PENERAPAN IMPULS MOMENTUM

 

PENERAPAN IMPULS MOMENTUM

Impuls 1. Pengertian Impuls Impuls dinotasikan dengan I, satuannya N.s atau kg.m/s. Untuk membuat benda yang diam menjadi bergerak, maka perlu dikerjakan gaya pada benda tersebut selama selang waktu tertentu. Perhatikan peristiwa berikut : Sebuah bola bergerak dipukul dengan tongkat besar. Gaya pukul tongkat dikalikan dengan selang waktu selama gaya bekerja pada bola impuls. Jadi, Impuls adalah hasil kali gaya konstan sesaat dengan selang waktu gaya bekerja.   Impuls merupakan besaran vektor, jadi perhatikan arah gerak benda serta arah gaya yang bekerja. Contoh lain dalam kehidupan sehari-hari adalah :                                         Contoh Konsep Impuls : Sebuah bola kasti dipukul dengan gaya kontak 50 N antara pemukul dengan bolanya. Jika menghasilkan impuls sebesar 20 Ns. Berapakah selang waktu sentuh antara pemukul dengan bola kasti? Pembahasan :   Impuls juga dapat dihitung dengan metode hitung integral atau metode grafik. Jika gaya F yang bekerja pada sebuah benda tidak tetap. A. Dengan metode Integral Penggunaan metode hitung integral jika gaya F yang bekerja pada sebuah benda tidak tetap. Atau Gaya F bukan merupakan fungsi linear terhadap waktu.       Besar impuls dapat dicari :       Impuls dapat dihitung dari luas daerah yang diarsir. B. Dengan metode Grafik Penggunaan grafik dapat dilakukan jika besar gaya F merupakan fungsi linear terhadap waktu       Impuls = luasan grafik di bawah kurva.     Contoh Konsep impuls dalam grafik : Pada sebuah benda bermassa 0,5 kg bekerja gaya dalam selang waktu seperti pada gambar:     Berapakah impuls yang dihasilkan ?       2. Penerapan konsep Impuls dalam kehidupan sehari-hari 1. Sarung Tinju          Pernah nonton pertandingan Tinju di TV ? nah, sarung tinju yang dipakai oleh para petinju itu berfungsi untuk memperlama bekerjanya gaya impuls. ketika petinju memukul lawannya, pukulannya tersebut memiliki waktu kontak yang lebih lama. Karena waktu kontak lebih lama, maka gaya impuls yang bekerja juga makin kecil. Makin kecil gaya impuls yang bekerja maka rasa sakit menjadi berkurang.   2. Palu atau pemukul           Mengapa palu tidak  dibuat dari kayu saja,tetapi dibuat dari besi ? tujuannya supaya selang waktu kontak menjadi lebih singkat, sehingga gaya impuls yang dihasilkan lebih besar. Kalau gaya impulsnyabesar, maka paku, misalnya, akan tertanam lebih dalam. 3. Matras        Matras sering dipakai ketika olahraga atau biasa dipakai para pejudo. Matras dimanfaatkan untuk memperlama selang waktu bekerjanya gaya impuls, sehingga tubuh kita tidak terasa sakit ketika dibanting. Bayangkanlah ketika dirimu dibanting atau berbenturan dengan lantai? Ini disebabkan karena waktu kontak antara tubuhmu dan lantai sangat singkat. Tapi ketika tubuh dibanting di atas matras maka waktu kontaknya lebih lama, dengan demikian gaya impuls yang bekerja juga menjadi lebih kecil.       4. Helm        Kalau anda perhatikan bagian dalam helm, pasti anda akan melihat lapisan lunak. Seperti gabus atau spons, lapisan lunak tersebut bertujuan untuk memperlama waktu kontak seandainya kepala anda terbentur ke aspal ketika terjadi tabrakan. Jika tidak ada lapisan lunak tersebut, gaya impuls akan bekerja lebih cepat sehingga walaupun memakai helm, anda akan pusing-pusing ketika terbentur aspal.

