Tumbukan dalam fisika adalah peristiwa saat dua benda bergerak saling bertabrakan secara langsung atau tidak langsung. Konsep tumbukan penting dalam memahami berbagai fenomena fisika, seperti gerak benda, energi kinetik, dan momentum.
Dalam konsep tumbukan, terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan, yaitu:
Momentum: Momentum adalah jumlah massa dan kecepatan suatu benda. Saat dua benda bertumbukan, momentum masing-masing benda akan berubah. Namun, total momentum sistem akan tetap sama sebelum dan sesudah tumbukan (hukum kekekalan momentum).
Energi kinetik: Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda karena geraknya. Saat dua benda bertumbukan, energi kinetik masing-masing benda akan berubah. Namun, total energi kinetik sistem tidak selalu konstan.
Jenis tumbukan: Ada tiga jenis tumbukan, yaitu tumbukan lenting sempurna, tumbukan tidak lenting, dan tumbukan lenting sebagian. Tumbukan lenting sempurna atau tumbukan elastis sempurna adalah jenis tumbukan di mana seluruh energi kinetik sistem sama sebelum dan sesudah tumbukan. Artinya, energi kinetik yang dimiliki benda sebelum tumbukan akan dipindahkan sepenuhnya ke benda lain pada saat tumbukan, dan setelah itu energi kinetik tersebut akan dipindahkan kembali ke benda awal secara sempurna sehingga benda kembali bergerak dengan kecepatan yang sama seperti sebelum tumbukan.
Pada tumbukan lenting sempurna, koefisien restitusi (e) memiliki nilai sebesar 1, yang artinya tidak ada kehilangan energi kinetik selama tumbukan. Contoh tumbukan lenting sempurna adalah tumbukan antara bola-bola yang terbuat dari bahan yang sangat elastis seperti bola pingpong atau bola golf. Pada tumbukan ini, bola-bola akan kembali memantul dengan kecepatan yang sama seperti sebelum tumbukan, dan energi kinetik bola-bola tetap terjaga.
Dalam persamaan matematika, hukum kekekalan momentum dan energi dapat digunakan untuk menghitung hasil tumbukan lenting sempurna. Persamaan tersebut adalah:
Momentum sebelum tumbukan = Momentum sesudah tumbukanEnergi kinetik sebelum tumbukan = Energi kinetik sesudah tumbukanDengan menggunakan kedua persamaan tersebut, kita dapat menghitung kecepatan benda setelah tumbukan lenting sempurna, dengan asumsi massa benda tetap selama tumbukan.
Tumbukan lenting sebagian atau tumbukan elastis sebagian adalah jenis tumbukan di mana sebagian energi kinetik sistem hilang saat terjadinya tumbukan. Artinya, setelah tumbukan, energi kinetik total sistem akan lebih rendah dari sebelum tumbukan. Pada tumbukan lenting sebagian, koefisien restitusi (e) memiliki nilai antara 0 dan 1. Contoh tumbukan lenting sebagian adalah tumbukan antara bola-bola yang terbuat dari bahan yang kurang elastis seperti bola tenis atau bola basket. Pada tumbukan ini, sebagian energi kinetik bola-bola akan hilang dalam bentuk panas atau suara, sehingga bola-bola tidak akan memantul dengan kecepatan yang sama seperti sebelum tumbukan.
Untuk menghitung hasil tumbukan lenting sebagian, kita dapat menggunakan persamaan hukum kekekalan momentum dan energi. Namun, karena sebagian energi kinetik hilang selama tumbukan, kita perlu menghitung kecepatan benda setelah tumbukan dengan menggunakan koefisien restitusi. Persamaan untuk menghitung kecepatan benda setelah tumbukan adalah:
v1 - v2 = -e(v1' - v2')
di mana:v1 = kecepatan benda pertama sebelum tumbukanv2 = kecepatan benda kedua sebelum tumbukanv1' = kecepatan benda pertama setelah tumbukanv2' = kecepatan benda kedua setelah tumbukane = koefisien restitusiSetelah menghitung kecepatan benda setelah tumbukan, kita dapat menghitung energi kinetik total sistem sebelum dan sesudah tumbukan dengan menggunakan rumus:
Energi kinetik = 1/2mv^2
Dengan menggunakan kedua persamaan tersebut, kita dapat menentukan hasil tumbukan lenting sebagian antara dua benda. Tumbukan tidak lenting atau tumbukan inelastis adalah jenis tumbukan di mana sebagian besar energi kinetik sistem hilang saat terjadinya tumbukan. Artinya, setelah tumbukan, energi kinetik total sistem akan lebih rendah dari sebelum tumbukan, dan sebagian besar energi kinetik awal diubah menjadi energi potensial atau panas. Pada tumbukan tidak lenting, koefisien restitusi (e) memiliki nilai antara 0.
Contoh tumbukan tidak lenting adalah tumbukan antara bola karet yang melekat pada dinding. Pada tumbukan ini, bola karet akan menempel pada dinding setelah tumbukan, sehingga sebagian besar energi kinetik awal bola karet hilang dalam bentuk energi potensial yang disimpan pada bola karet dan dinding.
Untuk menghitung hasil tumbukan tidak lenting, kita perlu menghitung kecepatan benda setelah tumbukan dengan menggunakan hukum kekekalan momentum. Karena sebagian besar energi kinetik hilang selama tumbukan, kita tidak dapat menghitung kecepatan benda setelah tumbukan dengan menggunakan koefisien restitusi. Persamaan untuk menghitung kecepatan benda setelah tumbukan adalah:
(m1v1 + m2v2) / (m1 + m2) = v'
di mana:m1 = massa benda pertamav1 = kecepatan benda pertama sebelum tumbukanm2 = massa benda keduav2 = kecepatan benda kedua sebelum tumbukanv' = kecepatan benda setelah tumbukanSetelah menghitung kecepatan benda setelah tumbukan, kita dapat menghitung energi kinetik total sistem sebelum dan sesudah tumbukan dengan menggunakan rumus:
Energi kinetik = 1/2mv^2
Dengan menggunakan kedua persamaan tersebut, kita dapat menentukan hasil tumbukan tidak lenting antara dua benda.
Koefisien restitusi: Koefisien restitusi adalah besaran yang mengukur seberapa besar energi kinetik yang dipertahankan setelah tumbukan. Nilai koefisien restitusi berkisar antara 0 dan 1. Tumbukan lenting sempurna memiliki nilai koefisien restitusi 1, sementara tumbukan tidak lenting memiliki nilai koefisien restitusi 0.
Dengan memahami konsep tumbukan, kita dapat menghitung berbagai parameter yang terlibat dalam tumbukan, seperti kecepatan akhir benda, momentum akhir benda, atau koefisien restitusi. Hal ini sangat berguna dalam memecahkan masalah fisika yang melibatkan tumbukan.
Persamaan (Rumus cepat) untuk ketiga tumbukan tersebut adalah:
VA, VB = kecepatan benda sebelum tumbukan
