Momentum: Asas serta kaitan dengan hukum Newton6 min read

Momentum secara asas merupakan hasil daripada berat jisim sesuatu objek dan halajunya. Semua objek yang bergerak mempunyai momentum. Ianya akan terus bergerak pada arah yang sama melainkan objek tersebut diberhentikan oleh daya luar yang bertindak ke atasnya.

Oleh hal yang demikian, momentum merupakan suatu konsep paling asas dan paling penting dalam fizik. Pergerakan sesuatu objek seperti kenderaan, bola, orang berlari atau sebagainya juga adalah momentum. Dengan ini, ia juga adalah sebahagian daripada kehidupan harian kita.

When the Training Wheels Come Off: Keeping the Momentum Going Once the  Design Thinking Consultants Have Left

Formula asas momentum

Dari segi persamaan formula, momentum sesuatu objek adalah hasil dari halaju (m/s) darab dengan jisim objek (kg) tersebut;

p = mv
  • p = Momentum, kgm/s
  • m = Jisim objek, kg
  • v = Halaju objek, m/s

Melalui formula di atas, kita dapat simpulkan bahawa momentum juga merupakan sebuah kuantiti vektor kerana ia mempunyai magnitud dan juga arah.

Namun, momentum tidak bergantung sepenuhnya kepada berat jisim objek dan juga halaju kerana momentum juga akan berubah bergantung kepada penukaran arah pergerakan objek itu. Oleh hal yang demikian, terdapat dua jenis momentum yang dapat dikenal pasti;

Momentum Linear

Momentum linear ialah momentum sesuatu objek yang bergerak pada satu arah yang sama. Formula pengiraan momentum linear ini adalah sama seperti di atas iaitu;

Momentum Sudut

Momentum sudut (angular momentum) ialah momentum yang bergerak secara bersudut bukannya secara lurus atau linear. Perbezaan pada momentum sudut dengan momentum linear ialah pada halaju objek itu. Momentum sudut mempunyai halaju yang bersudut (sesuai dengan namanya).

Dengan ini, akan terdapat perubahan kepada persamaan formula seperti di bawah;

Momentum dalam hukum gerakan Newton

Momentum sangat berkait rapat dengan dua hukum gerakan Newton atau ‘Newton’s law of motion’ iaitu pada hukum kedua dan ketiga;

Hukum Newton kedua

Menyatakan bahawa pemecutan sesebuah objek ialah berkadar secara langsung dengan daya bersih (net force) pada arah yang sama. Selain itu, pemecutan sesuatu objek juga berkadaran songsang dengan jisim berat objek itu. Hukum ini juga merupakan asas kepada pembentukan formula momentum p = mv itu dengan menerbitkan (derive) dua persamaan formula yang asas oleh daya atau force, F;

F = ma
F = \frac{dp}{dt}

Ini menunjukkan bahawa;

\frac{dp}{dt} = ma

Kita tahu bahawa pemecutan adalah hasil terbitan daripada halaju (dv/dt). Oleh hal yang demikian, ia akan jadi seperti;

a =\frac{dv}{dt} 

Seterusnya kita masukkan ke dalam persamaan formula yang tadi;

\frac{dp}{dt} = m \frac{dv}{dt}

Memandangkan nilai jisim, m adalah kekal, maka persamaan akan menjadi seperti berikut;

\frac{d}{dt}(p) = (mv)\frac{d}{dt}

Maka kita boleh dapat persamaan yang terakhir iaitu;

p = mv

Hukum Newton ketiga

Menyatakan bahawa apabila daya yang dikenakan oleh objek A kepada objek B, objek B itu akan berikan balik daya yang sama melalui magnitud dengan arah yang berlawanan. Dengan kata lain, setiap tindakan akan ada reaksi yang bertindak pada arah berlawanan. Selain itu, hukum Newton ketiga juga boleh dikaitkan dengan hukum pengabadian momentum;

Hukum pengabadian momentum

Hukum pengabadian momentum atau ‘law of conservation of momentum‘ menyatakan bahawa jika dua objek bertembung antara satu sama lain, momentum kedua-dua objek sebelum pertembungan itu adalah sama dengan momentum kedua-dua objek selepas pertembungan.

