Konsep Momentum dan Impuls

Konsep Momentum dan Impuls - Apa kalian pernah mendengar kata Momentum dan Impuls? Jadi kalau kalian inget-inget pas SMA, untuk jurusan IPA kalian pasti pernah sedikit belajar tentang ini. OK disini gw cuma mau membahas ulang mengenai konsep momentum dan impuls. serta hal-hal apa saja di sekitar kita yang sebenarnya dipengaruhi oleh momentum dan impuls.

Seperti biasa, pembahasan awal gw bakal bahas fisika (momentum) pada bagian kualitatifnya terlebih dahulu kemudian di bagian akhir baru kuantitatifnya. Maksudnya gw bakal bahas bagian fenomena fisis nya terlebih dahulu baru udah itu bagaimana konsep ini diaplikasikan dalam matematisnya.

Jadi ceritanya gini, gw pernah sewaktu waktu main boling, terus dipikir-pikir, kenapa ya bola boling tuh berat banget? bagi kalian yang pernah main boling mungkin tau beratnya segimana.

Sumber:Pixabay.com

OK singkatnya setelah mencari tahu ternyata berat bola boling itu bervariasi, yaitu sekitar 4.5 - 7.2 Kg dengan "pin" yang harus dijatuhkan beratnya sekitar 1.3 Kg.

Kenapa ya bola boling harus seberat itu? Kenapa ga pake bola plastik yang lebih ringan?

Ternyata kenapa beratnya harus segitu, karna gini, boling itu adalah permainan untuk menjatuhkan pin sebanyak banyaknya dalam satu lemparan. ada sekitar 10 pin yang dipakai, dengan berat masing-masing pin 1.3 Kg. kalian bisa bayangin kalau misalnya kalian pakai bola plastik yang ringan. Mungkin buat ngejatuhin satu pin aja gabakalan bisa.

Kenapa bola yang berat bisa ngejatuhin banyak pin tapi kalau bolanya ringan gabisa?Nah Loohhh

Nah disinilah salah satu fenomena dalam fisika, yaitu momentum berperan!

Singkatnya Bola plastik yang lebih ringan memiliki momentum yang lebih kecil dibandingkan dengan bola boling yang lebih berat.

Terus pertanyaan nya, kenapa ya bola plastik yang lebih ringan memiliki momentum yang lebih kecil dibandingkan dengan bola yang lebih berat?

OK untuk menjawab pertanyaan mendasar ini kita harus tau terlibih dahulu mengenai apa itu momentum.

Jadi apa itu momentum? 

Dalam fisika Momentum adalah kecenderungan benda untuk tetap bergerak

Contoh bola plastik tadi. Bola plastik itu punya massa yang kecil, sehingga bola plastik memiliki momentum yang kecil. Artinya bola plastik akan lebih mudah untuk berhenti. Atau akan lebih mudah  untuk mengubah kecenderungan dia bergerak pas berbenturan dengan pin.

Sementara bola boling yang beratnya bisa sampai 7 Kg memiliki momentum yang lebih besar. Hal ini menyebabkan bola boling lebih susah untuk berhenti atau dia akan mempertahankan kecenderungannya untuk tetap bergerak. Sehingga bola boling bisa menabrak pin sampe si pin-pin nya berjatuhan.

Momentum dapat dikatakan besaran yang merepresentasikan keadaan gerak benda

Hal lain yang masih ada hubungan dengan momentum adalah ketika kendaraan menabrak sesuatu. Pengemudi mobil yang bergerak dengan kecepatan tinggi tiba-tiba menabrak sesuatu sehingga membuatnya berhenti.

Pada saat sebelum terjadi tabrakan pengemudi mobil memiliki momentum yang besar, karena kecepatan tinggi. Tetapi sesaat ketika tabrakan momentumnya secara tiba tiba menjadi nol karena mobilnya berhenti.

Perubahan momentum yang besar ini menyebabkan gaya yang bekerja pada pengemudi menjadi besar sehingga mengakibatkan cidera yang parah pada pengemudi. Untuk mengatasi hal tersebut pada kendaraan roda 4 sudah dilengkapi fitur keselamatan dengan pemasangan air bag.

Apa Fungsi Air Bag kaitannya dengan momentum??

Air bag akan mengubah momentum pengemudi secara bertahap sampai akhirnya menjadi nol. Sehingga selang waktu kontak lebih lama dan gaya total yang bekerja pada pengemudi tidak terlalu besar. 

Momentum yang berubah secara bertahap akan mengurangi gaya impulsif dan pengemudi bisa terhindar dari cidera yang parah

Jadi besarnya momentum itu dipengaruhi oleh massa benda dan juga kecepatannya. Itulah kenapa benda yang lebih berat dan lebih cepat bakal susah untuk dihentikan. dibandingkan benda yang lebih ringan dan juga lambat.

Secara empiris kita dapat melihat bahwa truck memiliki momentum yang lebih besar daripada mobil  dan mobil memiliki momentum yang lebih besar daripada motor jika ketiganya memiliki kecepatan yang sama.

