Momentum Sudut
Download
Report
Transcript Momentum Sudut
BAB. 6
(Impuls dan Momentum)
4/12/2015
1
A. Pengertian (Konsep).
Momentum sudut (L), besaran vektor.
Partikel massa m berada pada posisi r (dalam
sistem koordinat tertentu), memiliki momentum p.
Momentum sudut partikel
(L) diacukan terhadap 0 didefinisikan sebagai:
m
r
p
0
L = r x p
= m (r x v)
L r
dan
L p
Satuan L adalah kg m2 s-1, dimensi [M L2 T-1].
4/12/2015
2
B. Momentum Sudut (Sistem Koordinat Kartesian)
r xi y j z k
p p x i py j p z k
L r p
Lx ( y pz z p y )
Ly ( z px x pz ) L Lx i Ly j Lz k
Lz ( x p y y px )
4/12/2015
3
Jika gerak benda dalam bidang (x , y) z = 0
(berarti pz = 0).
Akhirnya nilai, Lx = Ly = 0.
Tetapi komponen Lz 0, [artinya ada L tegak lurus
bidang (x ; y)].
4/12/2015
4
C. Momen Gaya (Perubahan L terhadap t).
Besaran L mengalami perubahan setiap saat
sehingga diperoleh persm,
dL
d
dr
dp
r p
p r
dt
dt
dt
dt
dr
p 0, vektor searah (nilai sinus sudut apit 0)
dt
dL
dp
Akhirnya ,
r
r F ,(gaya luar)
dt
dt
Pernyataan r x F disebut momen gaya ().
= r x Fext.
4/12/2015
5
ΔL terhadap waktu (momen gaya) diberikan oleh:
dL
dp
r
dt
dt
Analog dengan
dL
r FEXT
dt
FEXT
dp
!!
dt
Akhirnya kita peroleh: EXT
4/12/2015
dL
dt
6
Bab 6-6
F Fx i Fy j Fz k
r xi y j z k
τ rF
x y Fz z Fy
τ x i y j z k y z Fx x Fz
z x Fy y Fx
4/12/2015
7
Contoh.
Benda m = 6 kg berposisi (vektor), r = (3 t2 – 6
t) i – 4 t3 j + (3 t + 2) k, satuan posisi r dinyatakan dalam meter dan t dalam detik.
Hitunglah: a. F yang bekerja pada partikel tersebut !
b. p dan L.
c. momen putar terhadap titik 0
d. periksalah momen gaya lewat
persm r x F dengan dL/dt.
Penyelesaian.
Jika posisi, r = (3 t2 – 6 t) i – 4 t3 j + (3 t + 2) k.
Kecepatan, v = (6 t – 6) i – 12 t2 j + 3 k.
4/12/2015
8
Kecepatan, a = 6 i – 24 t j.
a.F yang bekerja pada benda, F = m a maka,
F = 6 kg (6 i – 24 t j)
F = 36 i - 144 t j
b. p yang bekerja pada benda, p = m v maka,
p = 6 kg (6 t – 6) i – 12 t2 j + 3 k)
p = (36 t – 36) i – 72 t2 j + 18 k
b. p sudut dari benda, L = r x p jika,
L = Lx i + Ly j + Lz k maka
Lx = y pz - z py = (- 4 t3)(18) - (3 t + 2)(- 72 t2)
= 144 (t3 + t2)
Ly = z px - x pz = (3 t + 2)(36 t - 36) - (3 t2 – 6 t) 18
= 54 t2 + 72 t - 72
4/12/2015
9
Lz = x py - y px
= (3 t2 – 6 t)(-72 t2) - (- 4 t3)(36 t - 36)
= - 72 t4 + 288 t3
L = 144 (t3 + t2) i + (54 t2 + 72 t - 72) j - (72 t4
- 288 t3) k
c. Momen gaya, r × F =
= [(3 t2 - 6 t) i - 4 t3 j + (3 t + 2) k]
× (36 i - 144 t j)
= [(- 4 t3)(0) - (3 t + 2)(-144 t)] i
+ [(3 t + 2)(36) - (3 t2 – 6 t)(0)] j
+ [(3 t2 – 6 t)(-144 t) - (- 4 t3)(36)] k
4/12/2015
10
= 144 (3 t2 + 2 t) i
+ 36 (3 t + 2) j
- 288 (t3 – 3 t2) k
d. Momen putar (dL/dt) = 144 (3 t2 + 2 t) i
+ 36 (3 t + 2) j
- 288 (t3 – 3 t2) k
Bandingkan hasil antara r × F dengan (dL/dt),
ternyata sama.
