Rumus impuls dan momentum, beserta pengertian, contoh soal dan cara pengerjaannya

Brilio.net - Tahu nggak sih jika impuls dan momentum sering dipraktekkan dalam kehidupan sehari-hari? Misalnya ketika menendang bola, memukul paku dengan palu, atau menangkap bola. Ketika menendang bola, kita memberikan gaya pada bola selama waktu tertentu, sehingga bola mendapatkan impuls dan berubah kecepatannya.

Bola yang bergerak memiliki momentum yang bergantung pada massa dan kecepatannya. Ketika memukul paku dengan palu, kita memberikan gaya besar pada paku dalam waktu singkat, sehingga paku mendapatkan impuls besar dan bergerak masuk ke kayu.

Palu yang berhenti memberikan impuls negatif pada paku, sehingga mengurangi momentumnya. Ketika menangkap bola, kita memberikan gaya pada bola dalam waktu lama, sehingga bola mendapatkan impuls kecil dan berhenti. Bola yang berhenti ini kemudian kehilangan momentumnya.

Nah, fenomena impuls dan momentum tersebut memiliki rumusannya tersendiri. Dalam ilmu fisika, rumus impuls dan momentum sangat penting dipelajari. Apalagi bagi siswa-siswi, pasalnya di ujian sekolah sering muncul soal seputar rumus impuls dan momentum ini.

Berikut ini brilio.net sajikan ulasan lengkap tentang rumus impuls dan momentum, beserta pengertian, contoh soal, dan cara pengerjaannya, dilansir brilio.net dari berbagai sumber pada Rabu (1/11).

Definisi impuls dan momentum.

foto: freepik.com

Apa itu impuls?

Impuls adalah besaran fisika yang mengukur sejauh mana gaya bekerja pada suatu benda selama periode waktu tertentu. Dalam istilah matematis, impuls (I) dapat didefinisikan sebagai perubahan momentum (Δp) suatu benda selama periode waktu tersebut. Impuls adalah besaran vektor, yang berarti selain memiliki besaran (magnitude), ia juga memiliki arah yang sama dengan arah perubahan momentum.

Secara sederhana, impuls merupakan gaya yang diperlukan untuk menggerakkan suatu benda dengan waktu tertentu. Misalnya saat menggulirkan bola, maka membutuhkan gaya dengan cara menendang bola sehingga terjadi perubahan. Pada proses kaki mengayun hingga menendang bola ada selang waktu. Sehingga dapat dikatakan ada waktu yang dibutuhkan untuk menendang bola. Hal itulah yang dikenal sebagai impuls.

Apa itu momentum?

Momentum adalah besaran fisika yang menggambarkan besarnya gerakan atau pergerakan suatu benda. Secara matematis, momentum (p) suatu benda didefinisikan sebagai hasil perkalian antara massa benda (m) dengan kecepatan benda (v) yang dimilikinya. Momentum adalah besaran vektor, yang berarti selain memiliki besaran (magnitude), ia juga memiliki arah yang sama dengan arah gerakan benda.

Dengan kata lain, momentum adalah ukuran kesulitan untuk memberhentikan benda. Semakin berat benda, maka momentum akan semakin besar. Semakin cepat benda bergerak, maka momentum juga akan semakin besar.

Rumus impuls dan momentum.

foto: freepik.com

Impuls dan momentum termasuk dalam besaran vektor, sehingga akan memiliki nilai dan arah. Momentum memiliki arah yang sama (searah) dengan kecepatannya. Arah impuls searah dengan gaya impulsifnya. Nah, berikut rumus impuls dan momentum yang bisa kamu pahami.

Rumus impuls.

Impuls adalah perubahan momentum suatu benda. Momentum adalah hasil kali antara massa dengan kecepatan benda. Adapun rumus impuls:

Rumus dasar untuk impuls adalah:

I = Δp

Keterangan:

- I adalah impuls (dalam satuan Newton detik, N·s) atau kilogram meter per detik (kg·m/s).

- Δp adalah perubahan momentum benda selama periode waktu tertentu.

Selain itu, impuls juga dapat dihitung sebagai hasil perkalian antara gaya (F) yang bekerja pada benda dan waktu (Δt) selama benda menerima gaya tersebut:

I = F.Δt

Keterangan:

I : impuls (Ns)

F : gaya impulsif (N)

Δt : perubahan waktu (s)

Rumus momentum.

momentum dipengaruhi oleh massa (m) dan kecepatan (v), dengan masing-masing satuannya berturut-turut yaitu kg dan m/s. Secara matematis, berikut adalah rumus momentum:

p = m.v

Keterangan:

p : momentum (kg.m/s)

m : massa (kg)

v : kecepatan (v)

Massa merupakan suatu besaran skalar, karena dia gak punya arah. Sedangkan, kecepatan merupakan besaran vektor yang punya arahnya.

