Pernahkah Anda bertanya-tanya bagaimana para ilmuwan dan penyelidik forensik menghitung kecepatan peluru? Bagaimana dengan belajar tentang bagaimana proyektil bergerak atau seberapa keras benda itu mengenai sesuatu?
Pendulum balistik adalah alat yang mengubah dunia balistik dan membuka jalan bagi ilmu forensik seperti yang kita kenal sekarang.
Sebagai mahasiswa teknik atau insinyur, penting untuk memahami cara kerja pendulum balistik dan cara kerjanya.
Dalam postingan blog ini, saya akan melihat ilmu di balik perangkat yang menarik ini, termasuk cara kerjanya, aturan yang diikuti, dan kepentingannya dalam bidang teknik dan bidang lainnya.
Jadi kenakan jas lab Anda dan mari kita mulai!
Pengantar Pendulum Balistik
Definisi formal:
Perangkat yang menggunakan defleksi berat yang ditangguhkan untuk menentukan momentum proyektil.
Pendulum balistik adalah perangkat sederhana namun efektif yang digunakan untuk mengukur kecepatan dan energi kinetik proyektil, seperti peluru.
Itu terdiri dari balok kayu besar yang digantung dengan dua senar dan berfungsi sebagai pendulum bob.
Prinsip bekerja
Untuk mengukur kecepatan peluru dengan pendulum balistik, peluru ditembakkan ke balok kayu yang digantung pada seutas tali.
Peluru tersangkut di balok, yang membuat seluruh sistem balok dan peluru berayun ke ketinggian h.
Kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa 12(m+M)v f2 = (m+M)gh, dengan m adalah massa peluru, M adalah massa balok, vf adalah kecepatan akhir peluru setelah tumbukan, dan h adalah titik tertinggi mereka.
Hukum tentang konservasi
Hukum kekekalan yang terlibat dalam perhitungan kecepatan awal proyektil dalam pendulum balistik adalah hukum kekekalan momentum dan kekekalan energi.
Selama tumbukan, momentum tetap sama, dan setelah tumbukan, energi tetap sama.
Ketika proyektil mencapai titik tertingginya, energi kinetik yang dimilikinya pada awalnya diubah menjadi energi potensial.
Saat pendulum berayun kembali, energi potensial gravitasi diubah kembali menjadi energi kinetik.
Cara Tidak Biasa untuk Memenangkan Debat: Pendulum Balistik
Masih sulit dimengerti? Biarkan saya mengubah sudut pandang sedikit:
Orang bilang pena lebih kuat dari pedang, tapi bagaimana dengan pendulum balistik? Jangan repot-repot dengan penalaran dan pengukuran yang tepat.
Raih pendulum balistik tepercaya Anda pada saat Anda berada dalam pertengkaran sengit dan biarkan hal itu yang berbicara.
Lagi pula, tidak ada yang mengatakan "Saya benar" seperti perangkat yang menggunakan pemberat yang dilemparkan untuk mengetahui seberapa cepat proyektil bergerak.
Oke, itu hanya lelucon yang dibuat agar terlihat seperti iklan TV.
Sekarang mari kita kembali ke penjelasannya.
Memahami Fungsi Pendulum Balistik
Perangkat ini terdiri dari balok kayu besar yang ditopang oleh dua senar.
Blok ini adalah pendulum bob.
Tumbukan yang tidak lenting adalah pendulum balistik.
Dalam tumbukan semacam ini, benda-benda yang saling bertubrukan saling menempel, dan energi kinetiknya tidak tetap sama.
Ketika sebuah peluru ditembakkan ke balok kayu, peluru tersangkut di balok, dan balok dan peluru bersama-sama berayun ke ketinggian yang tergantung pada seberapa berat peluru dan balok tersebut.
Ini adalah contoh tumbukan inelastis karena energi kinetiknya tidak tetap.
Bagaimana mengetahui kecepatan
Besar kecilnya ayunan pendulum dapat digunakan untuk mengetahui momentum peluru, yang kemudian dapat digunakan untuk mengetahui kecepatannya.
Saat menggunakan pendulum balistik untuk mengetahui seberapa cepat proyektil bergerak, Anda tidak perlu mengukur waktu.
Sebaliknya, Anda hanya perlu mengukur massa dan jarak.
Kronograf, yang dapat mengukur kecepatan proyektil secara langsung, sebagian besar telah menggantikan pendulum balistik.
Tapi itu masih digunakan di ruang kelas untuk menunjukkan bagaimana momentum dan kekekalan energi bekerja.
Menghitung Kecepatan Proyektil dan Parameter Lainnya
Untuk mengetahui kecepatan awal proyektil dengan bantuan pendulum balistik, sebuah peluru ditembakkan ke bob pendulum yang berayun bebas.