Momentum

1. Pengertian Momentum Momentum dinotasikan dengan P, dengan satuan kg.m/s. Sebuah benda bermassa m yang bergerak dengan kecepatan v mempunyai momentum (disimbolkan p). Besar momentum benda  tersebut merupakan perkalian antara massa (m) dengan kecepatannya ( v). Benda-benda yang massanya besar atau benda-benda yang bergerak dengan laju yang besar, memiliki momentum yang besar .   Secara matematis, persamaan momentum ditulis :     Contohnya, sebuah mobil bergerak dengan laju tertentu kemudian menabrak sebuah pohon, semakin cepat mobil itu bergerak maka kerusakan yang timbul semakin besar.    Atau semakin besar massa mobil semakin besar pula kerusakan yang ditimbulkan. Maka mobil dikatakan memiliki momentum yang besar. Karena momentum termasuk besaran vektor, maka momentum memiliki sifat seperti halnya vektor, yaitu dapat dijumlahkan dan dapat diuraikan. Penyelesaian beberapa momentum menggunakan konsep vektor. 2. Penjumlahan Momentum Bila terdapat 2 buah benda yang massanya masing-masing m1 dan m2 bergerak dengan kecepatan masing-masing v1 dan v2 seperti pada gambar, sehingga  kedua benda masing-masing memiliki momentum P1 danP2, maka momentum kedua benda dapat dijumlahkan dengan ketentuan sebagai berikut :           Resultan momentum P dari dua buah benda P1 dan P2 yang diapit sudut :   P1 = momentum pertama dalam kg.m/s P2 = momentum kedua dalam kg.m/s P  = momentum total  dalam kg.m/s   = sudut antara P1 dan P2 dalam derajat Contoh Konsep 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 2. dDua buah benda bermassa sama 6kg bergerak seperti pada gambar dengan       Kecepatan masing-masing 10 m/s dan 5 m/s.       Tentukan momentum total yang dihasilkan benda setelah tumbukan. Pembahasan :

Hubungan Impuls dan Momentum

Hubungan antara impuls dan momentum dijelaskan dari penerapan  Hukum II Newton, yaitu :  Dapat disimpulkan  Impuls (I) sama dengan perubahan momentum (∆P). Ini menunjukkan bahwa gaya yang bekerja pada sebuah benda sama dengan perubahan momentum benda persatuan waktu. P1 = momentum awal benda  dalam kg.m/s P2 = momentum akhir benda  dalam kg.m/s v1 = kecepatan awal benda dalam m/s v2 = kecepatan akhir benda dalam m/s Catatan: Impuls adalah besaran vektor, jadi arah gaya yang bekerja harus diperhatikan. Contoh Konsep Hubungan Impuls dan Momentum Sebuah bola bermassa 200 gram dilemparkan ke kanan dengan kelajuan 10m/s. Sesaat setelah dipukul, bola berbalik arah dengan kelajuan 20 m/s. Jika diketahui bola bersentuhan dengan pemukul selama 1 ms. Tentukan : 1.      Impuls yang diberikan pemukul pada bola. 2.      Gaya rata-rata yang diberikan pemukul pada bola. Pembahasan : Diketahui : m = 200 gram = 0,2 kg                 v1 = 10 m/s (ke kanan)                 v2 = -20m/s (berbalik arah ke kiri )                 ∆t = 1 ms = 10-3 s. Ditanya :  a. I               b. F Jawab : 1.      I = P2 – P1         I = mv2  – mv1         I = (0,2kg)(-20m/s) – (0,2kg)(10m/s)         I = -6 N.s      2. I = F. ∆t              -6 N.s = F. 10-3s                    F  = -6.103 N Tanda (-) menunjukkan bahwa gaya yang diberikan oleh pemukul berlawanan arah dengan arah kecepatan bola mula-mula.

