Impuls dan Momentum

Impuls dan Momentum


Dalam Fisika, Momentum identik dengan kemampuan suatu benda untuk membenturkan diri/menumbuk pada suatu bidang atau mungkin pada Benda lain. Sedangkan Impuls adalah sesuatu yang diberikan pada suatu benda sehingga ia mempunyai Momentum /kemampuan membentur/menumbuk. Impuls berupa suatu gaya. Semakin lama dan semakin besar gaya diberikan, maka Impuls yang diterima suatu benda juga akan semakin besar. Secara umum Impuls didefinisikan sebagai perkalian antara gaya dengan  waktu.


I=F.t
Persamaan tersebut digunakan jika gaya yang diberikan memiliki nilai yang tetap.
Satuan Impuls adalah kg.m/s atau N.s
Kedua satuan tersebut sebenarnya sama saja.


Sedangkan Momentum didefinisikan sebagai perkalian antara massa benda dengan kecepatannya.

p=m.v
Satuan Momentum sama dengan satuan Impuls yaitu kg.m/s atau N.s

Sebuah benda bermassa yang bergerak memiliki Momentum. Dan ketika ia diberi Impuls maka Momentumnya akan bertambah. Karena Impuls adalah sesuatu yang bisa membuat benda memiliki kemampuan untuk membenturkan diri/menumbuk suatu bidang /suatu benda.
p=po+I

p adalah Momentum setelah diberi Impuls.
po adalah Momentum awal benda sebelum diberi Impuls.
I adalah Impuls yang diberikan pada suatu benda.

1. Suatu benda bermassa 10 kg bergerak dengan kecepatan 6 m/s. Berapakah Momentum benda tersebut?
A. 20 kg.m/s
B. 30 kg.m/s
C. 40 kg.m/s
D. 50 kg.m/s
E. 60 kg.m/s

Jawab:
Momentum=massa X Kecepatan
p=m.v=10kg.6 m/s=60kg.m/s
Jawaban=E. 60 kg.m/s

2. Sebuah benda awalnya memiliki Momentum 10 kg.m/s. Lalu ia diberikan Impuls sebesar 15 N.s. Berapakah Momentumnya setelah ia diberi Impuls tersebut?
A. 30 kg.m/s
B. 25 kg.m/s
C. 10 kg.m/s
D. 15 kg.m/s
E. 150 kg.m/s

Jawab:
po=10 kg.m/s
I= 15 N.s
p=po+I= 10+15=25 kg.m/s
Jawaban=B. 25 kg.m/s


3. Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan awal 5 m/s. Lalu ia diberi Impuls sebesar 30 N.s. Berapakah kecepatan benda setelah diberi Impuls tersebut?
A. 5 m/s
B. 10 m/s
C. 15 m/s
D. 20 m/s
E. 25 m/s

Jawab:
m=2 kg
Vo=5 m/s
I=30 N.s
V=?
Momentum awal benda adalah
po=m.Vo
     =2. 5=10 kg.m/s
Momentum akhir benda adalah
p=po+I
  =10+30=40
p=40
m.V=40
2.V=40
V=40/2=20 m/s
Jawaban=D. 20 m/s


4. Suatu benda bermassa 3 kg bergerak dengan kecepatan awal 10 m/s. Lalu ia diberi Momentum sehingga kecepatannya menjadi 20 m/s. Berapakah Impuls yang diberikan pada Benda tersebut?
A. 10 N.s
B. 20 N.s
C. 30 N.s
D. 40 N.s
E. 50 N.s

Jawab:
m=3 kg
Vo=10 m/s
V=20 m/s
I=?
Momentum awal benda
po=m.Vo = 3.10
    =30 kg.m/s
Momentum akhir benda
p=m.V=3. 20
  =60 kg.m/s
p=po+I
60=30+I
I=60-30=30 N.s
Jawaban=C. 30 N.s


5.

