| Ayunan Newton 1

DESAIN ALAT BERDASARKAN KONSEP FISIKA

(AYUNAN NEWTON)

A. Konsep yang dipilih: Momentum

B. Kelas/Semester: XI/I (Satu)

C. Tujuan :

Memperagakan model dari ayunan Newton.

Memvisualisasikan Hukum Kekekalan Momentum pada ayunan Newton.

D. Deskripsi Konsep:

Momentum adalah hasil kali antara massa benda dengan kecepatan gerak benda

tersebut. Semakin besar massa benda, semakin besar momentumnya. Demikian

pula jika semakin cepat benda bergerak, semakin besar pula momentumnya.

Hukum kekekalan momentum menyatakan bahwa jika gaya luar yang bekerja

pada suatu sistem adalah nol maka momentum linear total sistem tersebut akan

tetap konstan. Dengan kata lain, momentum benda sebelum tumbukan sama

dengan momentum benda setelah tumbukan. Dimana hukum kekekalan

momentum dapat dituliskan dengan

P awal = P akhir

m1 v1 + m2 v2 = m1 v1’ + m2 v2’

dimana:

m1 = massa benda 1

m2 = massa benda 2

v1 = kecepatan benda 1 sebelum tumbukan

v1’ = kecepatan benda 1 setelah tumbukan

v2 = kecepatan benda 2 sebelum tumbukan

v2’ = kecepatan benda 2 setelah tumbukan

m1 m2 m1 m2

v1 v2 v1’ V2’

Sebelum tumbukan Setelah tumbukan

| Ayunan Newton 2

Dalam hukum kekekalan momentum, tumbukan yang terjadi dapat dibagi

menjadi tiga macam yaitu tumbukan lenting sempurna, tumbukan lenting

sebagian, dan tumbukan tidak lenting. Contoh alat yang menggunakan prinsip

hukum kekekalan momentum adalah ayunan Newton.

Cara kerja ayunan Newton, diasumsikan adalah tumbukan elastis, dimana

bola baja mungkin sedikit remuk pada bidang kontak. Saat sebuah bola

menumbuk bola yang lain, setiap energi yang tersimpan akan diubah menjadi

energi kinetik setelah tumbukan. Jika pada awalnya menyentuh bola, kita

berhipotesis bahwa selama beberapa interval waktu singkat kedua antarmuka

memiliki kompresi. Saat bola 1 memberikan gaya ke kanan pada bola 2 dan bola 2

memberikan gaya sama besar dan berlawanan arah pada bola 1. Begitu pula saat

bola 2 menumbuk bola 3. Ini merupakan penerapan hukum ketiga Newton.

Saat terjadinya tumbukan, tumbukan yang terjadi adalah :

Tumbukan Tunggal

Bola disimpangkan dengan sudut simpangan θ kemudian

dilepaskan. Ketika terjadi tumbukan, momentum bola pertama akan

diberikan ke bola kedua, dan seterusnya sampai bola kelima, sehingga

bola terpantul dengan sudut simpangan yang relatif mirip dengan

simpangan dari bola pertama. Selanjutnya juga dilakukan eksperimen

untuk dua, tiga dan empat bola yang disimpangkan.

Tumbukan Berulang

Seperti halnya pada eksperimen tumbukan tunggal dengan satu

bola yang direntangkan dan bola dibiarkan terjadi tumbukan terus

berulang-ulang, yang ditandai dengan bunyi tik … tik … tik …. Bola

akan berosilasi dengan amplitudo yang semakin berkurang. Suara

tumbukan akhirnya akan hilang dan terjadi tumbukan inelastik sempurna

yaitu semua bola bergerak bersamaan. Pada kondisi ini, dianggap sudah

tidak terjadi tumbukan lagi. Proses ini menunjukkan bahwa dalam setiap

gerakan bola terjadi redaman.

Tumbukan Inelastik Sempurna

Ketika semua bola bergerak bersama-sama, maka dapat dianggap

sebagai gerak satu bola yang digantung pada sebuah tali mirip dengan

| Ayunan Newton 3

ayunan matematis. Dari kejadian tumbukan inelastik ini, dapat

digunakan untuk menentukan percepatan gravitasi di suatu tempat.

E. Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam pembuatan ayuna

Newton ini adalah sebagai berikut:

Bahan :

5 buah bola kelereng yang identik (massa dan ukuran sama)

5 buah pengait

Besi batangan berdiameter 0.5 cm secukupnya

Tali kawat secukupnya

Alat :

1 buah tang

1 buah alat las

1 buah penggaris

D. Rancangan Konstruksi :

Adapun langkah-langkah dalam pembuatan ayunan newton adalah

sebagai berikut:

1. Bentuklah besi sehingga menjadi alat penyangga.

2. Las masing-masing bola kelereng dengan kaitannya. Atau bila

menggunakan benang, dapat menggunakan selotip.

Kelereng atau bola

metal

kaitan

| Ayunan Newton 4

3. Mengatur panjang tali atau kawat agar panjangnya sama dengan yang

lain.

4. Memasang tali kawat pada tiang penyangga dengan jarak antar kawat

sama besar.

5. Rangkai kawat dan bola, dan pasangkan pada penyangga seperti pada

gambar di bawah.

6. Ayunan Newton sudah dapat digunakan. Ayunkan bola untuk menguji

alat tersebut.

E. Manual Penggunaan :

Untuk menggunakan alat ini, kita hanya mengayunkan bola kelereng

pada satu sisi dengan sudut simpangan tertentu (dianjurkan tidak lebih dari

30o), kemudian bola kelereng yang ditarik akan menumbuk bola kelereng

yang lain, sehingga bola kelereng di ujung yang lain akan berayun. Dimana

bola yang akan berayun jumlahnya sama dengan bola yang ditarik mula-mula

dengan sudut simpangan hampir sama dengan sudut simpangan bola pertama

seperti gambar di bawah ini.

| Ayunan Newton 5

F. Kesimpulan :

Jadi, konsep yang dibuktikan dengan alat ini adalah konsep momentum

yaitu Hukum kekekalan Momentum. Dimana saat n bola pada ayunan

Newton diayunkan dan mengenai bola yang lain, maka n bola akan berayun

dengan momentum yang sama.