Impuls dan Momentum

A. PENGERTIAN MOMENTUM

Momentum merupakan sebagai ukuran kesungkaran sesuatu benda di gerakan maupun di berhentikan. momentum sering disebut sebagai jumlah gerak. Momentum didefinisikan sebagai hasil perkalian antara massa dengan kecepatan benda. Secara matematis dirumuskan:

Keterangan :

p : momentum (kg m/s)

m : massa benda (kg)

v : kecepatan benda (m/s)

Jika kita perhatikan persamaan di atas maka kita dapat menentukan jenis besaran momentum. Massa m merupakan besaran skalar dan kecepatan v adalah besaran vektor,  berarti momentum merupakan besaran vektor. Dimana arah p searah dengan arah vector kecepatan (v).

Baca Juga : Hukum Kekekalan Momentum dan Tumbukan

Contoh

Sebuah benda bermassa 40 kg, bergerak dengan kecepatan 20 m/s. Berapa momentum yang dimiliki benda tersebut?

Pembahasan:

Diketahui:

m = 40 kg

v = 20 m/s

Ditanya: p = ......?

Jawab:

p  = m .v

p  = 40 . 20

p  = 800 kg m/s

B. PENGERTIAN IMPULS

Impuls adalah peristiwa gaya yang bekerja pada benda dalam waktu hanya sesaat. Atau Impuls adalah peristiwa bekerjanya gaya dalam waktu yang sangat singkat. Contoh dar  kejadian impuls adalah: peristiwa seperti bola ditendang, bola tenis dipukul karena pada saat tendangan dan pukkulan, gaya yang bekerja sangat singkat. Impuls didefinisikan sebagai hasil kali gaya dengan waktu yang dibutuhkan gaya tersebut bekerja. Dari definisi ini dapat dirumuskan seperti berikut.

Keterangan:

I : Impuls (N.s)

F : Gaya (N)

∆t : Waktu (s)

Aplikasi Impuls Pada Mobil

Ketika sebuah mobil tertabrak, mobil akan penyok. Mobil didesain mudah penyok dengan tujuan memperbesar waktu sentuh pada saat tertabrak. Waktu sentuh yang lama menyebabkan gaya yang diterima mobil atau pengemudi lebih kecil dan diharapkan keselamatan penggemudi lebih terjamin.

Aplikasi Impuls Pada Sarung Tinju

Sarung tinju yang dipakai oleh para petinju ini berfungsi untuk memperlama bekerjanya gaya impuls ketika memukul lawannya, pukulan tersebut memiliki waktu kontak yang lebih lama dibandingkan memukul tanpa sarung tinju. Karena waktu kontak lebih lama, maka gaya yang bekerja juga semakin kecil sehingga sakit terkena pukulan bisa dikurangi.

Baca Juga : Aplikasi Impuls dan Momentum

Contoh

Sebuah bola ditendang dengan gaya sebesar 25 N dalam waktu 0,05 sekon. Berapakah besar impuls pada saat kaki menyentuh bola?

Pembahasan

Diketahui:

F = 25 N

∆t = 0,05 s

Ditanya:

I = ......?

I = F . ∆t

I= 25 x 0,05

I= 1,25 Ns

C. IMPULS SAMA DENGAN PERUBAHAN MOMENTUM

Suatu partikel yang bermassa m bekerja gaya F yang konstan, maka setelah waktu ∆t partikel tersebut bergerak dengan percepatan :

Berdasarkan hukum II Newton : F = m.a

Maka didapat : 

Dari persamaan di atas dapat dikatakan bahwa impuls yang dikerjakan pada suatu benda sama dengan perubahan momentumnya. 

Keterangan :

I    = Impuls (Ns)
∆p = Perubahan Momentum (kg m/s)

m = massa (kg)

p₁= momentum awal (kg m/s)

p₂ = momentum akhir (kg m/s)
v₁ = kecepatan awal (m/s)
v₂ = kecepatan akhir (m/s)

Contoh 01

Sebuah bola karet massanya 75 gram dilemparkan horizontal hingga membentur dinding seperti gambar. 

