Impuls Dan Momentum

Konsep Impuls dan Momentum

Impuls merupakan suatu besaran yang erat hubungannya dengan tumbukan. Misalnya ketika seorang petinju memukul lawannya maka dikatakan lawannya ini menerima impuls atau ketika palu memukul batu bata maka batu bata hancur akibat menerima impuls.
Impuls didefinisikan sebagai hasil kali gaya impulsif rata-rata () dan selang waktu (∆t) selama gaya impulsif itu bekerja.
Secara matematis,




I = Impuls (N.s atau kg m/s)
F = gaya (N)
∆t = selang waktu gaya diberikan (s)
Karena F merupakan besaran vektor maka Impuls I juga merupakan vektor yang arahnya sama dengan arah F
Momentum adalah ukuran kesukaran untuk menggerakkan suatu benda dan didefinisikan sebagai hasil kali massa (m) dengan kecepatan (v)




Besaran mv ini yang disebut dengan momentum (lambang P)




P = momentum linear (kg m/s)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan benda (m/s)
EK = Energi kinetik benda (Joule)
momentum juga merupakan besaran vektor.
Penjumlahan momentum mengikuti aturan penjumlahan vektor.
Teori Impuls dan Momentum
Misalnya kita akan menghitung besar impuls yang diberikan bola yang menumbuk sebuah tembok. Impuls dapat diukur jika kita dapat mengukur gaya rata-rata (F) yang diberikan dan selang waktu (∆t) gaya tersebut kontak dengan tembok. Karena sangat sulit untuk mengukur gaya yang bervariasi dan juga sulit mengukur lamanya bola kontak dengan tembok karena proses berlangsung cepat, maka untuk mengukur impuls lebih mudah menggunakan bantuan besaran momentum.
Misalkan sebuah mobil bergerak dengan kecepatan v₁, ketika ditabrak dari belakang maka kecepatannya menjadi v₂. Untuk menghitung besar impuls yang diterima mobil adalah







Contoh penerapan hubungan antara impuls dan momentum

1. Hubungan ini menyatakan benda yang mempunyai momentum lebih besar dapat menimbulkan impuls atau gaya yang lebih besar. Contoh: sebuah truk dan sebuah sepeda menabrak sebuah pohon dengan kecepatan yang sama. Truk akan memberikan impuls yang lebih besar karena momentum truk lebih besar (massa truk lebih besar)
2. Dalam waktu kontak yang lebih singkat dapat menimbulkan gaya yang lebih besar. Contoh: seorang karateka yang hendak menghancurkan sebuah papan akan memberikan kecepatan tinggi pada tangannya agar momentumnya besar, momentum ini akan menjadi nol saat ia memberikan impuls pada papan. Dalam memberikan impuls ini ia akan berusaha agar kontak terjadi sesingkat mungkin sehingga gaya yang diberikannya besar.

Contoh Soal 1
Sebuah bola bermassa 0,4 kg dilempar dengan kecepatan 30 m/s ke arah sebuah dinding di kiri kemudian bola memantul kembali dengan dengan kecepatan 20 m/s ke kanan.
a. berapa impuls pada bola?
b. jika bola bertumbukan dengan dinding selama 0,010 s, berapa gaya yang dikerjakan dinding pada bola?
Penyelesaian
Karena momentum merupakan besaran vektor dan memiliki arah maka kita tetapkan acuan ke kanan sebagai sumbu x positif, maka keadaan soal dapat digambarkan

a. Dengan sumbu x ke kanan positif, maka
p₁ = m.v₁ = (0,4)(–30) = –12 kg m/s
p₂ = m.v₂ = (0,4)(+20) = +8 kg m/s
I = p₂ –p₁ = +8 – (–12) = +20 kg m/s
b. F = I/∆t = 20/0,01 = 2000 N
Contoh Soal 2
A 3.00-kg steel ball strikes a wall with a speed of 10.0 m/s at an angle of 60.0° with the surface. It bounces off with the same speed and angle. If the ball is in contact with the wall for 0.200 s, what is the average force exerted by the wall on the ball?

Penyelesaian
Dalam persoalan ini, perubahan momentum dihitung menurut sumbu x dan sumbu y
∆P_y = m(v cos 60⁰) – m(v cos 60⁰) = 0
∆P_X = m(−v sin 60⁰) – m(v sin 60⁰) = −2mv sin 60⁰
          =  −(2)(3.00)(10.0)(0.866) = −52.0 kg m/s
F = ∆P/∆t = −52.0/0.200 = −260 N

USAHA DAN ENERGI

USAHA DAN ENERGI

U S A H A

Usaha adalah hasil kali komponen gaya dalam arah perpindahan dengan perpindahannya.

