PENEMUAN HUKUM KEKEKALAN MOMENTUM

Dimulai dengan konsepsi awal tentang momentum pada abad ke-14 sampai kepada penetapan hukum kekekalan momentum linier yang berlangsung hampir 400 tahun dan melibatkan banyak sekali penelitian. Kita hanya akan menceritakan langkah akhir dalam penemuan hukum ini.

Berawal dari filosofi Descrates yang dijunjung tinggi oleh para ilmuwan abad ke-17 yang menyatakan bahwa keseluruhan jagad raya dibuat sama oleh sama oleh sebuah mekanisme mesin penggerak jam. Sekali mesin sudah dikontruksi dan dijalankan oleh Tuhan, mesin dipastikan bekerja semalanya tanpa perlu perbaikan atau diputar lagi. Dengan tujuan untuk menjamin mesin dunia tidak akan mati, Descrates menyatakan bahwa harus ada suatu prinsip kekekalan gerakan.

Walaupun setiap orang cenderung setuju dengan prinsip filosofi ini, kita tidak dapat lagi menilai kesahihan ilmiahnya sampai kita memiliki definisi tepat dari ungkapan "besaran gerakan". Descartes memperkenalkan bahwa besaran gerakan ini harus bergantung pada sesuatu selain kelakuan benda; sebuah peluru meriam yang bergerak pada 100 km/jam memiliki "gerakan" yang lebih daripada sebuah bola sepak yang bergerak pada kelajuan yang sama. Ini karena peluru meriam memberikan "gerakan" yang lebih besar terhadap benda yang dihantamnya dibandingkan dengan bola sepak. Descartes mengusulkan untuk mendifinisikan besaran ini sebagai hasil kali = massa x kelajuan. Total besaran gerakan dari semua bagian di dunia atau dalam suatu sistem terisolasi (dimana tidak ada gaya luar yang bekerja pada sistem) haruslah konstan dari waktu ke waktu, walaupun gerakan secara tetap dialihkan dari satu benda ke benda lainnya oleh tumbukan dalam sistem.

Hukum kekekalan gerakan Descartes pada awalnya terlihat dapat menjelaskan peristiwa tumbukan dengan tepat. Tetapi penelitian lebih lanjut memperlihatkan dua kesalahan. Salah satu kesalahan adalah kelajuan v merupakan suatu besaran skalar, sementara percobaan-percobaan menunjukkan bahwa hasil dari sebuah tumbukan juga bergantung pada arah gerak benda-benda yang bertumbukan. Suatu contoh ekstrim adalah tumbukann sentral dari dua gumpalan tanah liat yang saling menempel dan menjadi diam sesudah tumbukan, kasus ini dengan jelas menunjukkan bahwa jumlah momentum tidaklah kekal dalam kasus ini karena jumlah momentum sesudah tumbukan adalah nol .

Para ilmuwan yang setuju dengan pendirian Descartes sangat menuntut penemuan versi yang tepat dari hukum kekekalan gerakan. Pada tahun 1662, beberapa anggota Royal Society of London, khususnya Robert Hooke dan Christopher Wren tertarik dengan persoalan ini dan telah mengerjakan beberapa percobaan pendahuluan. Sedangkan Christian Huygens di Belanda diperkirakan telah menemukan rumus yang tepat tentang hukum kekekalan tumbukan ini tetapi belum menerbitkannya. Pada tahun 1666 The Royal Society mulai mefokuskan pada persoalan ini melalui Hooke yang mendemonstrasikan percobaan tumbukan pada pertemuan mingguan. Wren diminta untuk mempersiapkan perhitungan dari kerja pendahuluannya, ahli matematika John Willis ditanyai untuk memeriksa aspek-aspek teoritis dari persoalan ini dan sekretaris Society, Henry Olderburg diperintahkan menulis surat ke Huygens untuk menanyakan hasil temuannya. Pada awal tahun 1669 usaha kerjasama ini mendapatkan hasil dan Royal Society mempublikasikannya dalam Philosophical Transaction tentang hasil-hasil yang diperoleh secara terpisah oleh Huygens, Willis dan Wren : momentum total sebuah sistem adalah kekal, momentum benda apa saja didefinisikan sebagai besaran vektor yang diperoleh dari hasil massa x kecepatan untuk benda itu.

Kegunaan konsep momentum sebagai besaran vektor yang menggantikan konsep gerakan sebagai besaran skalar (Descartes) sangat jelas ditunjukkan oleh tumbukan sentral antara dua gumpalan tanah liat yang saling menempel dan menjadi diam setelah tumbukan. Misalkan gumpalan memiliki massa yang sama m dan bergerak dengan kelajuan v pada arah yang berlawanan sesaat sebelum tumbukan. Vektor kecepatan masing-masing gumpalan adalah v dan -v, dan momentum total sistem sebelum tumbukan menjadi mv - mv = 0.

Jika sesudah tumbukan kedua gumpalan saling menempel dan menjadi diam, maka momentum total sistem juga nol dan hukum kekekalan momentum dipenuhi. Sebaliknya, hukum kekekalan gerakan yang diusulkan Descartes tidak memenuhi karena total momentum awal 2mv dan setelah tumbukan adalah nol.

Pustaka:
Kanginan, Marten ; 2004; Fisika SMA; Jakarta : Erlangga