4/12/2015
11
Contoh.
Carilah momen F dan L terhadap 0 dari peluru
(massa m) yang ditembakan mendatar dengan kecepatan awal vo dari puncak bangunan !
Penyelesaian.
vo
0
A
y
P
x
FN
mg
gt
4/12/2015
FT
vo
v
Misal setelah t detik benda
berada di titik P. Selanjutnya x = 0A = vo t dan
y = AP = - ½ g t2. Komponen v P, vx = vo dan vy =
- g t. p dinyatakan sebagai p = m v.
12
Lz = x py - y px = m (x vy - y vx)
= m [(vo t)(- g t) - (- ½ g t2)(vo)
= - ½ m g vo t2
Komponen F pada P, Fx = 0 dan Fy = - m g sehingga momen F.
Dihasilkan z = x Fy - y Fx
= [(vo t)(- m g) - (- ½ g t2)(0)
= - m g vo t.
Pernyataan momen dapat pula diperiksa,
d
d 1
2
Lz z m g vo t m g vo t
dt
dt 2
4/12/2015
13
Contoh.
Bola bermassa m dilempar dengan sudut elevasi
dan dengan kecepatan awal v. Hitung L bola pada
titik tertinggi terhadap titik awal !
Penyelesaian.
H
v
r
0
h
vx
Pada titik tertinggi H
vx = v cos i
v 2 sin 2
h
2g
pH = m v cos i
R
r = ½ R i + h j, L = r x p
4/12/2015
14
L = (½ R i + h j) x m v cos i
= - h m v cos k
m v sin cos
L
k
2g
3
4/12/2015
2
15
2. L ,(Koordinat Kutub)
Besaran fisika umumnya berubah, dalam besar
(nilai) dan arah.
Dalam gerak melingkar r dan v saling tegak lurus (L searah ω) sehingga L = m r v = m r2 .
Besaran v dinyatakan dalam koordinat kutub,
bentuknya menjadi,
dr
d
ˆ
v rˆ r
dt
dt
4/12/2015
d
dr
ˆ
L r m v r m rˆ r
dt
dt
16
dr
r rˆ , adalah vek tor searah hasilnya nol.
dt
d
d
dr
ˆ
ˆ
Hasil dari, L r m rˆ r
.
r m r
dt
Dengan demikian,
dt
dt
dL
dt
dL d
d
ˆ
r m r
dt dt
dt
dr
d
dr ˆ d
ˆ
m r
rm
dt
dt
dt dt
2
dˆ d
d
ˆ
rmr
r m r 2
dt dt
dt
4/12/2015
17
dL
d
dˆ
hasilnyamenjadi
, sehingga
rˆ
Besaran
dt
dt
dt
2
dL
d dr ˆ
dr d
d
mr
m r 2 r ˆ
m
dt
dt dt
dt
dt dt
4/12/2015
18
Hukum Kekekalan Momentum
Linear, jika Σ F = 0, maka p konstan.
Rotasi, jika Σ = 0, maka L konstan.
4/12/2015
19
Bab 6-19
Contoh.
4/12/2015
20
4/12/2015
21
4/12/2015
22
4/12/2015
23
Momentum Sudut: Defenisi & Penurunan
Untuk gerak linear sistem partikel berlaku p = mv
FEXT
dp
dt
Momentum kekal jika FEXT 0
Bagaimana dengan gerak rotasi ?
Untuk rotasi, analog gaya F adalah torsi
r F
analog momentum p adalah
momentum sudut ,
L r p
4/12/2015
24
Hukum kekekalan momentum sudut
EXT
dL
EXT r FEXT
dimana
L
=
r
x
p
dan
dt
Jika torsi resultan = nol, maka
EXT
Hukum kekekalan momentum sudut
4/12/2015
dL
0
dt
I11 I22
25
4/12/2015
26