MOMENTUM, IMPULS, DAN TUMBUKAN

Momentum dan Impuls merupakan besaran-besaran dalam fisika yang muncul akibat benda bergerak dan berinteraksi (bertumbukan) dengan benda lain. Besaran-besaran tersebut akan mempengaruhi sifat dan karakteristik suatu benda, dan dengan pengetahuan ini akan mampu menjawab permasalahan-permasalahan yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari dan mampu dimanfaatkan untuk kemaslahatan umat manusia.

1. Momentum (p) 

Momentum merupakan salah satu sifat yang pasti dimiliki oleh benda yang bergerak. Momentum dapat didefinisikan sebagai tingkat kesukaran untuk menghentikan gerak suatu benda. Perhatikan gambar kejadian berikut ! 

Jika mobil dan sepeda masing-masing bergerak dengan kecepatan sama, terlihat dari gambar di atas bahwa dampak dari kerusakannya ternyata mobil memiliki dampak yang lebih besar dibanding sepeda ketika menabrak pohon. Hal ini membuktikan bahwa mobil yang massanya lebih besar dari pada sepeda (mp > ms) akan menyebabkan gerak benda tersebut sulit dihentikan.

Berdasarkan analisa di atas, karena momentum (p) merupakan tingkat kesukaran untuk menghentikan gerak suatu benda maka persamaan momentum linier dapat ditulis : 

Keterangan : 

p = momentum (kg.m.s) 

m = massa benda (kg) 

v = Kecepetan benda (m/s) 

Momentum merupakan besaran vektor, yang arahnya sarah dengan kecepatan benda tersebut.

Contoh Soal 

Suatu benda bermassa 40 kg dan bergerak dengan kecepatan 5 m/s. Tentukan momentum yang dimiliki oleh benda tersebut ! 

Pembahasan: 

Benda yang bergerak pasti memiliki momentum, dan berdasarkan konsep dapat ditentukan sebagai berikut 

 𝒑 = 𝑚 . 𝒗

𝒑 = 𝟒𝟎 × 𝟓  

𝒑 = 𝟐𝟎𝟎 𝒌𝒈. 𝒎/𝒔

Jadi, besar momentum benda tersebut ketika bergerak adalah 200 kg.m/s searah dengan arah kecepatannya

2. Impuls (I) 

Impuls (I) merupakan gaya kontak rata-rata F yang bekerja pada suatu benda yang terjadi dalam selang waktu yang sangat singkat (Δt ~ 0). 

Untuk memahami konsep impuls perhatikan gambar berikut ! 

Berdasarkan gambar di atas, pada bola diberikan gaya sentuh (F) dengan selang waktu (Δt) yang sangat singkat , sehingga menghasilkan efek pada bola tersebut semakin besar. Efek dari pemberian gaya rata-rata F pada suatu benda dalam selang waktu Δt tertentu inilah yang disebut sebagai Impuls (I).

Keterangan :

I = Impuls (N. s atau kg.m.s) 

F = Gaya Impulsif (Newton) 

Δt = Waktu sentuhan antara gaya dan benda (sekon) 

 Impuls (I) termasuk besaran vektor yang arahnya selalu searah dengan gaya impulsif (F). 

Contoh Soal : 

Seorang pemain sepakbola melakukan tendangan terhadap bola dengan gaya F sebesar 20 Newton. Apabila waktu sentuh antara kaki dan bola adalah 0,01 sekon, Tentukan besar impuls yang terjadi pada bola tersebut. 

Pembahasan :

Diketahui :

F = 20 Newton 

Δt = 0,01 sekon 

Ditanya I = ...? 

Berdasarkan konsep Impuls diperoleh 

𝑰 = 𝑭 . ∆𝒕 

𝑰 = 20 × 0,01 

𝑰 = 𝟎, 𝟐 𝑵. 𝒔 

Jadi, besar impuls yang bekerja pada bola tersebut adalah 0,2 N.s, searah dengan arah gaya rata-rata (F) yang diberikan pada bola tersebut. 

3. Hubungan Impuls (I) dan Momentum (p) 

Perhatikan kejadian pada gambar berikut !

Suatu bola yang mula-mula bergerak dengan kecepatan v1 diberi gaya sebesar F . gaya tersebut bekerja pada bola sehingga mengakibatkan bola tersebut bergerak dipercepat dan kecepatannya berubah menjadi v2. Dalam kejadian ini bola akan bergerak dengan percepatan konstan (GLBB) dalam rentang waktu tertentu (Δt), sehingga berlaku hukum II Newton, dan dapat di tulis : 

Jadi berdasarkan penurunan persamaan hubungan antara Impuls (I) dan Momentum (p) di atas dapat disimpulkan bahwa : 

Contoh Soal :

Perhatikan gambar berikut ! 

