Seberkas molekul-molekul hidrogen, tiap molekul memiliki massa 3 , 3 × 1 0 − 27 kg dan sedang bergerak pada 1,6 km/s, menabrak sebuah dinding pada sudut 3 π ​ rad terhadap normalnya. Jika 2 × 1 0 20 molekul / s datang pada dinding seluas 1 , 2 × 1 0 − 4 m 2 , hitung gaya normal rata-rata yang dikerjakan berkas pada dinding jika semua molekul dipantulkan sempurna

Pembahasan

Teori kinetik gas menjelaskan mengenai sifat-sifat gas ideal secara teoritis. Berdasarkan teori kinetik gas, gas terbentuk dari molekul-molekul gas yang bergerak secara acak dengan arah gerak konstan. Molekul gas bergerak dengan kecepatan tinggi dan saling bertumbukan dengan molekul lainnya dan juga dengan dinding secara terus-menerus. Diketahui: m = 3 , 3 ⋅ 1 0 − 27 kg v = 1 , 6 km / s = 1 , 6 ⋅ 1 0 3 m / s θ = 3 π ​ rad = 6 0 ∘ t N ​ = 2 ⋅ 1 0 20 molekul / s A = 1 , 2 ⋅ 1 0 − 4 m 2 Ditanya: gaya normal rata-rata jika molekul dipantulkan sempurna Jawaban: Tekanan yang terjadi akibat gaya tumbukan molekul pada dinding arah normal bidang Ilustrasi dapat dilihat seperti gambar di bawah k ece p a tan a r ah n or ma l bi d an g se b e l u m t u mb u kan v x ​ = v ⋅ cos ( θ ) ka re na d i p an t u l kan se m p u r na , maka b es a r k e l aj u an d an s u d u t t er ha d a p g a r i s n or ma l s ama ses u d ah t u mb u kan v x ′ ​ = − v ⋅ cos ( θ ) G a y a m er u p akan p er u bahan m o m e n t u m t ia p s a t u an w ak t u F = t Δ p ​ F = t m ⋅ Δ v ​ F = t m ⋅ ( v x ′ ​ − v x ​ ) ​ F = N t m ⋅ ( − v ⋅ cos ( θ ) − v ⋅ cos ( θ ) ) ​ F = t N ​ m ⋅ ( − 2 v ⋅ cos ( θ ) ) F = 2 ⋅ 1 0 20 ⋅ 3 , 3 ⋅ 1 0 − 27 ⋅ cos ( 6 0 ∘ ) ( − 2 ⋅ 1 , 6 ⋅ 1 0 3 ) F = 2 ⋅ 1 0 20 ⋅ 3 , 3 ⋅ 1 0 − 27 ⋅ 2 1 ​ ( − 3 , 2 ⋅ 1 0 3 ) F = − 10 , 56 ⋅ 10 − 4 N Jadi, besar gaya normal rata-rata yang dikerjakan pada dinding adalah − 10 , 56 ⋅ 10 − 4 N