Contoh soal rumus impuls dan momentum serta pembahasannya.

foto: freepik.com

Soal 1

Sebuah mobil dengan massa 1.500 kg bergerak dengan kecepatan 20 m/s ke utara. Berapa besar momentum mobil tersebut?

Jawaban:

Momentum (p) dapat dihitung dengan rumus p = m * v, di mana m adalah massa dan v adalah kecepatan.

p = (1.500kg) x (20m/s) = 30.000kgm/s

Jadi, momentum mobil tersebut adalah 30.000 kg·m/s ke utara.

Soal 2

Sebuah gaya 500 N bekerja pada benda selama 4 detik. Berapa besar impuls yang diberikan pada benda tersebut?

Jawaban:

Impuls (i) dapat dihitung dengan rumus I = F x Δt, di mana F adalah gaya dan Δt adalah waktu.

I = (500N) x (4s) = 2.000N/s

Jadi, besar impuls yang diberikan pada benda tersebut adalah 2.000 N/s.

Soal 3

Sebuah bola dengan massa 0,2 kg bergerak dengan kecepatan 5 m/s ke timur. Kemudian, ia mengalami perlambatan dan berhenti dalam waktu 2 detik. Berapa besar perubahan momentum dan impuls selama perlambatan?

Jawaban:

Pertama, kita hitung momentum awal:

P(awal) = (0,2kg) x (5m/s) = 1,0kg.m/s

Selanjutnya, kita hitung momentum akhir yang nol karena bola berhenti. Perubahan momentum adalah selisih antara momentum awal dan momentum akhir:

Δp = 0 − 1,0kg⋅m/s = −1,0kg⋅m/s

Selanjutnya, kita dapat menghitung impuls selama perlambatan dengan rumus i = Δp:

i = −1,0kg⋅m/s

Jadi, perubahan momentum adalah -1,0 kg·m/s dan impuls selama perlambatan juga -1,0 kg·m/s.

Soal 4

Sebuah truk dengan massa 2.000 kg bergerak dengan kecepatan 15 m/s ke utara. Saat truk mengalami tumbukan dengan benda lain, ia kehilangan kecepatan dan berhenti dalam waktu 4 detik. Berapa besar gaya yang bekerja pada truk selama perlambatan?

Jawaban:

Pertama, kita hitung momentum awal truk:

p(awal) = (2.000kg) x (15m/s) = 30.000kg.m/s

Selanjutnya, kita hitung momentum akhir truk yang nol karena truk berhenti. Perubahan momentum adalah selisih antara momentum awal dan momentum akhir:

Δp = 0 − 30.000kg.m/s = −30.000kg.m/s

Kemudian, kita dapat menghitung impuls selama perlambatan dengan rumus i = Δp:

i = −30.000kg⋅m/s

Selanjutnya, kita dapat menghitung gaya yang bekerja pada truk dengan rumus i = F x Δt, di mana Δt adalah waktu perlambatan:

−30.000kg⋅m/s = F x (4s)

F = −30.000kg⋅m/s / 4s = −7.500N

Jadi, besar gaya yang bekerja pada truk selama perlambatan adalah -7.500 N (arah ke utara).

Soal 5

Sebuah roket dengan massa 1.500 kg melepaskan bahan bakar dengan kecepatan 2.000 m/s ke arah ke atas. Berapa besar momentum roket setelah melepaskan bahan bakar?

Jawaban:

Pertama, kita hitung momentum bahan bakar yang dilepaskan dengan menggunakan rumus p = m x v, di mana m adalah massa dan v adalah kecepatan:

P(bahanbakar) = (1.500kg) x (2.000m/s) = 3.000.000kg.m/s

Kemudian, kita hitung momentum roket setelah melepaskan bahan bakar. Karena roket melepaskan bahan bakar dengan kecepatan ke atas, momentum bahan bakar harus memiliki arah yang berlawanan:

p(roket) = −3.000.000kg.m/s

Jadi, besar momentum roket setelah melepaskan bahan bakar adalah -3.000.000 kg·m/s (arah ke bawah).