Modul Momentum dan Impuls

Pernahkah kamu menyaksikan tabrakan antara dua kendaraan di jalan. Apa yang terjadi ketika dua kendaraan bertabrakan. Pada peristiwa tabrakan, dua kendaraan dengan kecepatan tinggi akan mengalami kerusakan lebih parah dari pada dua kendaraan dengan kecepatan rendah. Hal ini terjadi, karena semakin besar massa dan kecepatan yag dimiliki benda bergerak maka semakin sulit untuk dihentikan dan makin besar akibatnya.

Kondisi mobil atau sepeda motor mungkin hancur berantakan. Kalau kita tinjau dari ilmu fisika, fatal atau tidaknya tabrakan antara kedua kendaraan ditentukan oleh momentum kendaraan tersebut. Dalam ilmu fisika terdapat dua jenis momentum yaitu momentum sudut dan momentum linier. Momentum linier biasanya disebut momentum. Maka momentum adalah hasil kali massa dan kecepatan.

Momentum adalah ukuran kesukaan untuk memberhentikan suatu benda, dan didefinisikan sebagai hasil kali massa dengan kecepatan. Momentum disebut juga dengan pusa sehingga dilambangkan p. Momentum suatu benda (P) yang bermassa m dan bergerak dengan kecepatan v diartikan sebagai :

Massa merupakan besaran skalar, sedangkan kecepatan merupakan besaran vektor. Perkalian antara besaran skalar dengan besaran vektor akan menghasilkan besaran vektor. Jadi, momentum merupakan besaran vektor. Arah momentum searah dengan arah kecepatan.

Momentum sebuah partikel dapat dipandang sebagai ukuran kesulitan untuk mendiamkan benda. Sebagai contoh, sebuah truk berat mempunyai momentum yang lebih besar dibandingkan mobil yang ringan yang bergerak dengan kelajuan yang sama. Gaya yang lebih besar dibutuhkan untuk menghentikan truk tersebut dibandingkan dengan mobil yang ringan dalam waktu tertentu.

Apa yang menyebabkan suatu benda diam menjadi gerak? Anda telah mengetahuinya, yaitu gaya. Bola yang diam bergerak ketika gaya tendangan Anda bekerja pada bola. Gaya tendangan Anda pada bola termasuk gaya kontak yang bekerja dalam waktu yang singkat. Gaya seperti ini disebut gaya implusif. Jadi, gaya implusif mengawali suatu percepatan dan menyebabkan bola bergerak cepat dan makin cepat. Gaya implusif mulai dari nilai nol pada saat t min, bertambah nilainya secara cepat ke suatu nilai puncak, dan turun drastic secara cepat ke nol pada saat t maks.

Impuls = F . Δt

Apakah impuls termasuk besaran scalar atau vector ? Impuls adalah hasil kali antara besaran vector gaya F dengan besaran scalar selang waktu t, sehingga impuls termasuk besaran vector. Arah impuls I searah dengan arah gaya implusif F.

Teorema impuls-momentum adalah:

Impuls yang dikerjakan pada suatu benda sama dengan perubahan momentum yang dialami benda itu, yaitu beda antara momentum akhir dengan momentum awalnya.

Momentum benda erat kaitannya dengan gaya. Artinya, untuk memperbesar atau memperkecil nilai momentum dibutuhkan gaya. Berdasarkan hukum newton II :

ž ∑F = m . a

= m . , sedangkan m . Δv = Δp sehingga :

ž ∑F = , rumus tersebut dapat di ubah menjadi :

ž ∑F . Δt = Δp

ž I = Δp , sehingga dapat dikatakan bahwa impuls sama dengan perubahan momentum.

Momentum termasuk besaran yang kekal seperti halnya energi, artinya jumlah momentum dua buah benda yang saling bertumbukan adalah konstan. Secara rinci dapat dinyatakan jumlah momentum sebelum dan sesudah tumbukan adalah sama.

m₁ . v₁ + m₂ . v₂ = m₁’ . v₁’ + m₂’ . v₂’

v₁’ dan v₂’ masing – masing adalah kecepatan kedua benda setelah tumbukan.

Catatan : dalam menggunakan rumus tersebut harus memperhatikan tanda arah kecepatan benda.

Tumbukan antar benda merupakan peristiwa yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari – hari. Kita dapat menganalisis tumbukan berdasarkan hukum kekekalan momentum dan kekekalan energi.

Tumbukan ada tiga macam :

a. Tumbukan lenting sempurna

Jika dua benda sangat keras bertumbukkan dan tidak ada panas yang dihasilkan oleh tumbukan, maka energi kinetiknya kekal, artinya energi kinetik total sebelum tumbukan sama dengan total sesudah tumbukan. Dalam hal ini, momentum totalnya juga kekal. Tumbukkan seperti ini disebut dengan tumbukan lenting sempurna. Sehingga berlaku :

m₁ . v₁ + m₂ . v₂ = m₁’ . v₁’ + m₂’ . v₂’ (kekekalan momentum)

m₁ . v₁² + m₂ . v₂² = m₁’ . v₁²’ + m₂’ . v₂²’ (kekekalan energi)

Catatan = tanda aksen mrnunjukkan setelah tumbukkan. Nilai koefisian tumbukan (e) jenis ini adalah 1

b. Tumbukan Lenting Sebagian

Jika akibat tumbukan terjadi panas yang hilang, maka energi kinetik total serta momentum tidak kekal. Tumbukan jenis ini disebut lenting sebagian, Sehingga berlaku :

m₁ . v₁ + m₂ . v₂ = m₁’ . v₁’ + m₂’ . v₂’ (kekekalan momentum)

Ek₁ + Ek₂ =Ek₁’ + Ek₂’ + energi panas dan bentuk lainnya ( energi kinetik yang hilang ), sehingga : ∑Ek_awal - ∑Ek_akhir = energi kinetik yang hilang.

Nilai koefisien tumbukan jenis ini adalah e = 0.

c. Tumbukan tidak lenting

m₁ . v₁ + m₂ . v₂ = (m₁’+ m₂’) . v’ (kekekalan momentum)

Jika akibat tumbukan dua benda bergabung menjadi satu, maka tumbukan jenis ini disebut tidak lenting sama sekali. Pada tumbukan jenis ini ada jumlah maksimum energi kinetik yang di ubah menjadi bentuk lain, tetapi momentum totalnya tetap kekal. Sehingga berlaku :

∑Ek_awal - ∑Ek_akhir = energi kinetik yang hilang

Nilai koefisien tumbukan jenis ini adalah e = 0.

Hukum kekekalan Momentum berlaku pada peristiwa :

Tumbukan benda

Interaksi dua benda

Peristiwa ledakan

Peristiwa tarik-menaik

Peristiwa jalannya roket maupun jet

2.5 Penerapan Hukum Momentum dalam kehidupan sehari hari

a. Peluncuran Roket

Sebuah roket diluncurkan vertikal ke atas menuju atmosfer Bumi. Hal ini dapat dilakukan karena adanya gaya dorong dari mesin roket yang bekerja berdasarkan perubahan momentum yang diberikan oleh roket. Pada saat roket sedang bergerak, akan berlaku hukum kekekalan momentum. Pada saat roket belum dinyalakan, momentum roket adalah nol. Apabila bahan bakar di dalamnya telah dinyalakan, pancaran gas mendapatkan momentum yang arahnya ke bawah. Oleh karena momentum bersifat kekal, roket pun akan mendapatkan momentum yang arahnya berlawanan dengan arah buang bersifat gas roket tersebut dan besarnya sama. Secara matematis gaya dorong pada roket dinyatakan dalam hubungan berikut.

FΔt = Δ(mv)

F = v(Δm/ Δt)

dengan: F = gaya dorong roket (N), (Δm/Δt)= perubahan massa roket terhadap waktu (kg/s), dan v = kecepatan roket (m/s).

b. Air Safety Bag (kantong udara)

Air Safety Bag (kantong udara) digunakan untuk memperkecil gaya akibat tumbukan yang terjadi pada saat tabrakan. Kantong udara tersebut dipasangkan pada mobil serta dirancang untuk keluar dan mengembang secara otomatis saat tabrakan terjadi. Kantong udara ini mampu meminimalkan efek gaya terhadap benda yang bertumbukan. Prinsip kerjanya adalah memperpanjang waktu yang dibutuhkan untuk menghentikan momentum pengemudi.Saat tabrakan terjadi, pengemudi cenderung untuk tetap bergerak sesuai dengan kecepatan gerak mobil. Gerakan ini akan membuatnya menabrak kaca depan mobil yang mengeluarkan gaya sangat besar untuk menghentikan momentum pengemudi dalam waktu sangat singkat. Apabila pengemudi menumbuk kantong udara, waktu yang digunakan untuk menghentikan momentum pengemudi akan lebih lama sehingga gaya yang ditimbulkan pada pengemudi akan mengecil. Dengan demikian, keselamatan si pengemudi akan lebih terjamin.

c. Desain Mobil

Desain mobil dirancang untuk mengurangi besarnya gaya yang timbul akibat tabrakan. Caranya dengan membuat bagian-bagian pada badan mobil agar dapat menggumpal sehingga mobil yang bertabrakan tidak saling terpental satu dengan lainnya.Mengapa demikian?Apabila mobil yang bertabrakan saling terpental, pada mobil tersebut terjadi perubahan momentum dan impuls yang sangat besar sehingga membahayakan keselamatan jiwa penumpangnya.

