Materi Fisika Kelas 11 - Momentum dan Impuls

Pendahuluan

Pernahkah kamu memperhatikan mengapa mobil besar lebih sulit dihentikan dibandingkan sepeda? Atau mengapa petinju mengayunkan tinjunya lebih lama saat memukul untuk menghasilkan pukulan yang lebih kuat? Semua itu bisa dijelaskan dengan konsep momentum dan impuls.

Momentum berkaitan dengan gerakan benda dan massanya, sedangkan impuls berkaitan dengan gaya dan waktu gaya bekerja pada benda.

Mari kita pelajari lebih dalam! 🚀✨

---

Momentum

Momentum adalah ukuran dari kesulitan menghentikan benda yang bergerak. Semakin besar momentum, semakin sulit benda itu dihentikan.

Persamaan Momentum

\[ p = m v \]

dengan:

• \( p \) = momentum (kg·m/s)
• \( m \) = massa benda (kg)
• \( v \) = kecepatan benda (m/s)

📌 Artinya:

• Jika massa lebih besar, maka momentum lebih besar.
• Jika kecepatan lebih besar, maka momentum lebih besar.
• Momentum adalah besaran vektor, arahnya sama dengan arah kecepatan benda.

Contoh Kasus Momentum

1. Truk vs Motor 🚚🏍

- Truk bermassa 5000 kg bergerak dengan kecepatan 10 m/s.

- Motor bermassa 200 kg bergerak dengan kecepatan 30 m/s.

- Momentum truk:

\[ p = (5000)(10) = 50,000 \text{ kg·m/s} \]

- Momentum motor:

\[ p = (200)(30) = 6,000 \text{ kg·m/s} \]

Kesimpulan: Meskipun motor lebih cepat, truk lebih sulit dihentikan karena momentumnya lebih besar!

---

Hukum Kekekalan Momentum

"Jika tidak ada gaya luar yang bekerja, maka total momentum sebelum dan sesudah tumbukan adalah sama."

\[ p_{\text{awal}} = p_{\text{akhir}} \]

atau

\[ m_1 v_1 + m_2 v_2 = m_1 v_1' + m_2 v_2' \]

📌 Artinya:

• Momentum sebelum tumbukan = Momentum setelah tumbukan
• Digunakan dalam analisis tumbukan dan peristiwa ledakan

---

Jenis-Jenis Tumbukan

1. Tumbukan Lenting Sempurna

• Energi kinetik dan momentum keduanya tetap terjaga.
• Persamaan energi kinetik:

\[ \frac{1}{2} m_1 v_1^2 + \frac{1}{2} m_2 v_2^2 = \frac{1}{2} m_1 v_1'^2 + \frac{1}{2} m_2 v_2'^2 \]

• Contoh: Bola karet yang memantul sempurna di lantai. 🏀

2. Tumbukan Tidak Lenting Sempurna

• Momentum tetap, tetapi energi kinetik tidak tetap (sebagian energi berubah menjadi panas, suara, atau deformasi).
• Contoh: Bola tenis yang dipantulkan tetapi tidak kembali setinggi sebelumnya. 🎾

3. Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali (Inelastis Sempurna)

• Benda menyatu setelah bertumbukan.
• Momentum tetap, tetapi energi kinetik berkurang.
• Persamaan:

\[ m_1 v_1 + m_2 v_2 = (m_1 + m_2) v' \]

• Contoh: Dua mobil tabrakan dan menempel satu sama lain. 🚗💥🚙

---

Impuls

Impuls adalah gaya yang bekerja dalam waktu tertentu pada suatu benda dan menyebabkan perubahan momentum.

Persamaan Impuls

\[ I = F \Delta t \]

dengan:

• \( I \) = impuls (Ns atau kg·m/s)
• \( F \) = gaya (N)
• \( \Delta t \) = selang waktu gaya bekerja (s)

📌 Hubungan Impuls dengan Momentum

Karena impuls menyebabkan perubahan momentum:

\[ I = \Delta p \] \[ F \Delta t = m v' - m v \]

Contoh Impuls dalam Kehidupan Sehari-hari

1. Kenapa petinju menarik tinju setelah memukul?

- Untuk memperpanjang waktu kontak dengan lawan sehingga gaya benturan lebih kecil, mengurangi cedera. 🥊

1. Kenapa mobil memiliki airbag?

- Airbag memperbesar waktu perlambatan, mengurangi gaya benturan pada tubuh penumpang. 🚗🛑

1. Kenapa atlet lompat tinggi mendarat di matras tebal?

- Matras memperbesar waktu benturan, sehingga gaya yang diterima lebih kecil. 🏃‍♂️🛏

---

Contoh Soal dan Pembahasan

Contoh Soal 1: Menghitung Momentum

Sebuah bola bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan 5 m/s. Hitung momentumnya!

Jawaban:

Gunakan rumus momentum:

\[ p = m v \] \[ p = (2)(5) = 10 \text{ kg·m/s} \]

---

Contoh Soal 2: Menghitung Impuls

Sebuah bola ditendang dengan gaya 20 N selama 0.5 detik. Berapa impuls yang diberikan?

Jawaban:

Gunakan rumus impuls:

\[ I = F \Delta t \] \[ I = (20)(0.5) = 10 \text{ Ns} \]

---

Contoh Soal 3: Hukum Kekekalan Momentum

Sebuah bola 3 kg bergerak dengan kecepatan 4 m/s menuju bola diam 2 kg. Jika setelah tumbukan bola pertama bergerak dengan kecepatan 2 m/s, berapa kecepatan bola kedua?

Jawaban:

Gunakan hukum kekekalan momentum:

\[ m_1 v_1 + m_2 v_2 = m_1 v_1' + m_2 v_2' \]

Diketahui:

• \( m_1 = 3 \) kg
• \( v_1 = 4 \) m/s
• \( m_2 = 2 \) kg
• \( v_2 = 0 \) m/s (diam)
• \( v_1' = 2 \) m/s
• \( v_2' = ? \)

\[ (3)(4) + (2)(0) = (3)(2) + (2)(v_2') \] \[ 12 = 6 + 2v_2' \] \[ 2v_2' = 6 \] \[ v_2' = 3 \text{ m/s} \]

Jadi, bola kedua bergerak dengan kecepatan 3 m/s setelah tumbukan.

---

Latihan Soal

1. Sebuah mobil bermassa 1200 kg bergerak dengan kecepatan 20 m/s. Hitung momentumnya!
2. Sebuah bola 1 kg dilempar dengan kecepatan 10 m/s dan ditangkap dalam waktu 0.2 detik. Berapa gaya rata-rata yang diterima tangan?
3. Dua gerbong kereta masing-masing 5000 kg bergerak dengan kecepatan 5 m/s dan 3 m/s, lalu bertumbukan dan menyatu. Berapa kecepatan akhirnya?

---

Kesimpulan

Momentum dan impuls adalah konsep penting dalam fisika yang menjelaskan bagaimana gerak benda berubah akibat gaya. Konsep ini banyak digunakan dalam analisis kecelakaan, olahraga, dan rekayasa kendaraan.

Semangat belajar Fisika! 🚀🔥