teori tumbukan

Teori Tumbukan pada Laju Reaksi

Reaksi yang hanya melibatkan satu partikel mekanismenya sederhana dan kita tidak perlu memikirkan tentang orientasi dari tumbukan. Reaksi yang melibatkan tumbukan antara dua atau lebih partikel akan membuat mekanisme reaksi menjadi lebih rumit.

Reaksi yang melibatkan tumbukan antara dua partikel
Sudah merupakan suatu yang tak pelak lagi jika keadaan yang melibatkan dua partikel dapat bereaksi jika mereka melakukan kontak satu dengan yang lain. Mereka pertama harus bertumbukan, dan lalu memungkinkan terjadinya reaksi.

Kenapa “memungkinkan terjadinya reaksi”? Kedua partikel tersebut harus bertumbukan dengan mekanisme yang tepat, dan mereka harus bertumbukan dengan energi yang cukup untuk memutuskan ikatan-ikatan.

Orientasi dari tumbukan

Pertimbangkan suatu reaksi sederhana yang melibatkan tumbukan antara dua molekul etena CH₂=CH₂ dan hidrogen klor, HCl sebagai contoh. Keduanya bereaksi untuk menghasilkan kloroetan.

Sebagai hasil dari tumbukan antara dua molekul, ikatan rangkap diantara dua karbon berubah menjadi ikatan tunggal. Satu hidrogen atom berikatan dengan satu karbon dan atom klor berikatan dengan satu karbon lainnya.

Reaksi hanya dapat terjadi bila hidrogen yang merupakan ujung dari ikatan H-Cl mendekati ikatan rangkap karbon-karbon.Tumbukan selain daripada itu tidak bekerja dikarenakan kedua molekul tersebut akan saling bertolak.

Tumbukan-tumbukan(collisions) yang ditunjukkan di diagram, hanya tumbukan 1 yang memungkinkan terjadinya reaksi.

Jika Anda belum membaca halaman tentang mekanisme reaksi, mungkin Anda bertanya-tanya mengapa tumbukan 2 tidak bekerja dengan baik. Ikatan rangka dikelilingi oleh konsentrasi negatifitas yang tinggi sebagai akibat elektron-elektron yang berada di ikatan tersebut. Pendekatan atom klor yang memiliki negatifitas lebih tinggi ke ikatan rangkap menyebabkan tolakan karena kedua-duanya memiliki negatifitas yang tinggi.

Di dalam tumbukan yang melibatkan partikel-partikel yang tidak simetris, Anda dapat menduga mekanisme melalui bagaimana cara mereka bertumbukan untuk menentukan dapat atau tidaknya suatu reaksi terjadi.

Energi tumbukan

Aktivasi Energi

Walaupun partikel-partikel itu berorientasi dengan baik, Anda tidak akan mendapatkan reaksi jika partikel-partikel tersebut tidak dapat bertumbukan melampui energi minimum yang disebut dengan aktivasi energi reaksi.

Aktivasi energi adalah energi minimum yang diperlukan untuk melangsungkan terjadinya suatu reaksi. Contoh yang sederhana adalah reaksi exotermal yang digambarkan seperti di bawah ini:

Jika partikel-partikel bertumbukan dengan energi yang lebih rendah dari energi aktivasi, tidak akan terjadi reaksi. Mereka akan kembali ke keadaan semula. Anda dapat membayangkan energi aktivasi sebagai tembok dari reaksi. Hanya tumbukan yang memiliki energi sama atau lebih besar dari aktivasi energi yang dapat menghasilkan terjadinya reaksi.

Di dalam reaksi kimia, ikatan-ikatan diceraikan (membutuhkan energi) dan membentuk ikatan-ikatan baru (melepaskan energi). Umumnya, ikatan-ikatan harus diceraikan sebelum yang baru terbentuk. Energi aktivasi dilibatkan dalam menceraikan beberapa dari ikatan-ikatan tersebut.

Ketika tumbukan-tumbukan tersebut relatif lemah, dan tidak cukup energi untuk memulai proses penceraian ikatan. mengakibatkan partikel-partikel tersebut tidak bereaksi.

