Impuls dan Momentum - adib

Kegiatan Belajar 6
MATERI POKOK : IMPULS DAN MOMENTUM
A. URAIAN MATERI:
Suatu penerapan hukum fisika yang begitu hebat, adalah roket, yang didasari atas hukum
ketiga Newton, dan penerapan impuls dan momentum. Dengan semua hal di atas roket dapat
bergerak melawan gravitasi bumi.
1.
Konsep Impuls
Apakah yang menyebabkan suatu benda diam menjadi bergerak? Telah kita ketahui adalah
gaya. Bola diam yang bergerak ketika gaya tendangan anda bekerja pada bola. Gaya tendangan
anda pada bola termasuk gaya kontak yang bekerja hanya dalam waktu singkat. Gaya seperti
itu disebut gaya impulsif. Jadi gaya impulsif mengawali suatu percepatan dan menyebabkan bola
bergerak cepat dan makin cepat. Ketika kaki menendang bola adalah terdapat selang waktu
kontak antara permukaan kaki dengan permukaan kontak, yang selanjutnya disebut selang
waktu kontak singkat (∆𝑡).
Gambar 6.1 Impuls ketika gaya tendangan anda bekerja pada bola
Hasil kali antara gaya impulsif (𝐹) dengan selang waktu kontak (∆𝑡) disebut besaran impuls dan
diberi lambang I.
𝐼 = 𝐹. ∆𝑡
Impuls termasuk besaran vektor. Arah impuls I searah dengan arah gaya impulsif F.
2.
Konsep Momentum
Dalam fisika momentum didefinisikan sebagai ukuran kesukaran untuk menghentikan suatu
benda. Jika ada dua benda bergerak bersama-sama, kita akan lebih sukar menghentikan benda
yang massa dan kecepatannya lebih besar dibandingkan dengan yang massa dan kecepatannya
kecil. Momentum dirumuskan sebagai hasil kali antara massa dan kecepatan.
𝑝 = 𝑚. 𝑣
Momentum merupakan besaran vektor, arah momentum searah dengan arah kecepatannya.
Hubungan Antara Impuls dan Momentum
Hukum II Newton menyatakan, jika suatu benda yang bergerak dikenai gaya maka benda itu
akan mengalami percepatan
F = m a.
Jika nilai F ini disubstitusikan pada persamaan impuls, maka:
I = F .Δt
I = m a .Δt
I = m Δv
I = m (v2 – v1)
I = p2 – p1
I = ∆p
Persamaan diatas menyatakan bahwa impuls yang diberikan akan menyebabkan perubahan
kecepatan suatu benda, hingga akhirnya menyebabkan perubahan momentum.
IMPULS = PERUBAHAN MOMENTUM
Aplikasi Impuls dan Momentum Dalam Kehidupan Sehari-hari:
1. Sabuk pengaman pada mobil.
2. Sarung Tinju.
3. Helm.
4. Matras
5. Palu
Semua contoh diatas bertujuan memperkecil atau memperbesar gaya impuls dengan
memperlama atau mempersingkat waktu kontak.
3.
Hukum Kekekalan Momentum
“ Dalam peristiwa tumbukan, momentum total sistem sesaat sebelum tumbukan sama dengan
momentum total sistem sesaat setelah tumbukan, asalkan tidak ada gaya luar yang bekerja pada
sistem ”.
Formula hukum kekekalan momentum di atas dinyatakan oleh
𝑚𝐵 𝑣𝐵
𝑚𝐴 𝑣𝐴
𝑚𝐴 𝑣𝐴′
𝑚𝐵 𝑣𝐵′
Gambar 6.2 Tumbukan antara benda A dan benda B
𝑝𝑠𝑒𝑏𝑒𝑙𝑢𝑚 = 𝑝𝑠𝑒𝑠𝑢𝑑𝑎ℎ
𝑝𝐴 + 𝑝𝐵 = 𝑝𝐴′ + 𝑝𝐵′
𝑚𝐴 𝑣𝐴 + 𝑚𝐵 𝑣𝐵 = 𝑚𝐴 𝑣𝐴′ + 𝑚𝐵 𝑣𝐵′
Tumbukan
Pada setiap jenis tumbukan berlaku hukum kekekalan momentum tetapi tidak selalu berlaku
hukum kekekalan energi mekanik, sebab sebagian energi mungkin diubah menjadi energi bentuk
lain, misalnya panas atau bunyi, akibat tumbukan atau terjadi perubahan bentuk benda.