Hukum Kekekalan Momentum

Besar Impuls dinyatakan sebagai perubahan momentum: F ∆t =  ∆p.  Saat F = 0, maka ∆p = 0  atau  p = konstan. Dapat disimpulkan jika suatu sistem tidak mendapat gaya dari luar, momentum sistem selalu tetap. Hal itulah yang disebut Hukum Kekekalan Momentum.   Jumlah Momentum awal kedua benda (sebelum tumbukan):                          ∑P =  P1  +  P2                              =  m1v1  +  m2v2 Jumlah Momentum akhir kedua benda (sesudah tumbukan):                         ∑P’  =  P’1  +  P’2                               =  m1v’1  +  m2v’2 Hukum Kekekalan Momentum menyatakan : Bila tidak ada gaya dari luar yang bekerja pada benda–benda yang melakukan interaksi , atau resultan gaya dari luar yang bekerja pada benda-benda adalah nol, maka jumlah momentum benda-benda sebelum mengadakan interaksi selalu sama dengan jumlah momentum benda-benda setelah mengadakan interaksi . Hukum kekekalan Momentum berlaku pada peristiwa : §  Tumbukan benda §  Interaksi dua benda     §  Peristiwa ledakan §  Peristiwa tarik-menaik §  Peristiwa jalannya roket maupun jet Contoh Penerapan dalam kehidupan sehari-hari konsep dari Hukum Kekekalan momentum : 1.            Prinsip Peluncuran Roket. Besar momentum yang dihasilkan gaya dorong oleh bahan bakar sama dengan momentum meluncurnya roket.   1.            Senapan/Meriam   Momentum senapan mundur ke belakang sama dengan momentum peluru yang lepas dari senapan.   1.             Orang melompat dari perahu. Momentum perahu mundur ke belakang sama dengan momentum orang yang melompat kedepan.   1.            Ayunan Balistik Untuk menghitung kecepatan peluru yang melesat dari sebuah senapan dan menumbuk balok yang tergantung pada seutas tali (bandul). 1.   Peluru bersarang pada bandul 2. Peluru menembus bandul   Contoh Soal Konsep Hukum Kekekalan Momentum : Seseorang yang massanya 50 kg naik perahu dengan kecepatan tetap 4m/s. Massa perahu 75 kg, tiba-tiba orang terjun ke dalam air dengan kecepatan 5m/s. Hitung kecepatan perahu sesaat orang terjun, jika arah kecepatan terjunnya orang searah perahu . Pembahasan: Diketahui :      mp = 75 kg                     mo = 50 kg                     v   = 4m/s                     vo’ = 5 m/s e.       Karateka          Apakah anda seorang karateka atau penggemar film action? Jika kita perhatikan karateka setelah memukul lawannya dengan cepat akan menarik tangannya. Ini dilakukan agar waktu sentuh antara tangan dan bagian tubuh musuh relatif singkat. Hal ini berakibat musuh akan menerima gaya lebih besar. Semakin singkat waktu sentuh, maka gaya akan semakin besar.

F.       Mobil

Ketika sebuah mobil tertabrak, mobil akan penyok. Penggemudi yang selamat akan pergi ke bengkel untuk ketok magic. Lho kok jadi ngomongin ketok magic ya…Ok cukup ketok magicnya. Mobil didesain mudah penyok dengan tujuan memperbesar waktu sentuh pada saat tertabrak. Waktu sentuh yang lama menyebabkan gaya yang diterima mobil atau pengemudi lebih kecil dan diharapkan keselamatan penggemudi lebih terjamin.

 

       G.      Balon udara pada mobil dan sabuk pengaman 

Kenapa pada beberapa mobil dipasang balon udara?

Desain mobil yang mudah penyok tidak cukup untuk menjamin keselamatan  pengemudi pada saat tetabrak. Benturan yang keras penggemudi dengan bagian  dalam  mobil dapat membahayakan keselamatan pengemudi. Untuk meminimalisir resiko kecelakaan tersebut, pabrikan mobil ternama menydiakan balon udara di dalam mobil (biasanya di bawah setir), Ketika terjadi kecelakaan pengemudi akan menekan tombol dan balon udara akan mengembang, sehingga waktu sentuh antara kepala atau bagian tubuh yang lain lebih lama dan gaya yang diterima lebih kecil.

 

Sabuk pengaman juga didesain untuk mengurangi dampak kecelakaan. Sabuk  pengaman didesain elastis. Sabuk pengaman juga fungsi dan cara kerjanya sama dengan  balon udara  pada mobil, yakni untuk mengurangi waktu sentuh antara pengemudi  dengan dashboard mobil pada saat bersentuhan.