Bola kasti bermassa 1 50 gram bergerak dengan kecepatan 10 m/s ke dinding dengan arah tegak lurus. Bola kasti menumbuk dinding selama 0,05 sekon dan dipantulkan kembali dengan kecepatan 8 m/s. Tentukan besarnya gaya kontak antara bola dan dinding

Pembahasan 

Diketahui : 

m = 150 gram = 0,15 kg 

v = 10 m/s (bergerak kekanan) 

v’ = -8 m/s (bergerak kekiri) 

Δt = 0,05 sekon 

Ditanya : Gaya kontak antara bola dan dinding (F) 

Berdasarkan konsep hubungan antara Impuls dan Momentum diperoleh 

         𝑰 = 𝒑𝟐 − 𝒑𝟏 

        𝑰 = 𝑚 𝑣2 − 𝑚 𝑣1 

Jadi, besar gaya kontak antara bola dan dinding adalah 54 Newton dengan arah kekiri.

4. Hukum Kekekalan Momentum Linier 

Jika terdapat dua buah benda yang bertumbukan maka akan mempengaruhi pergerakan kedua benda tersebut setelah bertumbukan. Perhatikan gambar berikut ! 

Benda A bermassa mA dan benda B bermassa mB bergerak berlawanan arah dengan kecepatan vA dan vB. Ketika kedua bola tersebut bertumbukan dengan selang waktu (Δt) yang sama. Dari kejadian tersebut dapat dianalisa bola A memberikan gaya pada benda B (FAB) dan benda B mengerjakan gaya kepada benda A (FBA) yang sama besar tetapi arahnya berlawanan arah dan berlaku hukum III Newton, sehingga dapat ditulis :

Contoh Soal : 

Sebuah balok kayubermassa 3kgyang diam diatas lantai ditembak sebutir peluru bermassa 60 gram dengan kecepatan 120 m/s. Jika peluru menembus balok dan kecepatannya berubah menjadi 80 m/s. Tentukan kecepatan balok tersebut setelah tembakan? 

Pembahasan :

 

Perhatikan ilustrasi gambar kejadian kasus berikut

Jadi, sesaat setelah peluru menumbuk benda, maka benda tersebut bergerak dengan kecepatan 0,8 m/s

5. Jenis-Jenis Tumbukan

   a. Tumbukan lenting sempurna

       Perhatikan gambar berikut:

       Tumbukan lenting sempuna memiliki syarat sebagai berikut : 

       1.   Berlaku hukum kekekalan momentum 

       2.   Tidak ada energi gerak yang hilang pada benda sebelum dan sesudah terjadinya tumbukan                       (berlaku   hukum kekekalan energi mekanik) 

       3.    Memiliki koefisien restitusi sama dengan 1 (e = 1)

     b. Tumbukan lenting sebagian

      

         Tumbukan lenting sebagian  jika memiliki syarat sebagai berikut :

         1.  Berlaku hukum kekekalan momentum 

         2. Tidakberlaku hukum kekekalan energi mekanik, karena pada peristiwa ini ada energi gerak                      yang hilang pada benda 

         3.  Setelah tumbukan benda bergerak sendiri-sendiri (tidak menyatu) 

         4.  Memiliki nilai koefisien  restitusi (e) yaitu 0 < e < 1 

     c. Tumbukan tidak lenting sama sekali 

         Perhatikan gambar kejadian berikut !

        

     Peristiwa di atas merupakan contoh terjadinya tumbukan tidak lenting sama sekali. Pada tumbukan         jenis ini, setelah terjadi tumbukan, maka kedua benda tersebut menyatu dan bergerak bersama-sama       sehingga setelah tumbukan kedua benda tersebut memiliki kecepatan yang sama (v1’ = v2’ = v’).

    

     Adapun syarat suatu benda terjadi tumbukan tidak lenting sama sekali yaitu : 
     1. Berlaku hukum kekekalan momentum 
    2. Tidak berlaku hukum kekekalan energi mekanik, karena terdapat energi gerak yang hilang pada               diri benda
    3. Benda menyatu setelah tumbukan sehingga kecepatan setelah tumbukan sama dan bergerak                     kearah yang sama (v1’ = v2’ = v’).

    4.  Memiliki nilai koefisien restitusi sama dengan nol (e = 0)