Besarnya koefisien restitusi (e) untuk semua jenis tumbukan berlaku :
𝑒=−
𝑣𝐴′ − 𝑣𝐵 ′
𝑣𝐴 − 𝑣𝐵
dengan:
v’A; v’B= kecepatan benda A dan B setelah tumbukan
vA ; vB = kecepatan benda A dan B sebelum tumbukan
Macam tumbukan yaitu:
1. Tumbukan elastis sempurna, yaitu tumbukan yang tak mengalami perubahan energi.
Koefisien restitusi e = 1, berlaku hukum kekekalan momentum dan hukum kekekalan energi
mekanik (karena pada kedudukan/posisi sama, maka yang diperhitungkan hanya energi
kinetiknya)
2. Tumbukan elastis sebagian, yaitu tumbukan yang tidak berlaku hukum kekekalan energi
mekanik sebab ada sebagian energi yang diubah dalam bentuk lain, misalnya panas.
Koefisien restitusi 0 < e < 1.
3. Tumbukan tidak elastis , yaitu tumbukan yang tidak berlaku hukum kekekalan energi
mekanik dan kedua benda setelah tumbukan melekat dan bergerak bersama-sama.
Koefisien restitusi e = 0.
B. RANGKUMAN
1. Momentum merupakan hasil kali massa sebuah benda dengan kecepatan.
Momentum merupakan besaran vektor yang arahnya searah dengan
kecepatannya. Momentum dirumuskan 𝑝 = 𝑚. 𝑣.
2. Impuls merupakan perubahan momentum yaitu hasil kali gaya dengan waktu yang
ditempuhnya. Impuls merupakan Besaran vektor yang arahnya se arah dengan
arah gayanya. Impuls dirumuskan dengan persamaan 𝐼 = 𝐹. ∆𝑡.
3. Macam-macam tumbukan:
a. Lenting sempurna, e = 1
b. Lenting sebagian, 0 < e < 1
c. Tak lenting, e = 0
4. Hukum kekekalan momentum: momentum awal = momentum akhir
C. TUGAS
1. Sebutir peluru bermassa 30 gr ditembakan dari senapan yang massanya 1,5 kg.
Jika peluru saat lepas memiliki kecepatan 100 m/s maka tentukan kecepatan
senapan sesaat setelah peluru lepas?
2. Bola A 1,5 kg dan bola B 2 kg bergerak saling mendekati dengan kecepatan
masing-masing 8 m/s dan 6 m/s. Jika kedua bola tersebut bertumbukan secara
lenting sempurna, maka berapakah:
a. jumlah momentum setelah tumbukan,
b. energi kinetik setelah tumbukan,
c. kecepatan kedua bola setelah bertumbukan!
D. TES FORMATIF
Soal Tes Formatif:
1. Sebuah kapal bermassa 300 ton bergerak dengan kecepatan tetap 20 m/s.
Berapakah momentum yang dimilikinya?
2. Sebuah bola dipukul dengan gaya sebesar 45 N, jika gaya itu bekerja pada bola
hanya dalam waktu 0.1 s. Berapakah besarnya impuls pada bola tersebut?
3. Dalam suatu permainan sepak bola, seorang pemain melakukan tendangan
pinalti. Tepat setelah ditendang bola melambung dengan kecepatan 60 m/s. Bila
gaya tendangan 300 N dan sepatu pemain menyentuh bola selama 0,3 s maka
tentukan:
a. impuls yang bekerja pada bola,
b. perubahan momentumnya,
c. massa bola!
Jawaban Tes Formatif:
1. Penyelesaian:
m = 300 ton = 300.000 kg
v = 20 m/s
Momentum:
p = m.v = 300.000 kg . 20 m/s = 600.000 kg.m/s = 6 . 105 kg.m/s
2. F = 45 N
∆t = 0,1 s
Impuls:
I = F. ∆t = 45 N.0,1 s = 4,5 N.s
3. Penyelesaian:
a. I = F. ∆t = 300 N.0,3 s = 90 N.s
b. ∆p = I = 90 N.s
c. I = m (v2 – v1)
90 N.s = m (60 m/s - 0)
90 𝑁.𝑠
m = 60 𝑚/𝑠 = 1,5 kg