Sebagai contoh, kedua-dua buah objek m1 dan m2 bertembung dengan halaju sebelum iaitu u1 dan u2 dan menghasilkan halaju selepas iaitu v1 dan v2. Selain itu, pertembungan oleh kedua-dua objek itu menyebabkan masing-masing memberikan daya dedenyut (impulsive force) terhadap sesama sendiri.

Kita boleh namakannya sebagai F12 (daya dedenyut yang diberikan oleh objek pertama terhadap objek kedua) dan F21 (daya dedenyut yang diberikan oleh objek kedua terhadap objek pertama).

Oleh itu, menurut Hukum Ketiga Newton, kedua-dua daya dedenyut F21 dan F12 adalah sama dan secara berlawanan arah;

F_{21}  =-F_{12}

Jika masa sentuhan kedua-dua objek itu dinamakan sebagai t, daya dedenyut F21 ialah bersamaan dengan perbezaan dalam momentum oleh objek pertama. Oleh itu;

F_{21}t= m_{1}v_{1} - m_{1}u_{1}

Pada masa yang sama, daya dedenyut F12 juga adalah sama dengan perbezaan dalam momentum oleh objek kedua. Oleh itu;

F_{12}t= m_{2}v_{2} - m_{2}u_{2}

Dengan ini;

F_{21}  =-F_{12}

Maka;

F_{21}t  =-F_{12}t

Masa sentuhan, t akan dipotong kerana ianya adalah masa sentuhan yang sama untuk kedua-dua objek itu maka;

 m_{1}v_{1} - m_{1}u_{1} = -(m_{2}v_{2} - m_{2}u_{2})

Oleh hal yang demikian, kita sudah dapat formula persamaan untuk pengabadian momentum;

m_{1}u_{1} +m_{2}u_{2} =  m_{1}v_{1}+m_{2}v_{2} 

Formula persamaan di atas ini menunjukkan bahawa momentum telah diabadikan atau ‘momentum is conserved‘ semasa pelanggaran.

Untuk pemahaman lebih lanjut, boleh cuba untuk menjawab soalan melalui laman di bawah;

Jenis-jenis perlanggaran objek

Momentum juga memainkan peranan dalam bagaimana objek berlanggar. Terdapat dua jenis perlanggaran dalam kehidupan seharian kita;

Perlanggaran Kenyal

Perlanggaran kenyal ialah perlanggaran dimana ketika dua objek bertembung, terdapat peralihan tenaga namun tiada kehilangan tenaga kinetik. Sebagai contoh, dua bebola yang sama bergerak ke arah satu sama lain dengan kelajuan yang sama. Seterusnya, kedua-keduanya bertembung dan melantun tanpa kelajuan berkurangan. Situasi ini adalah situasi ideal kerana tiada tenaga yang berkurang atau hilang.

Namun, perlanggaran kenyal adalah tidak realistik dalam kehidupan seharian kerana memang akan terdapat daya luaran yang bertindak seperti haba, geseran dan lain-lain.

Perlanggaran Tidak Kenyal

Dalam perlanggaran tidak kenyal, sebahagian tenaga kinetik ditukarkan kepada tenaga yang lain seperti bunyi dan haba. Ketika pertembungan, kedua-dua objek tidak melantun balik dengan halaju yang sama sebaliknya mereka akan ‘berlekat’ atau bercantum sesama sendiri. Dengan ini, momentum telah diabadikan seperti yang diterangkan sebelum ini. Walaubagaimanapun, mana-mana perlanggaran dalam kehidupan seharian kita adalah campuran di antara perlanggaran kenyal dan perlanggaran tidak kenyal.

Aplikasi momentum dalam kehidupan seharian

  • Sebuah lori berat yang membawa muatan balak harus memperlahankan diri sebelum berhenti walaupun jarak masih jauh. Hal ini demikian kerana walaupun halaju yang rendah, lori itu masih mempunyai momentum yang besar dan susah nak berhenti secepat mungkin.
  • Kenderaan empat tayar bergerak dengan pantas mempunyai momentum lebih rendah berbanding lori kerana jisim berat yang juga rendah.
  • Sebuah peluru yang bergerak mempunyai momentum yang besar walaupun jisim berat yang rendah kerana ianya bergerak dengan halaju yang sangat pantas sekali.

Rujukan

www.khanacademy.com

www.jagranrosh.com

www.rootofscience.com

1 thought on “Momentum: Asas serta kaitan dengan hukum Newton6 min read

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *