Materi dan Konsep - Impuls, Momentum, & Tumbukan

Impuls, Momentum, dan Tumbukan dalam Fisika - Pada artikel kali ini saya akan membehas mengenai pengertian impuls dan momentum serta bagaimana konsep impuls momentum pada kasus tumbukan.

Pendahuluan
Pernahkah Anda melihat atau menonton pertandingan bola baseball. Jika pernah, maka apa yang terjadi ketika seorang pemain memukul bola baseball di pukul menggunakan tongkat pemukul? Bola tersebut akan terpental jauh akibat gaya yang diberikan oleh pemain melalui tongkat pemukul. Berdasarkan Hukum 2 Newton, ketika benda menerima sejumlah gaya maka benda tersebut akan bergerak di percepat dan akan terus bergerak jika tidak ada gaya yang menghambat. Pada peristiwa ini juga berlaku Hukum 3 Newton pada tongkat pemukul, di mana tongkat tersebut akan menerima gaya reaksi yang diberikan oleh bola baseball tersebut. Sehingga pemain tersebut akan merasakan tongkatnya tertolak ke belakang, karena gaya aksi berlawanan arah dengan gaya reaksi.

Baca Juga : Fluida Statis, Tekanan Hidrostatis, Hukum Pascal, Archimedes, Rumus dan Contoh Soal

A. IMPULS, MOMENTUM DAN TUMBUKAN

Berbicara tentang impuls dan momentum sangat erat kaitannya dengan peristiwa tumbukan, gaya rata-rata terhadap waktu tumbukan dan besar kecepatan benda. Ingat : Setiap benda yang memiliki kecepatan pasti memiliki momentum dan besarnya perubahan momentum sama dengan besarnya impuls. Besarnya momentum suatu benda sebanding dengan besarnya massa benda tersebut dikali dengan besarnya kecepatan benda tersebut (p = m.v ; dimana p adalah momentum, m adalah massa dan v adalah kecepatan). Sebelumnya telah saya bahas mengenai hubungan gaya dan momentum. Misalkan gaya total yang di yang diterima oleh sebuah benda di lihat sebagai gaya rata-rata yang dirasakan, maka besarnya gaya rata-rata yang diterima oleh sebuah benda sebanding dengan besarnya perubahan momentum tiap satuan waktu.

Kemudian kita integralkan kedua ruas dan diberikan batas awal dan akhir, maka diperoleh

Diatas telah saya jelaskan besarnya momentum sebanding dengan besarnya massa dikali kecepatan dan besarnya perubahan momentum sama dengan besarnya impuls. Maka diperoleh

Keterangan :
I adalah Impuls (kg.m/s)
p adalah momentum (kg.m/s)
m adalah massa benda (kg)
v adalah kecepan benda (m/s)
F adalah gaya rata-rata yang diterima benda (N)
t adalah waktu (s)
Indeks f menyatakan keadaan akhir (f : final)
Indeks i menyatakan keadaan awal (i : initial)

Pengertian Impuls dan Momentum

Dari persamaan di atas dapat kita simpulkan bahwa.

Impuls adalah hasil kali gaya rata-rata (F) dengan lamanya waktu tumbukan (t)
Hubungan impuls dan momentum adalah besarnya impuls yang diterima sama dengan besarnya perubahan momentum. dan
Momentum adalah hasil kali massa benda dengan kecepatan benda

1. Contoh Soal Impuls

Dalam tendangan penalti, sebuah bola bermassa 600 gram yang awalnya diam pada titik putih ditendang oleh sorang kapten. Jika kecepatan bola setelah ditendang adalah 50 m/s berapakah impuls yang diterima bola tersebut?

Pembahasan :

Diketahui:
m = 600 grm = 0,6 kg
vi = 0 m/s (keadaan awal diam)
vf = 50 m/s (keadaan akhir)
Ditanya : berapakah impuls yang diterima bola tersebut?

Jawab :
Gunakan Hubungan Impuls dan Momentum

I = ∆p = m.∆v

I = m.(vf - vi)

I = 0,6 kg (50 m/s - 0 m/s)

I = 30 kg.m/s

Jadi, impuls yang diterima bola tersebut adalah 30 kg.m/s

Baca Juga : Contoh Soal Impuls dan Momentum Lengkap dengan Pembahasannya

2. Contoh Soal Momentum

Tentukanlah momentum sebuah benda bermassa 2 kg yang bergerak dengan kecepatan 20 m/s

Pembahasan :
m = 2 kg
v = 20 m/s
Ditanya : Momentum benda (p) ?

Jawab :
p = m.v
p = 2 kg . (20 m/s)
p = 40 kg.m/s

Jadi, momentum benda tersebut adalah 40 kg.m/s

3. Contoh Soal Momentum

Sebuah bola bermassa 600 gram bergerak dengan kecepatan 2m/s. Tentukanlah kecepatan bola tersebut setelah menerima gaya sebesar gaya 20 N dalam waktu 0,1 s ?

Pembahasan :
Diketahui:
m = 600 gram = 0,6 kg
vi = 2 m/s
F = 20 N
t = 0,1 s
Ditanya : Kecepatan akhir (vf) ?

Jawab :
Gunakan hubungan gaya dan momentum

kecepatan bola tersebut setelah menerima gaya sebesar gaya 20 N dalam waktu 0,1 s adalah 5,33 m/s

B. MOMENTUM DALAM SISTEM TERISOLASI

Bayangkan kita berdiri diatas permukaan licin (tanpa ada gaya gesek) atau kita berada di luar angkasa tanpa ada gaya bekerja, kemudian kita melempar suatu benda dengan kecepatan v, berapa kecepatan yang kita alami?

Berdasarkan Hukum 3 Newton : besarnya gaya aksi, sama dengan besarnya gaya reaksi namun arahnya berlawanan.

C. HUKUM KEKEALAN MOMENTUM

Misalkan ada dua benda bermassa m1 dan m2 saling berinteraksi dalam sistem terisolasi, berdasarkan Hukum 2 Newton diperoleh besarnya momentum sama dengan gaya total yang bekerja pada benda.

Karena sistem terisolasi, seperti yang telah saya jelaskan di atas, maka

karena momentum total konstan, artinya momentum total awal sama dengan momentum total akhir

Ingat : Kecepatan adalah besaran vektor yaitu besaran yang memiliki nilai dan arah, artinya penting untuk memperhatikan arah kecepatan benda.
Hukum Kekekalan Momentum : Jika dua atau lebih partikel berinteraksi pada sistem yang terisolasi, maka momentum total sistem adalah konstan.
Konsep ini sangat penting untuk menyelesaikan permasalahan pada sistem terisolasi seperti pada tumbukan

D. TUMBUKAN ELASTIS

Ada beberapa jenis tumbukan, yaitu tumbukan elastis sempurna, elastis sebagian dan tidak elastis sama sekali.

1. Tumbukan Elastis Sempurna

Tumbukan elastis sempurna atau tumbukan lenting sempurna terjadi pada atom-atom, inti atom dan partikel-partikel yang berukuran kecil. Tumbukan ini elastis sempurna terjadi ketika energi kinetik sistem konstan atau tidak berubah, artinya total energi kinetik awal sama dengan total energi kinetik akhir. Sehingga, pada sistem tumbukan elastis sempurna berlaku 2 hukum, yaitu hukum kekekalan energi kinetik dan hukum kekekalan momentum.

#Hukum Kekekalan Energi Kinetik
Energi kinetik awal sama dengan energi kinetik akhir

#Hukum Kekekalan Momentum

Kemudian, kita bagi persamaan 1 dengan persamaan 2, maka diperoleh

Jadi, untuk tumbukan lenting sempurna koefisien restitusi (e) adalah 1.

2. Tumbukan Elastis Sebagian

Tumbukan elastis sebagian atau tumbukan lenting sebagian terjadi ketika setelah tumbukan salah satu benda diam dan satunya lagi bergerak. Artinya, pada tumbukan lenting sebagian maka energi kinetik sistem tidak konstan atau berubah ke dalam bentuk energi lain, seperti energi bunyi, panas dan lain sebagainya. Hal ini mengakibatkan energi kinetik sebelum terjadi tumbukan lebih besar dibandingkan dengan energi kinetik benda setelah tumbukan. Karena energi kinetik sebelum lebih besar dari pada energi kinetik setelah artinya, kecepatan benda sebelum akan lebih besar dibandingkan dengan kecepatan benda setelah. Hal ini dikarenakan energi kinetik berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan.

Pada tumbukan lenting sebagian hukum yang berlaku adalah hanya Hukum Kekekalan Momentum, sedangkan hukum kekekalan energi kinetik tidak berlaku.

Jadi, untuk tumbukan lenting sebagian koefisien restitusinya adalah anatara 0 < e < 1

Contoh tumbukan lenting sebagian adalah ketika Anda melepaskan bola voli dari ketinggian tertentu misalkan h1, maka bola tersebut akan pantul kembali pada ketinggian h2 dimana h1 > h2. Kemudian jatuh dan pantul kembali pada ketinggian h3 dengan h1 > h2 > h3 ini terjadi hingga bola berhenti atau h1 > h2 > h3 > ... > 0 (berhenti).

Baca Juga : Pembahasan Contoh Soal Hukum Pascal Lengkap dengan Rumus dan Konsepnya

3. Tumbukan Tidak Elastis Sama Sekali

Tumbukan tidak elastis sama sekali atau tumbukan tidak lenting sama sekali artinya setelah terjadi tumbukan kedua benda menyetu, sehingga kecepatan kedua benda setelah tumbukan adalah sama

Jadi, koefisien restitusi untuk benda tidak lenting sama sekali adalah sama dengan nol.

F. Rangkuman Materi Impuls, Momentum dan Tumbukan

Untuk kumpulan contoh soal impuls, momentum dan tumbukan (tumbukan lenting sempurna, sebagian dan tidak lenting sama sekali) akan saya bahas pada artikel selanjutnya. Artikel ini hanya bahas tentang konsep dan materi penting yang akan digunakan untuk menyelesaikan permasalahan tentang impuls, momentum dan tumbukan.

Like, Share dan Komen artikel ini, karena kami membutuhkan dukungan, saran dan masukkan kalian agar ke depannya kami dapat menyajikan artikel yang bermanfaat dan lebih baik lagi.

Terima kasih telah berkunjung dan semangat belajar.