Setelah kedua benda saling bertabrakan, pendulum berayun ke titik tertingginya dan kecepatan gabungan bob dan peluru berubah.
Kekekalan momentum dapat digunakan untuk menentukan kecepatan awal peluru dalam hal massa peluru dan bob dan ketinggian yang dicapai oleh pendulum.
Sebelum peluru dan bob saling menghantam, keduanya memiliki kecepatan yang sama.
Dengan mengukur seberapa tinggi pendulum mencapai titik tertingginya, Anda dapat mengetahui seberapa cepat peluru bergerak pada awalnya.
Menghitung Kecepatan Proyektil Menggunakan Jarak dan Waktu
Dengan cara lain, kecepatan awal sebuah proyektil dapat diketahui dengan mengukur seberapa jauh ia bergerak secara horizontal.
Pendulum tidak digunakan dalam metode ini, dan dapat dilepas dari engselnya sehingga tidak menghalangi percobaan.
Proyektil ditembakkan secara horizontal, dan jangkauannya diukur.
Dengan angka ini, kita dapat menggunakan persamaan untuk mencari tahu berapa lama waktu yang dibutuhkan penerbangan (6).
Kemudian, dengan menggunakan persamaan x = v0 t, dimana V0 adalah kecepatan awal proyektil, kita dapat mengetahui kecepatan awal.
Menghitung Gaya pada Kabel
Kita dapat menggunakan hukum momentum dan kekekalan energi untuk mengetahui gaya pada tali tepat setelah tumbukan.
Perubahan kecepatan peluru sama dengan gaya yang ditimbulkannya pada balok.
Kita dapat mengetahuinya dengan menggunakan fakta bahwa momentum tetap sama sebelum dan sesudah tumbukan.
Momentum awal peluru diberikan oleh persamaan p = mv0, dimana m adalah massa peluru dan v0 adalah kecepatan awalnya.
Setelah tumbukan, massa total (m + M) bergerak dengan kecepatan yang disebut vf.
Hukum kekekalan momentum memberi tahu kita bahwa mv0 = (m + M)vf.
Kita dapat memecahkan vf: vf = mv0 / (m + M).
Impuls yang diberikan oleh peluru pada balok kemudian diberikan oleh: I = Δp = m(vf - v0) (vf - v0).
Kita dapat menggunakan hukum kekekalan energi untuk mengetahui seberapa besar gaya yang ada pada tali tepat setelah menyentuh tanah.
Energi mekanik total sebelum tumbukan sama dengan energi mekanik total setelah tumbukan: (1/2)mv02 = (1/2)(m+M)vf2 + (m+M)gh, di mana g adalah percepatan yang disebabkan oleh gravitasi dan h adalah titik tertinggi yang dapat dicapai oleh sistem blok dan peluru.
Kita dapat menyelesaikan vf menggunakan persamaan kita sebelumnya dan menggantinya ke dalam persamaan ini: (1/2)mv0^2 = (1/2)(m+M)(mv0 / (m+M))^2 + (m+ M)gh.
Dengan membuat persamaan ini sesederhana mungkin, kita mendapatkan: v02 = 2gh / (1+M/m).
Hukum kedua Newton memberi tahu kita cara menemukan gaya F pada kabel: F = I / t, di mana t adalah waktu yang dibutuhkan sistem balok dan peluru untuk berhenti bergerak.
Menghitung Sudut Ayunan Pendulum
Kecepatan awal proyektil tergantung pada seberapa jauh bandul berayun dan seberapa berat bandul dan proyektil tersebut.
Ketika proyektil mengenai pendulum, pendulum bergerak ke atas dari posisi kesetimbangannya ke sudut maksimumnya.
Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Eksperimen Pendulum Balistik
Dalam percobaan pendulum balistik, sebuah peluru ditembakkan ke balok kayu yang digantung pada seutas tali.
Ini membuat semuanya berayun hingga ketinggian h.
Untuk mencapai hasil yang akurat, penting untuk meminimalkan sumber kesalahan.
Selama percobaan lab dengan pendulum balistik, kesalahan dapat terjadi karena alat pengukur tidak sempurna, bidikan tidak selalu sama, atau persamaan tidak diatur ulang dengan benar.
Mengurangi Sumber Kesalahan
Beberapa hal dapat dilakukan untuk mengurangi kesalahan.
Pertama, buat pendulum yang berfungsi dengan baik dan tetap sama.
Ini dapat dilakukan dengan membaut batang berulir ke kotak plastik dan menambahkan bobot untuk membuat pusat keseimbangan di dekat bagian tengah kotak.