Inilah alasan logis mengapa ketika Truck menabrak tembok, temboknya bisa hancur, tetapi ketika motor menabrak tembok malah motornya yang hancur. Jadi yang menyebabkan hal itu terjadi adalah "MOMENTUM" bukan takdir seperti kebanyakan orang kira.hehe

Pada kondisi lain misalnya kapal tanker memiliki momentum yang sangat besar karena massanya yang besar. Bahkan kapal tanker yang termasuk jenis ULCC (Ultra Large Crude Carrier) memiliki kapasitas sampai dengan 500.000 ton  dan pesawat pun memiliki momentum yang besar karena kecepatannya yang tinggi.

Untuk lebih memahami konsep momentum kita bisa memulainya dari Hukum II Newton 

Dimana disana mendeskripsikan tentang ada sebuah partikel bermassa (m) dengan percepatan (a).

Dalam bentuk matematis dapat dituliskan:

Kalau dijabarin lagi percepatan itu adalah perubahan kecepatan persatuan waktu 

(a = v/t)

Karena demikian kita bisa rewrite ulang nih hukum newtonnya menjadi:

Massa dikali kecepatan itulah yang disebut dengan "Momentum"

Dalam bentuk matematis dapat dituliskan:

Satuan untuk momentum adalah satuan massa dikalikan dengan satuan kecepatan yaitu (Kg.m/s)

Karena kecepatan (v) merupakan besaran vektor, maka P ( momentum juga merupakan besaran vektor). Arahnya akan sama dengan arah vektor kecepatannya. Jika kecepatan benda memiliki vektor dalam arah 3 sumbu X,Y, Z maka persamaan momentumnya menjadi:

Baca juga : Hukum Gerak Newton 1,2, dan 3

Impuls

Impuls adalah hasil kali gaya impulsif rata-rata dan selang waktu singkat selama gaya impulsif bekerja

Impuls adalah keadaan dimana gaya yang bekerja pada benda berlangsung dalam waktu yang singkat, tetapi efeknya terasa. Sehingga walaupun diaplikasikan hanya sebentar tetapi impuls dapat mengubah bentuk benda ataupun mengubah keadaan gerak benda.

Contohnya adalah, Tumbukan, sodokan pada bola biliard, pukulan pada bola golf, ketika kalian menendang bola. Nah semua contoh itu adalah hal hal sehari hari dimana kita memberikan gaya terhadap sesuatu dalam waktu yang singkat. Inilah yang disebut IMPULS.

Semakin besar impuls yang diberikan, semakin besar percepatan bendanya

Sumber: Pixabay.com

Dalam bentuk matematis Impuls dapat dituliskan:

I   = Impuls

F  = Gaya yang diberikan (N)

Δt = Selang Waktu (s)

Hubungan Impuls dan Momentum

Impuls yang bekerja pada suatu benda sama dengan perubahan momentum yang dialami benda

Dalam bentuk matematis hubungan ini dapat dituliskan sebagai berikut:

Teorema Impuls Momentum

Contoh soal:

1. Bola bermassa 0.4 Kg ditendang dan kecepatan bolanya 20m/s, Kemudian bola dipantulkan kenbali olek tembok dengan kecepatan yang sama. Hitunglah perubahan momentum yang dialami bola!

Diketahui:

m = 0.4 Kg 

vo = 20 m/s 

vt = 20 m/s 

Ditanyakan:

Perubahan Momentum (ΔP)?

Jawab:

Perubahan Momentum (ΔP):

ΔP = m.vt - m.vo = m (vt - vo ) 

ΔP = 0.4.(20-(-20)) = 0.4.(20+20) 

ΔP = 0.4 (40)

ΔP = 16 Kg m/s

2. Bola bermassa 0.2 Kg ditendang dan kecepatan bolanya 40m/s ke arah kanan, kemudian seorang teman menendang kembali bola itu ke arah kiri dengan kecepatan yang sama. Berapa impuls yang diberikan oleh orang teman kamu?

Diketahui:

m = 0.2 Kg 

vo = 40 m/s 

vt = 40 m/s

Ditanyakan:

Impuls (I)?

Jawab:

I = ΔP

I = ΔP akhir - ΔP awal 

I = m (vt - vo ) 

I = 0.2 (-40-40)

I = -16 Ns (Tanda negatif menunjukan bahwa impulsnya mengarah ke kiri)

3. Bola bermassa 0.5 Kg jatuh bebas dari ketinggian tertentu. Menumbuk lantai dengan kecepatan 25 m/s, lalu terpantul ke atas dengan kecepatan 10 m/s. Berapakah Impulsnya?

Diketahui:

m = 0.5 Kg 

vo = 25 m/s 

vt = 10 m/s

Ditanyakan:

Impuls (I)?

Jawab:

I = ΔP

I = ΔP akhir - ΔP awal 

 I = m (vt - vo ) 

I = 0.5 (10-(-40))

I = 25 Ns

Hukum Kekekalan Momentum dan Tumbukan

Ketika ada 2 benda dengan massa dan kecepatan tertentu bertumbukan, maka momentum sebelum tumbukan dan sesudah tumbukan adalah sama.