Distribusi Maxwell-Boltzmann

Karena energi aktivasi memegang peranan penting dalam menentukan suatu tumbukan menghasilkan reaksi, hal ini sangat berguna untuk menentukan bagaimana macam bagian partikel berada untuk mendapatkan energi yang cukup ketika mereka bertumbukan.

Di dalam berbagai sistem, keberadaan partikel-partikel akan memiliki berbagai variasi besar energi. Untuk gas, dapat diperlihatkan melalui diagram yang disebut dengan Distrubis Maxwell-Boltzmann dimana setiap kumpulan beberapa partikel memiliki energinya masing-masing.

Luas dibawah kurva merupakan ukuran banyaknya partikel berada.

Distribusi Maxwell-Boltzmann dan energi aktivasi

Ingat bahwa ketika reaksi berlangsung, partikel-partikel harus bertumbukan guna memperoleh energi yang sama atau lebih besar daripada aktivasi energi untuk melangsungkan reaksi. Kita dapat mengetahui dimana energi aktivatisi berlangsung dari distribusi Mazwell-Boltzmann.

Perhatikan bahwa sebagian besar dari partikel-partikel tidak memiliki energi yang cukup untuk bereaksi ketika mereka bertumbukan. Untuk membuat mereka bereaksi kita dapat mengubah bentuk dari kurva atau memindahkan aktivasi energi lebih ke kanan.Hal ini akan dijelaskan lebih lanjut di halaman-halaman berikutnya.

momentum

Momentum dalam mekanika klasik

Dalam mekanika klasik, momentum (dilambangkan dengan p) didefinisikan sebagai hasil perkalian dari massa dan kecepatan, sehingga menghasilkan vektor.

Rumus yang biasa digunakan untuk menghitung nilai momentum benda yaitu:

Dimana P adalah momentum, m adalah massa benda, dan v adalah kecepatan.

Momentum adalah besaran vektor. Momentum sebuah partikel dapat dipandang sebagai ukuran kesulitan untuk mendiamkan benda. Sebagai contoh, sebuah truk berat mempunyai momentum yang lebih besar dibandingkan mobil yang ringan yang bergerak dengan kelajuan yang sama. Gaya yang lebih besar dibutuhkan untuk menghentikan truk tersebut dibandingkan dengan mobil yang ringan dalam waktu tertentu. (Besaran mv kadang-kadang dinyatakan sebagai momentum linier partikel untuk membedakannya dari momentum angular).

energi mekanik

ENERGI MEKANIK

Energi mekanik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena sifat geraknya. Energi mekanik terdiri dari energi potensial dan energi kinetik.

Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisinya (kedudukan) terhadap suatu acuan. Sebagai contoh sebuah batu yang kita angkat pada ketinggian tertentu memiliki energi potensial, jika batu kita lepas maka batu akan melakukan kerja yaitu bergerak ke bawah atau jatuh. Jika jatuhnya batu mengenai tanah lembek maka akan terjadi lubang, batu yang kita angkat lebih tinggi maka energi potensial yang dimiliki batu lebih besar pula sebagai akibat lubang yang terjadi lebih dalam. Jika massa batu lebih besar energi yang dimiliki juga lebih besar, batu yang memiliki energi potensial ini karena gaya gravitasi bumi, energi ini disebut energi potensial bumi.

Energi potensial bumi tergantung pada massa benda, gravitasi bumi dan ketinggian benda. Sehingga dapat dirumuskan: Selain energi potensial gravitasi terdapat juga energi potensial elastis. Energi ini dimiliki benda yang memiliki sifat elastis, misalnya karet, busur panah dan pegas.

Contoh Soal:

Buah durian tergantung pada tangkai pohonnya setinggi 8 meter, jika massa durian 2 kg dan percepatan gravitasi 10 N/kg, berapa energi potensial yang dimiliki durian tersebut ?

Penyelesaian :

Diketahui :
h = 8 meter
m = 2 kg
g = 10 N/kg
Ditanyakan : Ep = ……… ?

