Momentum Dan Impuls - Bahan Fisika Dasar

Bila anda berada di dalam sebuah bus yang sedang bergerak cepat, kemudian direm mendadak, anda mencicipi bahwa tubuh anda terlempar ke depan. Hal ini akhir adanya sifat kelembamam, yaitu sifat untuk mempertahankan keadaan tiruanla yaitu dalam keadaan bergerak. Hal yang sama juga dirasakan oleh si sopir yang berusaha mengerem bus tersebut. Apabila penumpang busnya lebih banyak, pada dikala sopir bus memberhentikan/mengerem bus secara mendadak, harus mempersembahkan gaya yang lebih besar. Dalam penggalan ini akan dibicarakan terkena momentum, yang ialah salah satu bemasukan yang dimiliki oleh setiap benda yang bergerak.

Di dalam fisika, dikenal dua macam momentum, yaitu momentum linear (p) dan momentum angular (L). Pada materi ini spesialuntuk akan dibahas momentum linear. Selain momentum linear akan dibahas juga bemasukan Impuls gaya (I) dan aturan keabadian momentum linear, serta tumbukan.

1. Pengertian Momentum

Istilah momentum yang akan dipelajari pada penggalan ini ialah momentum linear (p), yang didefinisikan sebagai diberikut : Momentum suatu benda yang bergerak ialah hasil perkalian antara massa benda dan kecepatannya. Oleh alasannya ialah itu, setiap benda yang bergerak mempunyai momentum. Secara matematis, momentum linear ditulis sebagai diberikut:

p = m . v

( 1.1 )

p ialah momentum (bemasukan vektor), m massa (bemasukan skalar) dan v kecepatan (bemasukan vektor). Bila dilihat persaman (1.1), arah dari momentum selalu searah dengan arah kecepatannya.

Satuan Momentum

Menurut Sistem Internasional (SI) Satuan momentum p = satuan massa x satuan kecepatan = kg x m/s = kg . m/s. Jadi, satuan momentum dalam SI ialah : kg.m/s

Momentum ialah bemasukan vektor, oleh alasannya ialah itu kalau ada beberapa vektor momentum dijumlahkan, harus dijumlahkan secara vektor. Misalkan ada dua buah vektor momentum p₁ dan p₂ membentuk sudut α, maka jumlah momentum kedua vektor harus dijumlahkan secara vektor, menyerupai yang terlihat dari gambar vektor gambar 1. Besar vektor p dirumuskan sebagai diberikut :

( 1.2 )

Gambar 1 : Penjumlahan momentum mengikuti aturan penjumlahan vektor

2. Hubungan Momentum dengan energi kinetik

Energi kinetik suatu benda yang bermassa m dan bergerak dengan kecepatan v adalah

( 1.3 )

Besarnya ini sanggup ditetapkan dengan besarnya momentum linear p, dengan mengalikan persamaan energi kinetik dengan : m/m

( 1.4 )

3. Impuls

Impuls didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dan lamanya gaya tersebut bekerja. Secara matematis sanggup ditulis:

I = F . ∆t

( 1.5 )

Besar gaya disini konstan. Bila besar gaya tidak konstan maka penulisannya akan tidak sama (akan dipelajari nanti). Oleh alasannya ialah itu sanggup menggambarkan kurva yang menyatakan kekerabatan antara F dengan t. Bila pada benda bekerja gaya konstan F dari selang waktu t₁ ke t₂ maka kurva antara F dan t adalah

Gambar 2 : Kurva yang menyatakan kekerabatan antara F dengan t. Luas tempat yang diarsir menyatakan besarnya Impuls.

Luasan yang diarsir sebesar Fx (t₂ – t₁ ) atau I, yang sama dengan Impuls gaya. Impuls gaya ialah bemasukan vektor, oleh alasannya ialah itu perhatikan arahnya

Satuan Impuls

Satuan Impuls I = satuan gaya x satuan waktu

Satuan I = newton x sekon = N . s = kg . m/s² . s =kg . m/s

4. Impuls sama dengan perubahan Momentum

Sebuah benda bermassa m mula-mula bergerak dengan kecepatan v₁ dan kemudian pada benda bekerja gaya sebesar F searah kecepatan awal selama ∆t, dan kecepatan benda menjadi v_{2 .}

Untuk menjabarkan kekerabatan antara Impuls dengan perubahan momentum, akan kita ambil arah gerak mula-mula sebagai arah positif dengan memakai Hukum Newton II.

