Momentum dan Impuls

Momentum dan impuls akan dibahas dalam pembahasan kali ini. Adanya momentum serta impuls yang terjadi diakibatkan oleh karena sifat kelembaman. Kelembaman yang dimaksud yaitu sebuah sifat yang dapat mempertahankan keadaan benda dari keadaan bergerak.

Contohnya seperti saat Kamu berada di dalam mobil yang sedang berjalan dengan kecepatan yang tinggi kemudian direm dengan mendadak, pasti Kamu akan terlempar ke depan kan? Untuk lebih jelasnya dapat Kamu simak penjelasan berikut.

Pengertian Momentum dan Impuls

1. Pengertian Momentum dan Rumusnya

Jumlah perkalian antara kecepatan benda yang bergerak dengan massa suatu benda disebut dengan momentum. Momentum ini juga merupakan suatu turunan yang keluar sebab adanya benda yang memiliki massa dan bergerak. Momentum dalam ilmu fisika dilambangkan dengan huruf P, sehingga apabila dirumuskan secara matematis dapat ditulis sebagai berikut:

P = m x v

Dengan P merupakan momentum dengan satuan kg.m/s. m merupakan massa dari suatu benda dengan satuan kg, dan v adalah kecepatan benda bergerak dengan satuan m/s. Karena momentum merupakan suatu besaran vektor, maka perhitungannya harus dijumlahkan secara vektor.

Contohnya apabila terdapat dua buah vektor yaitu momentum p dengan p2 sehingga dapat membentuk sebuah sudut α. Sehingga kedua vektor tersebut dijumlahkan dengan cara vector. besarnya vektor p dapat ditulis rumusnya secara matematis seperti:

Perhatikan gambar berikut

Dari gambar, maka dapat diketahui bahwa aturan penjumlahan vektor akan diikuti oleh penjumlahan momentum.

2. Pengertian Impuls dan Rumusnya

Perhitungan dari hasil kali antara gaya dengan lamanya gaya bekerja merupakan definisi dari impuls. Apabila dirumuskan secara matematis, maka bisa ditulis seperti berikut:

I = F x ∆t

Dengan keterangan bahwa I merupakan impuls dengan satuan N.s, F merupakan gaya dengan satuan N, dan ∆t adalah selang waktu dengan satuan s.

Besarnya gaya yang terdapat dalam impuls adalah konstan. Karena apabila besar suatu gaya tidak konstan akan mempengaruhi penulisannya. Untuk itu supaya bisa menyatakan hubungan antara t dengan F dapat digambarkan dengan kurva. Apabila terdapat gaya konstan F yang bekerja pada benda dalam selang waktu 11 dengan 12 maka besarnya kurva dapat Kamu lihat seperti gambar berikut.

Hubungan antara gaya F dengan selang waktu t dinyatakan dengan kurva seperti gambar di atas, dan besarnya suatu impuls. Luas daerah yang diarsir pada gambar di atas sebesar F (t2 – t1) atau I, yang mana akan selalu sama dengan impuls gaya yang ada. Dalam perhitungan impuls juga harus memperhatikan bahwa impuls adalah suatu besaran vektor.

Hubungan Antara Momentum dan Impuls beserta Rumusnya

1. Hubungan antara Momentum dengan Energi Kinetik
Suatu benda yang memiliki energi kinetik tentu memiliki massa sebesar m, memiliki gerak dengan kecepatan v, sehingga dapat dirumuskan secara matematis sebagai berikut:

Ek = ½ mv²

Besar momentum linear P tersebut bisa ditulis dengan persamaan dari energi kinetik kemudian dikalikan. Sehingga akan terdapat hubungan momentum dan impuls dengan energi kinetik yang dapat dirumuskan secara matematis sebagai berikut:

2. Besarnya Impuls Sama dengan Besar Perubahan Momentum
Apabila suatu benda yang memiliki massa m awalnya bergerak dan memiliki kecepatan v1, selanjutnya dalam benda tersebut terdapat sebuah gaya yang bekerja sebesar F dengan arah dan kecepatan mula-mula sebesar ∆t, sehingga kecepatan benda tersebut berubah menjadi v2.