Daerah penggumpalan pada badan mobil atau bagian badan mobil yang dapat penyok akan memperkecil pengaruh gaya akibat tumbukan yang dapat dilakukan melalui dua cara, yaitu memperpanjang waktu yang dibutuhkan untuk menghentikan momentum mobil dan menjaga agar mobil tidak saling terpental. Rancangan badan mobil yang memiliki daerah penggumpalan atau penyok tersebut akan mengurangi bahaya akibat tabrakan pada penumpang mobil. Beberapa aplikasi Hukum Kekekalan Momentum lainnya adalah bola baja yang diayunkan dengan rantai untuk menghancurkan dinding tembok.

2.6. Contoh soal mengenai momentum

1. Tono yang bermassa 50 kg, naik sepeda dengan kecepatan 36 km/jam.
Tentukan momentum Tono jika sepeda bergerak pada arah sumbu x.

Pembahasan :

Diketahui : Massa Tono (m) = 50 kg
                 Kecepatan (v)   =  36 km/jam = 10 m/s
Ditanya    : P
Jawab      : P    =  m.v
                       = 50 kg . 10 m/s
                       = 500 kg.m/s

Jadi, momentum tono adalah 500 kgm/s

2. Sebuah gerbong kereta api (m = 10000 kg) bergerak ke arah timur dengan kecepatan 24 m/s menabrak gerbong kosong (m=6000 kg) lain yang sejenis yang sedang dalam keadaan diam, sehingga setelah tumbukan, kedua gerbong bersatu. Tentukan arah dan kecepatan kedua gerbong tersebut setelah tumbukan!

Diketahui : m1 = 10000 kg

m2 = 6000 kg

v1 = 24 m/s

v2 = 0

Ditanya : arah dan v’

Jawab : m₁ . v₁ + m₂ . v₂ = m₁’ . v₁’ + m₂’ . v₂’, karena kedua gerbong setelah tumbukan bersatu, maka v’ (kecepatan akhirnya sama. Sehingga berlaku rumus :

m₁ . v₁ + m₂ . v₂ = (m₁’+ m₂’) . v’

10000 . 24 + 6000 . 0 = (10000 + 6000) . v’

240000 = 16000 . v’

v’ =

v’ = 15 m/s

Jadi, kedua gerbong bergerak bersama dengan kecepatan 15 m/s ke arah timur.

3. Hitung kecepatan balik sebuah senapan 5,0 kg yang menembakkan peluru 0,050 kg dengan laju 120 m/s!

Diketahui : m1 (massa senapan) = 5,0 kg

m2 (massa peluru) = 0,050 kg

v1, v2 = 0

v2’ = 120 m/s

Ditanya : v1’

Jawab : m₁ . v₁ + m₂ . v₂ = m₁’ . v₁’ + m₂’ . v₂’

5 . 0 + 0,05 . 0 = 5 . v₁’ + 0,05. 120

0 + 0 = 5 v₁’ + 6

-6 = 5 v₁’

v₁’ =

v₁’ = -1,2 m/s

Jadi, kecepatan balik senapan berada pada arah yang berlawanan dengan kelajuan 1,2 m/s.

BAB III

( PENUTUP )

3.1 Kesimpulan

Momentum adalah sebuah nilai dari perkalian materi yang bermassa / memiliki bobot dengan pergerakan / kecepatan. Dalam fisika momentum dilambangkan huruf ‘p’, secara matematis momentum dapat dirumuskan :

P= m.v

P = momentum, m = massa, v = kecepatan

Momentum akan berubah seiring dengan perubahan massa dan kecepatan. Semakin cepat pergerakan suatu materi/benda akan semakin cepat juga momentumnya. Semakin besar momentum, maka semakin dahsyat kekuatan yang dimiliki suatu benda. Jika materi dalam keadaan diam, maka momentumnya sama dengan nol. (filosofi : jika manusia tidak mau bergerak / malas, maka hasil kerjanya sama dengan nol).

Peristiwa – peristiwa yang terjadi sehari – hari erat kaitannya dengan momentum. salah satunya adalah tumbukan / tabrakan.

3.2. Saran

Dengan mengetahui dan mempelajari momentum, kita diharapkan dapat menganalisis apapun yang terjadi dalam kehidupan sehari – hari secara rasional. Momentum pula sangat banyak fungsinya dalam penggunaan berbagai alat yang berdaya guna dan bernilai dalam kehidupan. Jadi amatlah penting untuk mempelajari materi ini agar kita mengetahui asal muasal dari benda – benda yang kita pakai seperti yang disebutkan di atas.

DAFTAR PUSTAKA

https://momemtum-implus.blogspot.com

https://hukum.kekekalan-momentum.wordpress.com

http://makalah.implus-penerapan.momentum.co.id

endarko,dkk.2008.fisika teknologi jilid 1.departemen pendidikan nasional