Jawab :
E_p = m.g.h
E_p = 2 kg. 10 N/kg. 8 m
E_p = 160 Nm
E_p = 160 J

Jadi energi potensial yang dimiliki oleh buah durian adalah 160 joule.

Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya. Makin besar kecepatan benda bergerak makin besar energi kinetiknya dan semakin besar massa benda yang bergerak makin besar pula energi kinetik yang dimilikinya. Secara matematis dapat dirumuskan:

Contoh Soal:

Sebuah mobil yang massanya 1000 kg bergerak dengan kecepatan 15 m/s. Berapa energi kinetik yang dimiliki mobil tersebut ?

Penyelesaian :

Diketahui :
m = 1000 kg
v = 15 m/s
Ditanyakan : Ek = ……… ?

Jawab :
E_k = ½ m.v²
E_k = ½ 1000 kg.(15 m/s)²
E_k = ½ 1000 kg.225 m²/s²
E_k = 112500 kg m²/s²

Jadi energi kinetik yang dimiliki oleh mobil tersebut adalah 112500 joule.

persamaan percepatan gerak harmonis sederhana

Persamaan percepatan didapat dari turunan pertama persamaan kecepatan dari suatu gerak harmonik.

a_y=dy/dt

=-(4π²)/T² A sin⁡ (2π/T) t,tanpa posisi awal

=- (4π²)/T² A sin⁡ ( 2π/T) t+ θ₀₎,dengan posisi awal θ₀

'Persamaan tersebut dapat pula disederhanakan menjad'i

a_y= (-2π/T)y= - ω y

'

Tanda minus ( - ) menyatakan arah dari percepatan berlawanan dengan arah simpangan, Kedua persamaan diatas (persamaan kecepatan dan percepatan) tidak kita turunkan disini ,
Energy pada gerak harmonic sederhana terdiri atas energy potensial dan energy kinetik. Dengan demikian energi total dari gerak harmonik sederhana merupakan jumlah dari energi potensial dan energy kinetiknya.

Ep = 1/2 k y² dengan k= (4π² m)/T² dan y=A sin⁡θ

Ek = 1/2 mv_y² dengan v_y= 2π/T A cos⁡θ

E_T =Ep+Ek

E_T = 1/2 k A²

'Keterangan:
A = amplitude (m)
T = Periode (s)
K = konstanta pegas (N/m)
Contoh soal:
Sebuah partikel melakukan gerak harmonic sederhana dengan frekuensi 5 Hz. Jika simpangan yang dapat ditempuh partikel itu pada saat t = 2 sekon adalah 20 cm, tentukanlah percepatan getar partikel pada saat itu!
Penyelesaian
'Diketahui:
f = 5 Hz
t = 2 sekon
y = 20 cm
a = - ω².y=(2πf)².y= - (2.π.5)².20
= -2000 πcm/s² = - 20 π m/s²

simpangan getar

1. Pengertian Getaran
Getaran adalah gerak bolak-balik atau gerak periodik disekitar titik tertentu secara periodik.

Gerak Periodik adalah suatu getaran atau gerakan yang dilakukan benda secara bolak-balik melalui jalan tertentu yang kembali lagi ke tiap kedudukan dan kecepatan setelah selang waktu tertentu.

Simpangan adalah jarak antara kedudukan benda yang bergetar pada suatu saat sampai kembali pada kedudukan seimbangnya.

Amplitudo adalah simpangan maksimum yang dilakukan pada peristiwa getaran.

Perioda adalah waktu yang diperlukan untuk melakukan satu kali getaran penuh.

Frekuensi adalah banyaknya getaran penuh yang dapat dilakukan dalam waktu satu detik.

2. Ayunan Sederhana
Ayunan sederhana atau disebut bandul melakukan gerakan bolak balik sepanjang busur AB.
Waktu yang diperlukan oleh benda untuk bergerak dari titik A ke titik A lagi disebut Satu Perioda.
Sedangkan banyaknya getaran atau gerak bolak-balik yang dapat dilakukan dalam waktu satu detik disebut Frekuensi.
Frekuensi yang dihasilkan bandul disebut Frekuensi Alamiah.
Frekuensi Alamiah adalah frekuensi yang ditimbulkan dari ayunan tanpa adanya pengaruh luar.