F = m a = m (v₂ – v₁ ) ∆t

F ∆t = m v₂ - m v₁

Ruas kiri ialah impuls gaya dan ruas kanan mengatakan perubahan momentum. Impuls gaya pada suatu benda sama dengan perubahan momentum benda tersebut. Secara matematis dituliskan sebagai:

F ∆t = m v₂ - m v₁

( 1.6 )

I = p₂ - p₁

I = ∆p

( 1.7 )

5. Tumbukan dan Hukum Keabadian Momentum

Pada sebuah tumbukan selalu melibatkan paling sedikit dua buah benda. Misal bola biliar A dan B. Sesaat sebelum tumbukan bola A, bergerak mendatar ke kanan dengan momentum m_Av_A , dan bola B bergerak kekiri dengan momentum m_Bv_B.

Gambar 3 : Tumbukan dua buah benda

Momemtum sebelum tumbukan ialah :

P = m_Av_A + m_Bv_B

dan momentum setelah tumbukan

P' = m_Av'_A + m_Bv'_B

Sesuai dengan aturan kekelan energi maka pada momentum juga berlaku aturan keabadian dimana momentum benda sebelum dan setelah tumbukan sama.

Oleh alasannya ialah itu sanggup diambil kesimpulan bahwa Pada insiden tumbukan, jumlah momentum benda-benda sebelum dan setelah tumbukan tetap asalkan tidak ada gaya luar yang bekerja pada benda-benda tersebut.

Pernyataan ini yang dikenal sebagai Hukum Keabadian Momentum Linier. Secara matematis untuk dua benda yang bertumbukan sanggup dituliskan

P_A + P_B = P'_A + P'_B

atau

m_Av_A + m_Bv_B = m_Av'_A + m_Bv'_B

( 1.8 )

6. Jenis-jenis Tumbukan

Jika ada dua benda yang bertumbukan dan tidak ada gaya luar yang bekerja pada benda-benda, maka berlaku aturan keabadian momentum. Akan tetapi energi kinetik totalnya biasanya berubah. Hal ini akhir adanya perubahan energi kinetik menjadi bentuk kalor dan atau suara pada dikala tumbukan. Jenis tumbukan ini disebut tumbukan tidak lenting sebagian. Bila setelah tumbukan kedua benda bergabung, disebut tumbukan tidak lenting sempurna. Ada juga tumbukan dengan energi kinetik total tetap. Tumbukan jenis ini disebut tumbukan lenting (sempurna). Kaprikornus secara garis besar jenis- jenis tumbukan sanggup diklasifikasikan ke dalam:

1. Tumbukan lenting (sempurna)
2. Tumbukan tidak lenting sebagian
3. Tumbukan tidak lenting sempurna

Untuk materi pembahasan dari jenis-jenis tumbukan ini silahkan anda menuju tautan diberikut:

Baca : Pembahasan Materi Jenis-jenis Tumbukan beserta pola soal

7. Prinsip Peluncuran Roket

Bila kita meniup balon, kemudian balon dilepaskan, akan kita amati bahwa balon tersebut akan terdorong ke arah yang berlawanan dari arah udara yang keluar dari balon. Prinsip terdorongnya roket akhir pancaran materi bakar yang terbakar keluar, menyerupai dengan terdorongnya balon tersebut.

Bahan bakar yang ada di roket terbakar dan keluar/menyembur, menyebabkan roket terdorong ke atas. Gaya rata-rata yang dikerjakan gas pada roket disebut gaya dorong. Pada roket ini momentum sistem sebelum dan setelah gas keluar tetap, dengan kata lain berlaku aturan keabadian momentum

Prinsip Peluncuran Roket

Agar biar ketinggian yang dicapai roket makin besar, biasanya digunakan roket dengan beberapa tingkat. Perhatikan gambar (a),(b) dan (c). Pada gambar (a) : mengatakan sebuah roket yang terbang vertikal keatas dengan kecepatan v, massa mula-mula m. Pada gambar (b) : setelah waktu ∆t, materi bakar keluar sebanyak dm, kecepatan gas relatif terhadap bumi v', dan relatif terhadap roket v_r, Pada momentum berlaku :

F . ∆t = P_{sesudah gas keluar} – P_{sebelum gas keluar} = (m-dm)(v+dv) +v' dm – mv

F . ∆t = mv+mdv-vdm-dmdv+v' dm-mv = mdv +dm(v' –v)

alasannya ialah dmdv mendekati nol lihat gambar (c)

v_r = v' – v

v' = v_r + v

sehingga :

F . ∆t = mdv +dm(v_r + v –v) = mdv + v_r dm

Secara matematis besarnya gaya dorong sanggup ditulis sebagai

( 1.9 )

F = gaya dorong (newton)

vr = kecepatan semburan gas relatif terhadap roket (m/s)

dm/dt = laju massa gas membuang (kg/s)

Jika masa roket mula-mula m_o dan kecepatan awal v_o = 0, setelah materi bakar roket habis massa roket m_a , serta kecepatan roket v_a, maka secara matematis kekerabatan besar-bemasukan tersebut adalah

( 1.10 )

Bagikan Artikel ini