Penerapan Momentum Impuls dalam kehidupan sehari-hari

Kompetensi dasar
Menerapkan konsep momentum, impuls, serta hukum kekekalan momentum dalam kehidupan sehari-hari

Indikator

3.10.1 menganalisis konsep dari momentum

3.10.2 menganalisis konsep dari impuls

3.10.3 membuktikan impuls sama dengan perubahan momentum

3.10.4 mengidentifikasi hubungan momentum dan impuls

3.10.5 mendiagnosis hukum kekekalan momentum

3.10.6 menganimasi jenis-jenis tumbukan

MOMENTUM

Kali ini akan dibahas mengenai definisi momentum yang benar dilengkapi dengan rumus dan contoh kejadiannya. Kita mungkin sering mendengar kata momentum dan impuls dalam bidang fisika. Dalam ilmu fisika, momentum atau pusa adalah besaran yang berhubungan dengan kecepatan dan massa suatu benda.

Momentum merupakan istilah fisika mengacu pada kuantitas gerak dan massa yang dimiliki suatu objek. Definisi momentum diartikan sebagai besaran yang dihasilkan dari perkalian antara besaran skalar massa benda dengan besaran vektor kecepatan geraknya.

Jadi momentum termasuk besaran vektor (besaran yang dipengaruhi oleh arah). Arah momentum searah dengan arah kecepatan. Momentum sebuah partikel dapat dipandang sebagai ukuran kesulitan untuk mendiamkan benda.

Semakin besar momentum, maka semakin dahsyat kekuatan yang dimiliki oleh suatu benda. Jika materi dalam keadaan diam, maka momentumnya sama dengan nol. Sebaliknya semakin cepat pergerakannya, semakin besar juga momentumnya.

Momentum dimiliki oleh benda yang bergerak. Mudahnya, momentum adalah kecenderungan benda yang bergerak untuk melanjutkan gerakannya pada kelajuan yang konstan. Momentum dapat dirumuskan sebagai hasil perkalian massa dengan kecepatan. Berikut penjelasan mengenai rumus momentum :

Rumus Momentum

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

Momentum suatu benda (P) yang bermassa m dan bergerak dengan kecepatan v diartikan sebagai berikut :

p = m . v

p = momentum (Kg m/s)

m = massa benda (Kg)

v = kecepatan benda (m/s)

Contoh Momentum

A     Ada dua buah benda yaitu benda A bermassa 2 kg, bergerak kekanan dengan kelajuan 10 m/s. Benda B yang bermassa 7 kg bergerak kekiri dengan kelajuan 4 m/s. Hitunglah :

a.       Momentum benda A

b.      Momentum benda B

c.       Momentum total benda A dan B

Jawab :

Besaran yang diketahui :

m A = 2 kg

m B = 7 kg

v A = 10 m/s

v B = 4 m/s

a.   Momentum benda A

p = m.v

   = 2 kg . 10 m/s

   = 20 kg m/s

b.   Momentum  benda B

p = m.v

   = 7 kg . 4 m/s

   = 28 kg m/s

c.    Momentum total benda A dan B

m_total = pA + pB

         = 20 kg m/s + 28 kg m/s

         = 48 kg m/s

IMPULS

Kali ini akan dibahas mengenai definisi impuls dalam bidang fisika lengkap beserta rumusnya agar mudah dipahami. Lalu apa itu impuls, Impuls adalah peristiwa gaya yang bekerja pada benda dalam waktu hanya sesaat.

Bisa juga diartikan bahwa impuls adalah peristiwa bekerjanya gaya dalam waktu yang sangat singkat. Untuk membuat suatu benda yang diam menjadi bergerak diperlukan sebuah gaya yang bekerja pada benda tersebut selama interval waktu tertentu. Gaya yang diperlukan untuk membuat sebuah benda tersebut bergerak dalam interval waktu tertentu disebut impuls.

Mudahnya, impuls adalah besaran dari hasil kali antara gaya (vektor) dengan selang waktu gaya tersebut bekerja (skalar), jadi impuls berkaitan erat dengan arah.

Impuls digunakan untuk menambah, mengurangi, dan mengubah arah momentum dalam satuan waktu. Impuls dapat dirumuskan sebagai hasil perkalian gaya dengan interval waktu. Secara matematis dituliskan sebagai berikut :

I = F. Δt

dengan :

F = gaya (N)

Δt = waktu (s)

I = impuls (N.s)

Contoh Soal Impuls

Sebuah bola bermassa 0,1 kg mula-mula diam, kemudian setelah dipukul dengan tongkat dan kecepatan bola menjadi 20 m/s. Hitunglah besarnya impuls dari gaya pemukul tersebut!