Tandai dengan hati-hati di mana pusat massa berada, dan uji perangkat dengan menyeimbangkannya di atas pensil.
Kedua, pengukuran harus dilakukan dengan benar, dengan tali dan penggaris tetap diam.
Hal ini dapat dilakukan dengan memastikan bahwa peralatan yang digunakan dalam percobaan stabil dan aman.
Ketiga, proyektil harus ditembakkan dalam garis lurus dan ditangkap dengan cara yang sama setiap saat.
Salah satu cara untuk melakukan ini adalah membuat busa menangkap proyektil dengan cara yang bekerja setiap saat.
Menggunakan Peralatan Canggih
Menggunakan peralatan modern juga dapat membantu mengurangi kesalahan.
Misalnya, menggunakan pembaca sudut yang lebih akurat dapat membantu membuat pengukuran lebih akurat.
Selain itu, mengulangi percobaan beberapa kali dan merekam data setelah setiap percobaan dapat membantu mengidentifikasi ketidakkonsistenan atau outlier dalam data.
Sebagai kesimpulan, mengurangi kesalahan dalam percobaan laboratorium pendulum balistik melibatkan pengambilan langkah-langkah seperti membangun peralatan pendulum yang akurat, mengukur jarak secara akurat, menembakkan tembakan lurus secara konsisten dengan mekanisme penangkapan yang tepat, menggunakan peralatan canggih jika memungkinkan, dan mengulangi percobaan berkali-kali.
Dengan mengurangi jumlah tempat di mana kesalahan dapat terjadi, percobaan dapat dibuat lebih akurat, yang akan menghasilkan hasil yang lebih andal.
Demo Tabrakan: Pendulum Balistik
Tip: Nyalakan tombol keterangan jika Anda membutuhkannya. Pilih "terjemahan otomatis" di tombol pengaturan, jika Anda tidak terbiasa dengan bahasa lisan. Anda mungkin perlu mengeklik bahasa video terlebih dahulu sebelum bahasa favorit Anda tersedia untuk diterjemahkan.
Kasus penggunaan
| Digunakan dalam: | Keterangan: |
|---|---|
| Mengukur Kecepatan Proyektil: | Penggunaan utama pendulum balistik adalah untuk mengukur kecepatan proyektil. Dengan mengukur berapa banyak beban yang ditangguhkan bergerak setelah proyektil mengenainya, para insinyur dan ilmuwan dapat mengetahui seberapa cepat proyektil bergerak ketika mengenai beban. |
| Kalibrasi Peluru: | Pendulum balistik digunakan untuk memastikan peluru akurat dan konsisten. Perangkat tersebut dapat menentukan energi kinetik, momentum, dan kecepatan peluru, yang kemudian dapat digunakan untuk menyesuaikan desain dan pembuatan peluru. |
| Menyelidiki Insiden Balistik: | Pakar forensik dapat menggunakan pendulum balistik untuk menyelidiki insiden balistik. Dengan melihat jalur dan kecepatan proyektil, mereka dapat memperoleh informasi penting yang dapat membantu menyelesaikan kejahatan atau kecelakaan. |
| Bahan untuk Tes: | Pendulum balistik digunakan untuk menguji daya tahan dan keefektifan benda-benda seperti baju besi dan perlengkapan pelindung. Dengan menembakkan proyektil ke material dan mengukur defleksi pendulum, para insinyur dan ilmuwan dapat mengevaluasi keefektifan material dalam menghentikan atau memperlambat proyektil. |
| Penelitian Balistik: | Peneliti menggunakan pendulum balistik untuk mengetahui bagaimana proyektil berperilaku dalam situasi yang berbeda. Para ilmuwan dapat mengetahui bagaimana jalur dan kecepatan proyektil dipengaruhi oleh hal-hal seperti hambatan udara, gravitasi, dan sudut tumbukan. |
Kesimpulan
Ketika kita sampai pada akhir tur dunia pendulum balistik, kita tidak bisa tidak mengagumi kreativitas orang-orang yang membuatnya.
Pendulum balistik telah menjadi bagian penting dari bidang balistik dan ilmu forensik sejak pertama kali dibuat.
Tetapi pendulum balistik juga merupakan contoh yang baik tentang bagaimana sains dan teknik bertemu pada titik di mana teori dan prinsip digunakan di dunia nyata.
Ini menunjukkan betapa pentingnya penemuan ilmiah dan ide-ide baru dan bagaimana mereka membentuk dan mengubah dunia tempat kita hidup.
Jadi, saat kita terus mendorong batas penelitian ilmiah, jangan lupa dari mana kita berasal dan perangkat serta ide yang memungkinkan inovasi saat ini.
Tautan dan referensi
Fisika Universitas dengan Fisika Modern
Bagikan pada…
