) = (0,2 kg × v’) + (0,3 kg × v’)
0,8 kg m/s – 0,6 kg m/s = 0,2 kg v’ – 0,3 kg v’
0,2v’ – 0,3v’ = 0,8 m/s – 0,6 m/s
-0,1v = 0,2 m/s
v’ = -2 m/s
Jadi, kecepatan kedua bola setelah tumbukan adalah 2 m/s saling berlawanan arah.
2. Contoh Soal 2: Teori Tumbukan Lenting Sebagian
Dua mobil bermassa 1.000 kg dan 1.500 kg bertumbukan secara lenting sebagian dengan kecepatan awal masing-masing 10 m/s dan 20 m/s. Setelah tumbukan, kecepatan mobil pertama dan kedua menjadi 2 m/s dan 5 m/s. Tentukan koefisien restitusinya!
Pembahasan:
e = (v’2 – v’1) / (v2 – v1) = (5 m/s – 2 m/s) / (20 m/s – 10 m/s)
e = 3/10 = 0,3
Jadi, koefisien restitusi pada tumbukan tersebut adalah 0,3.
Sudah Paham Ketiga Teori Tumbukan dan Rumusnya?
Demikianlah pembahasan mengenai teori tumbukan beserta jenis-jenis dan rumusnya. Jika Anda ingin memiliki pemahaman lebih dalam mengenai teori terkait laju reaksi kimia ini, Anda bisa memperdalam lagi pemahaman soal konsep momentum, hukum kekekalan, serta jenis-jenis tumbukan.
Selain itu, perbanyak juga latihan berbagai tipe soal supaya terbiasa dengan ketiga jenis tumbukan tadi, yaitu tumbukan lenting sempurna, sebagian, dan tidak lenting sama sekali. Selamat dan semangat belajar!