Supaya Kamu bisa menguraikan hubungan momentum dan impuls yang ada pada hal tersebut, maka Kamu bisa menggunakan arah gerak yang awalnya memiliki arah positif dan dengan melalui hukum 2 newton. Yang mana rumusnya dapat diuraikan sebagai berikut:

F = m x a
F = m (v2 – v1) x ∆t
F x ∆t = m x v2 – m x v1

Dari rumus tersebut, ruas daerah kiri adalah impuls gaya sedangkan ruas dari sebelah kanan adalah perubahan momentum yang terjadi. Yang mana perlu Kamu ingat bahwa perubahan momentum tersebut terjadi karena perubahan momentum sama dengan impuls gaya yang terdapat pada sebuah benda. Dapat dirumuskan seperti:

F x ∆t = m x v2 – m x v1
I = P2 – P1
I = ∆p
I = m x v1 – m x v2
I = m (v1 – v2)

Tumbukan serta Hukum dari Kekekalan Momentum

Momentum dan Impuls yang dapat saling bertumbukan tentu melibatkan paling sedikitnya dua arah benda. Seperti apabila pada bola A dengan bola B. yang mana ketika tumbukan belum terjadi, bola A memiliki gerak yang mendatar dengan arah ke kanan dan memiliki momentum m_av_a sedangkan bola B memiliki gerak ke arah kiri serta memiliki momentum m_bv_b.

Gambar tersebut merupakan tumbukan dari dua benda yang awalnya memiliki arah serta momentum yang berbeda. Sehingga momentum yang terjadi sebelum tumbukan bisa dituliskan rumus sebagai berikut:

P = m_av_a + m_bv_b

Sedangkan untuk rumus momentum yang terjadi setelah tumbukan dapat Kamu tulis rumusnya seperti:

P’ = m_av’_a + m_bv’_b

Apabila merujuk pada hukum kekekalan sebuah energi, maka berlaku juga hukum kekekalan momentum yang mana adanya momentum sebuah benda antara sebelum serta sesudah terjadinya tumbukan adalah sama.

Untuk itu dapat Kamu simpulkan bahwa peristiwa tumbukan yang terjadi memiliki jumlah momentum pada benda sesudah ataupun sebelum terjadinya suatu tumbukan adalah tetap, dengan catatan tidak terdapat gaya dari luar yang mempengaruhi benda tersebut.

Pernyataan tersebut selanjutnya dapat dikatakan sebagai hukum kekekalan momentum yang linier. Apabila dirumuskan secara matematis, maka adanya dua buah benda yang saling bertumbukan bisa Kamu tulis seperti berikut:

Pa + Pb = P’a + P’b Atau dapat pula ditulis m_av_a + m_bv_b = m_av’_a + m_bv’_b

Jenis-Jenis Tumbukan Yang Terdapat

Akan berlaku hukum kekekalan momentum apabila dua buah benda yang saling bertumbukan serta tidak terdapat adanya gaya luar yang bekerja pada benda yang saling bertumbukan tersebut. Akan tetapi energi kinetik total masih bisa mengalami perubahan. Hal tersebut dikarenakan terdapat perubahan energi kinetik yang masih bisa berubah.

Perlu Kamu ketahui bahwa hal tersebut ternyata disebabkan oleh perubahan energi kinetik yang berubah menjadi energi lain dalam bentuk kalor maupun bunyi ketika tumbukan terjadi. Tumbukan yang terjadi jenis ini disebut dengan tumbukan jenis yang tidak lenting sempurna. Sedangkan tumbukan yang memiliki energi kinetik tetap maka disebut tumbukan lenting sempurna.

Sehingga secara garis besarnya, tumbukan dapat diklasifikasikan menjadi:

1. Tumbukan lenting sempurna
2. Tumbukan lenting tidak sempurna, dan
3. Tumbukan tidak lenting sebagian

Contoh Soal Momentum dan Impuls

Seorang anak memiliki badan yang sangat gemuk dengan berat badan yang dimiliki oleh anak tersebut sebesar 110 kg, anak tersebut mengejar layang-layang yang putus dengan kecepatan larinya sebesar 72 km/jam. Hitunglah besarnya momentum pada anak tersebut.

Diketahui:
m = 110 kg
v = 72 km/jam = 72000/3600 – 20 m/s

Jawab:
P = m x v
P = 110 x 20 = 2.200 kg m/s