Misal pas main biliar ketika bola A nabrak bola B maka bola A ngasih gaya ke bola B, sebagai Reaksi Bola B ngasih gaya juga ke bola A. Kedua gaya itu sama besar tetapi berlawanan arah

Hukum Kekekalan Momentum 

Momentum sistem konstan jika tidak ada haya luar yang bekerja pada sistem

Dalam proses tumbukan apapun momentum total sebelum dan sesudah tumbukan adalah sama, jika tidak ada gaya eksternal yang bekerja. Tetapi tidak demikian halnya dengan energi kinetik.

Kenapa demikian? Jadi tumbukan biasanya diikuti dengan munculnya panas akibat dari kontak permukaan antar dua benda. Panas tersebut berasal dari energi kinetik benda yang mengalami tumbukan. Oleh sebab itu setelah tumbukan terjadi energi kinetiknya akan lebih kecil dari energi kinetik sebelum tumbukan. Tetapi momentum totalnya selalu tetap.

Dalam proses tumbukan, disamping kecepatan, massa masing-masing benda sebelum dan sesudah tumbukan bisa saja berbeda. Misalnya bisa jadi setelah tumbukan kedua benda bergabung, atau setelah tumbukan kedua benda pecah.

Baca juga: Prinsip Gaya Gesek

Jenis Tumbukan

Berdasarkan kekal tidaknya energi kinetik selama proses tumbukan, jenis tumbukan dapat dibagi kedalam 2 jenis:

1. Lenting Sempurna (Energi kinetiknya kekal)

2. Tidak Lenting (Energi kinetik total setelah tumbukan lebih kecil dari energi kinetik total sebelum tumbukan)

Tumbukan Lenting Sempurna

Terjadi jika sesudah pristiwa tumbukan energi kinetiknya tetap

2 Benda yang mengalami lenting sempurna biasanya identik. Contoh pada bola biliard. 

Untuk tumbukan lenting sempurna berlaku:

Tumbukan Lenting Sebagian

Benda yang bertumbukan tidak saling menempel, tapi sebagian energi kinetiknya hilang.

Pada tumbukan ini hanya hukum kekekalan momentum yang berlaku

Untuk semua jenis tumbukan 2 benda berlaku e ≤ 1

Pada tumbukan lenting sebagian memiliki koefisien restitusi yang nilainya antara 0 dan 1

Kalau nilai restitusinya 0, berarti benda yang bertabrakan menempel/ ga bisa mantul. Kalau nilainya 1 brarti dia bisa melenting dengan baik, mendekati tumbukan lenting sempurna.

 

Apa itu koefisien restitusi?

Koefisien restitusi adalah tingkat kelentingan suatu benda atau kemampuan benda untuk memantul.

Koefisien restitusi bisa dirumuskan dengan:

Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali

Sesaat setelah tumbukan, kedua benda akan bersatu dan memiliki arah dan kecepatan yang sama

Contoh: Tabrakan pada 2 kendaraan.

Untuk tumbukan tidak lenting sama sekali berlaku:

Sehingga berlaku:

Contoh Soal:

Tentukan koefisien elastisitas tumbukan 2 benda yang bermassa 1 Kg dan 2 Kg. Benda pertama bergerak ke kanan dengan kecepatan 40m/s. Dan benda ke 2 juga bergerak ke kanan dengan kecepatan 10m/s. Setelah tumbukan benda ke 2 bergerak ke kanan dengan kecepatan 25 m/s

Jawab:

Momentum benda pertama sebelum tumbukan:

P₁  = m₁.v₁  = 1 x 40 = 40 Kg m/s

Momentum benda kedua sebelum tumbukan:

_P2= m₂.v₂  = 2 x 10 = 20 Kg m/s

Momentum benda kedua setelah tumbukan:

_P2= m₂.v’₂  = 2 x 25 = 50 Kg m/s

Momentum benda pertama setelah tumbukan dihitung dengan hukum kekekalan momentum:

P1  + P2 = P'1  + P'2  

P'1   =  P1  + P2 - P'2  

P'1   =  40 + 20 - 50  = 10 Kg m/s

Kecepatan benda pertama setelah tumbukan:

V’1  = P'1/m1 = 10/1= 10 m/s

Koefisien Elastisitas:

e =-(v’2 -v'1 )/(v2 -v1 )

e =-(25 -10 )/(10 -40 ) = 0.5

Sekian Pembahasan mengenai Impuls dan Momentum, semoga artikel ini bermanfaat.

Referensi:

Abdullah, Mikrajudin.(2016). Fisika Dasar I, Bandung, Institut Teknologi Bandung.

Giancoli,D.C. (2006). Fisika, Jilid I,edisi kelima.Jakarta: Erlangga.

P.A. Tipler. (1988). Fisika Untuk Sains dan Teknik, Jakarta: Erlangga.

Hamidah, Ida. (2009). Fisika I, Bandung: Universitas Pendidikan Indonesia.

Location:

Share :