Materi Fisika XI : Momentum Sudut Dan Hukum Kekekalan Momentum Sudut

بِسْــــــــــــــــمِ اﷲِالرَّحْمَنِ اارَّحِيم

Momentum Sudut 

Momentum sudut adalah sebuah konsep fisika yang menggambarkan seberapa sulitnya untuk mengubah gerak rotasi suatu benda. Sama seperti momentum linear (yang berkaitan dengan gerak translasi), momentum sudut terkait dengan rotasi objek di sekitar sumbu tertentu.

Momentum sudut didefinisikan sebagai perkalian antara inersia rotasi suatu benda (I)  dengan kecepatan sudutnya (w). Inersia rotasi (disebut juga momen inersia I) adalah ukuran dari distribusi massa benda terhadap sumbu rotasi yang berarti semakin jauh massa dari sumbu rotasi, semakin besar inersia rotasinya. Kecepatan sudut (w) adalah kecepatan perubahan sudut benda terhadap sumbu rotasinya. Memenuhi persamaan : 

L  =   I . w

        

Keterangan:

L adalah momentum sudut,

I adalah inersia rotasi benda terhadap sumbu rotasinya,

ω adalah kecepatan sudut benda terhadap sumbu rotasinya.

Satuan dari momentum sudut dalam sistem International System (SI) adalah kilogram meter kuadrat per sekon (kg.m²/s).

Hukum Kekekalan Momentum Sudut

Hukum kekekalan momentum sudut, juga dikenal sebagai hukum kekekalan momentum angular, merupakan prinsip penting dalam fisika yang menyatakan bahwa momentum sudut suatu sistem tetap konstan jika tidak ada torsi eksternal yang bekerja pada sistem tersebut.

Secara lebih rinci, hukum kekekalan momentum sudut menyatakan bahwa total momentum sudut suatu sistem yang terisolasi tidak akan berubah seiring waktu. Dengan kata lain, jika tidak ada momen (torsi) eksternal yang diterapkan pada sistem rotasi, maka momentum sudut total sistem akan tetap sama.

Apabila suatu sistem mula-mula mempunyai momentum sudut total SL, dan sistem mempunyai momentum sudut total akhir SL’, setelah beberapa waktu, maka berlaku hukum kekekalan momentum sudut. Perhatikan seorang penari balet yang menari sambil berputar dalam dua keadaan yang berbeda. Pada keadaan pertama, penari merentangkan tangan mengalami putaran yang lambat, sedangkan pada keadaan kedua, penari bersedekap tangan roknya berkibar-kibar dengan putaran yang cepat.

                        momentum sudut total awal   =    momentul sudut total akhir

                                           SL                    =    SL’

                                                            I₁w₁ = I₂w₂

Dalam konteks mekanika klasik, hukum kekekalan momentum sudut berlaku dan merupakan konsekuensi dari prinsip konservasi energi dan prinsip aksi-reaksi Newton. Dengan kata lain, ketika tidak ada momen eksternal yang bekerja, energi mekanik sistem juga dipertahankan, dan karena momen adalah besaran yang berkaitan dengan energi kinetik, maka momentum sudut juga tetap konstan.

Hukum kekekalan momentum sudut berlaku untuk berbagai sistem fisika, seperti benda padat yang berputar, sistem planet di tata surya, atom, dan lain sebagainya. Prinsip ini juga memiliki aplikasi dalam bidang teknik, seperti dalam merancang dan memahami gerakan benda berputar, mekanisme penerbangan, dan lain-lain.

Penting untuk diingat bahwa hukum kekekalan momentum sudut hanya berlaku untuk sistem yang terisolasi dari momen eksternal. Jika ada momen eksternal yang bekerja pada sistem, maka momentum sudut total sistem dapat berubah seiring waktu. Namun, dalam banyak kasus di alam nyata, momen eksternal seringkali kecil atau diabaikan, sehingga hukum kekekalan momentum sudut cukup baik untuk menjelaskan banyak fenomena rotasi.

Contoh penerapan momentum sudut dapat dilihat pada berbagai situasi, seperti gerak rotasi planet, roda kendaraan yang berputar, gerak rotasi gaya tolak-tarik dalam olahraga, dan banyak lagi.

Dalam fisika, momentum sudut adalah konsep penting yang membantu kita memahami gerak rotasi benda dan menjelaskan fenomena-fenomena yang terkait dengan rotasi dalam alam semesta.

Contoh Soal 

Penari balet pada saat tangan telentang memiliki momen inersia 8 kgm² dan berputar dengan kecepatan sudut 6 rad/s. Ketika tangan penari balet merapat, momen inersianya menjadi 4 kgm². Tentukan kecepatan sudut penari balet saat tanggannya merapat?

Pembahasan:

Diketahui     : I₁ = 8 kgm² ;  = 6 rad/s ; I₂ = 4 kgm²

Ditanya       :

Jawab         :

                   I₁.  = I₂.

                   8. 6 = 4.

                   48 = 4.

                        = 12 rad/s