Pembahasan:


Diketahui:
m = 0,1 kg
v1 = 0 m/s (karena bola mula-mula dalam keadaan diam)
v2 = 20 m/s
Ditanya: Impuls (I)
Jawab:
I = p2 – p1
I = m (v2 – v1)
I = 0,1 (20 – 0) = 2 Ns
Jadi impuls dari gaya pemukul tersebut adalah 2 Ns.

Hubungan Impuls dengan Momentum

Salah satu hukum newton mengatakan bahwa gaya yang bekerja pada sebuah benda sama dengan perkalian massa dan percepatannya. Dengan adanya pernyataan tersebut maka akan diperoleh rumus seperti berikut.

F = m.a jika kita masukan kedalam rumus I = F. ∆t maka akan muncul rumus baru seperti berikut ini :

I = F. ∆t

I = m.a (t2 – t1)

I = mv/t (t2 – t1 )

I = m.v1 – m.v2

Dengan begitu dapat ditarik kesimpulan bahwa besarnya impuls yang dikerjakan atau bekerja pada sebuah benda akan sama besarnya dengan perubahan momentum pada benda tersebut. Akan tetapi bila tidak ada gaya luar yang mempengaruhi benda, maka jumlah momentum akan tetap sama karena jumlah momentum awal dan jumlah momentum akhir akan sama.

Tumbukan

Tumbukan merupakan peristiwa bertemunya dua buah benda yang bergerak. Saat tumbukan selalau berlaku hukum kekekalan momentum tapi tidak selalu berlaku hukum kekekalan energi kinetik. Mungkin sebagian energi kinetik diubah menjadi energi panas akibat adanya tumbukan. Dikenal 3 jenis tumbukan.

1. Tumbukan Lenting Sempurna

Dua buah benda bisa dibilang mengalami tumbukan lenting sempurna bila tidak ada kehilangan energi kinetik ketika terjadi tumbukan. Energi kinetik sebelum dan sesudah tumbukan sama demikian juga dengan momentum dari sistem tersebut. Dalam tumbukan lenting sempurna secara matematis bisa dirumuskan :

V1 + V1′ = V2 + V2‘

2. Tumbukan lenting Sebagian

Dua buah benda dikatakan mengalami tumbukan lenting sebagaian bila ada kehilangan energi kinetik setelah tumbukan. Secara matematis kecepatan masing-masing benda sebelum dan sesudah tumbukan dapat diliha pada rumus berikut :

eV1 + V1 = eV2 + V2

e pada persamaan di atas adalah koefiseien retitusi yang nilainya bergerak antara 0 sampai 1. 

Contoh tumbukan lenting sebagian yang pernah sobat hitung jumpai adalah bola bekel yang jatuh dan memantul berulang-ulang hingga akhirnya berhenti. Karena ada nilai e maka tinggi pantulann jadi lebih rendah dari pada tinggi mula-mul. Secara matemtis tinggi pantulna ke-n tumbukan adalah

hn = ho.e^2n

contoh soal

Sebuah bola bekel jatuh dari ketinggian 4 meter, lalau dia mengalami pemantulan berulang. Jika koefisien restitusi adalah 0,7, maka berapa tinggi bola bekel setelah pemantulan ke-5?

Jawab

h5 = 4.0,710 = 0,113 m = 11,3 cm

3. Tumbukan tidak lenting sama sekali

Dua buah benda dikatakan mengalami tumbukan tidak lenting sama sekali jika setelah tumbukan kedua benda tersebut menjadi satu dan setelah tumbukan kedua benda tersebut memiliki kecepatan yang sama. Momentum sebelum dan sesudah tumbukan juga bernilai sama. Secara matematis dirumuskan

m1V1 + m2V2 =(m1+m2)V’

Contoh peristiwa tumbukan ini sering dijumpai dalam ayunan balistik.

peristiwa ayunan balistik

Sebuah perluru dengan massa m ditembakkan dengan kecepatan v sehingga menumbuk sebuah balok yang terikat oleh tali. Jika setelah tumbukan keduanya menyaut dan mencapati tinggi maksimum H (titik puncah saat balok dan peluru berhenti). Maka kita dapatkan persamaan :
mv = (m+M) √2gh

Contoh soal

Sebuah peluru bermassa 20 gram, ditembakkan mengenai sebuah balok pada ayunan balistik yang massanya 1 kg. Jika peluru tertancap pada balok hingga mereka mencapai tinggi maksimal 25 cm. Berapa kecepatan peluru mula-mula peluru tersebut?

mv = (m+M) √2gh
0,02.v = (0,02+1) √2.10.0,25
0,02.v = 1,02 √5
v = (1,02+√5)/0,02
v = 162,8 m/s