Gb. Gaya pd Ayunan Sederhana

Untuk Mengetahui besarnya gaya yang mempengaruhi gerak ayunan dapat digunakan persamaan berikut ini :



Dimana :

F : Gaya (N)
m : Massa benda (Kg)
g : Percepatan gravitasi (ms^-2)
θ : Sudut simpangan (…^o)
l : Panjang tali (m)
x : Simpangan getar (m)

Simpangan getar (A) dapat diketahui besarnya melalui persamaan sebagai berikut :

Dimana :

A : Simpangan getar (Amplitudo) (m)
θ : Sudut deviasi (…^o)
l : Panjang tali (m)

Sedangkan perioda getaran pada ayunan sederhana dapat diketahui melalui persamaan sebagai berikut :

Dimana :

T : Perioda getaran (S)
phi : 3,14 ( 22/7)
l : Panjang tali (m)
g : Percepatan gravitasi (ms^-2)

Frekuensi getaran dapat dicari dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

Dimana :
f : Frekuensi getaran (Hz)
phi : 3,14 (22/7)
g : Percepatan gravitasi (ms^-2)
l : Panjang tali (m)
T : Periode getaran (s)

SOAL

Sebuah bandul memiliki massa 100 gr dengan panjang tali 40 cm. Apabila percepatan gravitasi bumi 10 ms-2 dan bandul tersebut diberi sudut simpangan sebesar 10o. Tentukanlah amplitudo getaran dan gaya pada saat simpangan maksimum serta perioda getarannya!

3. Pegas

Getaran pada pegas memiliki frekuensi alamiah sendiri. Waktu yang diperlukan oleh benda untuk bergerak dari titik A kembali lagi ke titik A lagi disebut satu perioda dimana besarnya tergantung pada massa beban dan konstanta gaya pegas.

Besarnya gaya yang menyebabkan getaran dapat di ketahui melalui persamaan sebagai berikut :

Dimana :

F : Gaya (N)

k : Konstanta gaya pegas (N/m)

x : Simpangan (m)

Konstanta gaya pegas dapat diketahui melalui persamaan sebagai berikut :

Dimana :
k : Konstanta pegas (N/m)
m : Massa benda (Kg)
ω : Kecepatan sudut dari gerak pegas

Sedangkan untuk mengetahui besarnya frekuensi getarannya melalui persamaan sebagai berikut :
Dimana :
f : Frekuensi getaran (Hz)
phi: 3,14 (22/7)
k : Konstanta gaya pegas
m : Massa beban

Dan besarnya perioda getar dapat diketahui melalui persamaan sebagai berikut :

Dimana :

T : Perioda getar
phi : 3,14 (22/7)
m : Massa beban
k : Konstanta gaya pegas

SOAL

Sebuah pegas dengan tetapan gaya pegas sebesar 50 N/m dengan massa beban sebesar 50 gr. Dari keadaan setimbangannya pegas ditarik dengan gaya 2N. Tentukanlah simpangan maksimu, periode getarannya dan frekuensi getarannya


4. Hukum Kekekalan Energi Mekanik Pada Getaran

Besarnya energi mekanik dari suatu benda yang bergerak secara periodik adalah tetap.

Energi mekanik adalah jumlah dari energi kinetik dan energi potensial.

Di dalam setiap getaran energi potensial dan energi kinetik besarnya selalu berubah-ubah tetapi memiliki jumlah yang tetap.

Besarnya energi potensial dari benda yang bergetar secara periodik dapat diketahui melalui persamaan sebagai berikut :
Dimana :
Ep : Energi Potensial
k : Konstanta gaya pegas
y : Simapangan getaran

Zona planet

Zona Tata Surya yang meliputi, planet bagian dalam, sabuk asteroid, planet bagian luar, dan sabuk Kuiper. (Gambar tidak sesuai skala)

Di zona planet dalam, Matahari adalah pusat Tata Surya dan letaknya paling dekat dengan planet Merkurius (jarak dari matahari 57,9 × 10⁶ km, atau 0,39 SA), Venus (108,2 × 10⁶ km, 0,72 SA), Bumi (149,6 × 10⁶ km, 1 SA) dan Mars (227,9 × 10⁶ km, 1,52 SA). Ukuran diameternya antara 4.878 km dan 12.756 km, dengan massa jenis antara 3,95 g/cm³ dan 5,52 g/cm³.