Jika bola karet dipantulkan dengan laju 10 m/s, maka besar impuls bola yang terjadi adalah ...

Pembahasan:

Diketahui: 

m = 75 g = 0,075 kg

v₁ = 20 m/s

v₂ = -10 m/s (tanda negatif karena arahnya ke kiri)
I = m (v₂ – v₁) 

I = 0,075 (-10  – 20)
I = 0,075 . – 30 m/s
I = – 2,25 Ns
Jadinya Impuls adalah 2,25 Ns. Tanda negatif menyatakan arah

Contoh 02

Pada permainan bola kasti, bola bermassa 0,4 kg mula-mula bergerak dengan kecepatan 4 m/s ke kanan. Kemudian bola tersebut dipukul dengan gaya F berlawanan dengan gerak bola, sehingga kecepatan bola berubah menjadi 10 m/s. Bila bola bersentuhan dengan pemukul selama 0,01 sekon, maka tentukan besar gaya F tersebut!

Pembahasan

Diketahui: 

m = 0,4 kg

v₁ = 4 m/s

v₂ = -10 m/s 

∆t = 0,01 s

Ditanya : F ....?

Jawab : 

I = ∆p

F . ∆t = mv₂ - mv₁

F . ∆t = m(v₂ -v₁)

F. 0,01= 0,4(-10-4)

F. 0,01 = -5,6

F = - 560 N

Jadinya besarnya gaya F tersebut adalah 560 N. Tanda negatif berarti gaya F berlawanan dengan arah gerak benda.

Latihan-latihan Soal Impuls Momentum

Soal 01

Sebuah mobil bermassa 600 kg bergerah dengan kecepatan 72 km/jam. Tentukan momentum mobil tersebut! [Kunci : 12.000 kg m/s]

Soal 02

Tentukan besarnya impuls yang bekerja pada gaya 150 N yang menyentuh benda selama 0,2 s! [Kunci : 30 Ns]

Soal 03

Sebuah peluru karet berbentuk bola massanya 60 gram ditembakkan horizontal menuju tembok seperti gambar. 

Jika bola dipantulkan dengan laju sama, maka tentukan  impuls sebesar yang diterima oleh bola tersebut! [Kunci : 6 Ns]

Soal 04

Bola bermassa 20 gram dilempar dengan kecepatan v₁ = 6 m/s ke kiri. Setelah membentur tembok seperti gambar, bola memantul dengan kecepatan v₂ = 3 m/s ke kanan. Besar impuls yang dihasilkan adalah ….[Kunci : 0,18 Ns]

Soal 05

Benda bermassa 40 gram bergerak dengan laju 6 m/s. Jika untuk menghentikan laju benda tersebut dibutuhkan gaya penahan F yang bekerja selama 0,2 s. Maka tentukan besar gaya F tersebut! [Kunci : 1,2 N]

Soal 06

Grafik di dibawah menyatakan hubungan gaya F yang bekerja pada benda bermassa 2 kg terhadap waktu t selama gaya itu bekerja pada benda. 

(Konsep : Impuls = Luasan Grafik F-t)

Bila benda mula-mula diam, maka tentukan : (a) Besar Impuls!, (b) kecepatan akhir benda! [Kunci : (a) 30 Ns, (b) 15 m/s]

Soal 07

Energi kinetik : EK = ½ mv², sedangkan momentum: p = mv. Dengan kedua persamaan tersebut buktikan : 

(Trik: Tuliskan Rumus Energi Kinetik, kemudian kalikan ruas kiri dan ruas kanan dengan m )

Soal 08

Benda bermassa 4 kg bergerak dengan energi kinetik 16 J. Maka tentukan besar momentum benda tersebut![Kunci:kg m/s]