Sebuah benda bermassa 5 kg bergerak dengan kecepatan awal 2 m/s. Lalu ia diberi gaya tetap sebesar 10 Newton selama 3 detik. Berapakah kecepatannya sekarang?
A. 8 m/s
B. 10 m/s
C. 16 m/s
D. 24 m/s
E. 20 m/s

Jawab:
m=5 kg
Vo=2 m/s
F=10 N
t=3 detik
V=?
Momentum awal
po=m.Vo=5.2=10 kg.m/s
I=F.t=10.3=30 N.s
p=po+I
p=10+30=40
p=40
m.V=40
5.V=40
V=40/5=8 m/s
Jawaban=A. 8 m/s

Tumbukan 

Pernahkah Anda mendengar peristiwa kecelakaan 2 kereta api yang berpapasan di Bintaro, Jakarta Selatan?
Dalam kecelakaan yang memakan banyak korban jiwa tersebut mengakibatkan 2 kereta rusak parah. Bayangkan saja bagaimana Momentum dari 2 kereta tersebut. Kedua kereta memiliki massa yang sangat besar, sehingga Momentumnya pun juga sangat besar. Dan ketika 2 kereta tersebut bertabrakan, maka akan terjadi kerusakan yang sangat parah.

Dalam fisika, hal tersebut bisa dikatakan sebagai tumbukan. Contoh lain dari tumbukan adalah, tumbukan antara bola billiard, tumbukan antara paku dan palu, tumbukan saat sebuah bola basket memantul ke tanah, dan masih banyak lagi. Dalam tumbukan jika tidak ada gaya luar yang bekerja maka berlaku hukum kekekalan Momentum, yaitu Momentum total sebelum tumbukan, sama dengan Momentum total setelah tumbukan.
Dalam mengerjakan soal-soal tentang tumbukan, kita perlu cermat dalam arah gerak benda. Jika benda itu bergerak dengan kecepatan tertentu ke kiri maka kita perlu memberikan tanda negatif pada kecepatan tersebut.

1.

Sebuah  bola billiard hitam yang memiliki massa 5 kg dengan kecepatan 10 m/s menumbuk bola billiard kuning yang diam bermassa 3 kg. Jika setelah tumbukan, bola billiard hitam bergerak ke kanan dengan kecepatan 4 m/s, berapakah kecepatan bola billiard kuning setelah tumbukan? (abaikan semua kejanggalan tentang massa bola billiard yang begitu besar)
A. 3 m/s
B. 5 m/s
C. 10 m/s
D. 15 m/s
E. 20 m/s

Jawab:
mA=5 kg
mB=3 kg
VA=10 m/s
VB=0 m/s
V'A=4 m/s
V'B=?
Dalam soal tumbukan, jika tidak ada gaya luar yang bekerja, maka berlaku hukum kekekalan Momentum.
Momentum total sebelum tumbukan sama dengan Momentum total sesudah tumbukan.
pA+pB=p'A+p'B
mA.VA+mB.VB=mA.V'A+mB.V'B
5.10+3.0=5.4+3.V'B
50+0=20+3.V'B
50-20=3.V'B
30=3.V'B
V'B=30/3=10 m/s
Jawaban=C. 10 m/s

2. 

Sebuah bola billiard bermassa 5 kg dengan kecepatan 10 m/s menumbuk bola billiard lainnya yang sedang diam (VB=0) memiliki massa yang sama. Jika setelah tumbukan, kedua bola tersebut berserak bersama dengan kecepatan yang sama, berapakah kecepatan bola setelah tumbukan?
A. 5 m/s
B. 6 m/s
C. 7 m/s
D. 8 m/s
E. 9 m/s

Jawab:
mA=5 kg
mB=5 kg
VA=10 m/s
VB=0 m/s
V'=?
Dengan hukum kekekalan Momentum kita bisa mengetahui kecepatan benda sesudah tumbukan
pA+pB=p'A+p'B
mA.VA+mB.VB=mA.V'+mB.V'
5.10+5.0=5.V'+5.V'
50=10.V'
V'=50/10=5 m/s
Jawaban=A. 5 m/s

3.

Bola A bermassa 1 kg bergerak ke arah kanan dengan kecepatan 10 m/s dan menumbuk bola B bermassa 5 kg yang diam. Jika setelah tumbukan bola A bergerak ke arah kiri dengan kecepatan 5 m/s, berapakah kecepatan bola B setelah tumbukan? 

A. 1 m/s

B. 2 m/s

C. 3 m/s

D. 4 m/s

E. 5 m/s

Jawab:

mA=1 kg

mB=5 kg

VA=10 m/s

VB=0 m/s

VA'=-5 m/s (tanda negatif menunjukkan bahwa arah gerak ke kiri)

VB'=?