Antara Mars dan Yupiter terdapat daerah yang disebut sabuk asteroid, kumpulan batuan metal dan mineral. Kebanyakan asteroid-asteroid ini hanya berdiameter beberapa kilometer (lihat: Daftar asteroid), dan beberapa memiliki diameter 100 km atau lebih. Ceres, bagian dari kumpulan asteroid ini, berukuran sekitar 960 km dan dikategorikan sebagai planet kerdil. Orbit asteroid-asteroid ini sangat eliptis, bahkan beberapa menyimpangi Merkurius (Icarus) dan Uranus (Chiron).

Pada zona planet luar, terdapat planet gas raksasa Yupiter (778,3 × 10⁶ km, 5,2 SA), Uranus (2,875 × 10⁹ km, 19,2 SA) dan Neptunus (4,504 × 10⁹ km, 30,1 SA) dengan massa jenis antara 0,7 g/cm³ dan 1,66 g/cm³.

Jarak rata-rata antara planet-planet dengan matahari bisa diperkirakan dengan menggunakan baris matematis Titus-Bode. Regularitas jarak antara jalur edaran orbit-orbit ini kemungkinan merupakan efek resonansi sisa dari awal terbentuknya Tata Surya. Anehnya, planet Neptunus tidak muncul di baris matematis Titus-Bode, yang membuat para pengamat berspekulasi bahwa Neptunus merupakan hasil tabrakan kosmis.

hukum hook

Robert Hooke menemukan bahwa pertambahan panjang pada pegas berbanding lurus dengan gaya yang di berikan dan bergantung pada karakteristik dari pegas tersebut.

Gambar 1. Pertambahan panjang ketika pegas diberi gaya

Dengan: F = Gaya yang diberikan pada pegas (N)

k = Tetapan gaya pegas (N/m)

= pertambahan panjang pegas (m)

Hukum Hooke juga berlaku untuk pada kawat atau benda elastis lainnya, selama benda tersebut belum melampaui batas elastisitasnya. Hkum Hooke juga berlaku pada bahan elastis lainnya, selama benda tersebut belum melampaui batas elastisitasnya.

Lihat: simulasi satu pegas

klik kanan pada link diatas dan pilih simpan tautan dengan nama... (save link as...)

Rangkaian Pegas Seri

Pada rangkaian pegas yang dipasang seri dan diberikan gaya tarik akan terlihat bahwa pertambahan panjang total pegas ?x_total adalah jumlah dari pertambahan masing-masing panjang pegas.

Gambar 3. Rangakaian pegas seri

1/k_total = 1/k₁ + 1/k₂ + ... + 1/k_n

Dengan: k_total = tetapan gaya rangkaian total pegas yang tersusun seri (N/m)

k₁,k_2,k₃, … , k_n = tetapan gaya masing-masing komponen pegas (N/m)

Lihat: simulasi Rangkaian Seri Pegas

klik kanan pada link diatas dan pilih simpan tautan dengan nama... (save link as...)

Rangkaian Pegas Pararel

Sedangkan pada rangkaian pararel pegas bila diberikan gaya tarik akan terlihat bahwa pertambahan panjang masing-masing pegas sama dengan pertambahan total pegas. Dalam hal ini panjang pegas dan tetapan gaya pegas kita asumsikan sama.

Gambar 4. Rangkaian pegas Pararel

k_total = k1 + k₂ + k₃ + …+ k_n

Dengan: k_total = tetapan gaya rangkaian total pegas yang tersusun seri (N/m)

k₁,k_2,k₃, … , k_n = tetapan gaya masing-masing komponen pegas (N/m)