Karena tidak ada gaya luar yang bekerja, gunakan hukum kekekalan Momentum 

pA+pB=pA'+pB'

mA.VA+mB.VB=mA.VB'+mB.VB'

1.10+5.0=1.(-5)+5.VB'

10=-5+5.VB'

15=5.VB'

VB'=15/5=3 m/s

Jawaban=C. 3 m/s

Koefisien Elastisitas/ Koefisien Restitusi 

Koefisien restitusi didefinisikan sebagai perbandingan antara kecepatan relatif antara dua benda sebelum tumbukan dan sesudah tumbukan. Koefisien restitusi diberi lambang e. Koefisien restitusi tidak memiliki satuan. 

1. 

Sebuah bola memiliki kecepatan 10 m/s ke arah kanan. Lalu menghantam tembok dan terpantul dengan kecepatan 8 m/s. Jika tidak ada gaya luar yang bekerja, berapakah nilai koefisien restitusi? 

A. 10

B. 1,8

C. 1

D. 0,8

E. 0

Jawab:

Pada tumbukan tersebut, kecepatan tembok sebelum dan sesudah tumbukan sama, yaitu 0 m/s

V1=VA=10 m/s

V2=Vtembok=0 m/s

V1'=VA'=-8 m/s (tanda negatif karena arahnya ke kiri)

V2'=Vtembok'= 0 m/s

e=?

Jawaban=D. 0,8

2. 

Bola A bergerak dengan kecepatan 10 m/s menumbuk bola B yang sedang diam. Jika setelah tumbukan, mereka bergerak bersama sama dengan kecepatan 5 m/s, tentukan nilai dari koefisien restitusi. 

A. 0

B. 0,2

C. 0,5

D. 0,8

E. 1

Jawab:

V1=VA=10 m/s

V2=VB=0 m/s

V1'=V2'=VA'=VB'=5 m/s

Jawaban=A. 0

3. 

Benda A dan B memiliki massa yang sama yaitu 1 kg. Mereka bergerak berlawanan arah seperti pada gambar. Benda A bergerak ke kanan dengan kecepatan 6 m/s dan benda B bergerak ke kiri dengan kecepatan 4 m/s. Berapakah kecepatan benda A dan benda B setelah tumbukan jika koefisien restitusinya=0,8? 

A. VA'=5 m/s ke kiri, VB'=3 m/s ke kanan

B. VA'=3 m/s ke kanan, VB'=5 m/s ke kanan

C. VA'=VB'=3 m/s ke kanan

D. VA'=0 m/s, VB'=8 m/s ke kanan

E. VA'=3 m/s ke kiri, VB'=5 m/s ke kanan

Jawab:

Dalam mengerjakan soal ini, kita harus memberikan nilai negatif pada kecepatan benda yang bergerak ke kiri.

mA=mB=1 kg

VA=6 m/s

VB=-4 m/s

e=0,8 

VA'=?

VB'=?

Kita telah mendapatkan 2 persamaan. Untuk menemukan nilai dari VA' dan VB' kita bisa Menggunakan banyak cara. Tapi kali ini kita akan menggunakan cara eliminasi. 

Nilai VA' yang negatif menandakan bahwa benda A bergerak ke arah kiri setelah tumbukan. 

Jawaban=E. VA'=3 m/s ke kiri, VB'=5 m/s ke kanan

Jenis-jenis Tumbukan

Dalam mengerjakan soal-soal tentang tumbukan, kita sering mendengar istilah istilah seperti tumbukan lenting sempurna/elastis sempurna, tumbukan lenting sebagian, atau tumbukan tidak elastis sama sekali. Beberapa istilah tersebut merupakan gambaran dari nilai koefisien restitusi (e). Koefisien restitusi memiliki nilai terkecil 0 dan nilai terbesar adalah 1.

A. untuk tumbukan lenting sempurna/ tumbukan elastis, nilai e adalah 1

B. Untuk tumbukan lenting/elastis sebagian, nilai e adalah 0<e<1

C. Untuk tumbukan tidak elastis sama sekali, nilai e adalah 0 

Demikian beberapa hal tentang Impuls dan Momentum semoga membantu