Jika suatu gaya F menyebabkan perpindahan sejauh x , maka gaya F melakukan usaha sebesar W, yaitu

                                               

                

W = usaha   ; F = gaya    ; _x = perpindahan  , a = sudut antara gaya dan perpindahan

SATUAN

BESARAN	SATUAN MKS	SATUAN CGS
Usaha  (W)	joule	erg
Gaya (F)	newton	dyne
Perpindahan ()	meter	cm

1 joule = 10⁷ erg

Catatan : Usaha (work) disimbolkan dengan huruf besar  W

                Berat  (weight) disimbolkan dengan huruf kecil w

Jika ada beberapa gaya yang bekerja pada sebuah benda, maka usaha total yang dilakukan terhadap benda tersebut sebesar :

Jumlah usaha yang dilakukan tiap gaya,  atau

Usaha yang dilakukan oleh gaya resultan.

D A Y A

Daya (P) adalah usaha yang dilakukan tiap satuan waktu.

                                        P = _W/t

P = daya  ;  W = usaha   ; t =  waktu

Daya termasuk besaran scalar yang dalam satuan MKS  mempunyai satuan watt atau J/s

Satuan lain adalah : 1 HP = 1 DK = 1 PK = 746 watt

                           

HP = Horse power     ;  DK = Daya kuda     ; PK = Paarden Kracht

1 Kwh adalah satuan energi besarnya = 3,6 .10⁶ watt.detik = 3,6 . 10⁶ joule

KONSEP ENERGI

Suatu system dikatakan mempunyai energi/tenaga, jika system tersebut mempunyai kemampuan  untuk melakukan usaha. Besarnya energi suatu system sama dengan besarnya usaha yang mampu ditimbulkan oleh system tersebut. Oleh karena itu, satuan energi sama dengan satuan usaha dan energi juga merupakan besaran scalar.

Dalam fisika, energi dapat digolongkan menjadi beberapa macam antara lain :

Energi mekanik (energi kinetik + energi potensial) , energi panas , energi listrik, energi kimia, energi nuklir, energi cahaya, energi suara, dan sebagainya.

Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan yang terjadi hanyalah transformasi/perubahan suatu bentuk energi ke bentuk lainnya, misalnya dari energi mekanik diubah menjadi energi listrik pada air terjun.

ENERGI KINETIK.

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh setiap benda yang bergerak. Energi kinetik suatu benda besarnya berbanding lurus dengan massa benda dan kuadrat kecepatannya.

                                       Ek = ½ m v²

Ek = Energi kinetik  ; m = massa benda  ;  v = kecepatan benda

SATUAN

BESARAN	SATUAN MKS	SATUAN CGS
Energi kinetik (Ek)	joule	erg
Massa (m)	Kg	gr
Kecepatan (v)	m/det	cm/det

Usaha = perubahan energi kinetik.

                                                  W = DEk = Ek₂ – Ek₁

ENERGI POTENSIAL GRAFITASI

Energi potensial grafitasi adalah energi yang dimiliki oleh suatu  benda karena pengaruh tempatnya (kedudukannya). Energi potensial ini juga disebut energi diam, karena benda yang diam-pun dapat memiliki tenaga potensial.

                                Ep = w . h  =  m . g . h

Ep = Energi potensial   ,  w = berat benda   , m = massa benda   ; g = percepatan grafitasi  ; h = tinggi benda

SATUAN

BESARAN	SATUAN MKS	SATUAN CGS
Energi Potensial (Ep)	joule	erg
Berat benda (w)	newton	dyne
Massa benda (m)	Kg	gr
Percepatan grafitasi (g)	m/det2	cm/det2
Tinggi benda (h)	m	cm

Energi potensial grafitasi tergantung dari :

percepatan grafitasi bumi

kedudukan benda

massa benda

ENERGI POTENSIAL PEGAS.

Energi potensial yang dimiliki benda karena elastik pegas.

                       Gaya pegas (F)  = k . x

                       Ep Pegas     (Ep) = ½ k. x²

 

    k = konstanta gaya pegas   ; x = regangan

Hubungan usaha dengan Energi Potensial :

                                        W = DEp = Ep₁ – Ep₂

ENERGI MEKANIK

Energi mekanik (Em) adalah jumlah antara energi kinetik dan energi potensial suatu benda.

                                          Em = Ek + Ep

HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK.

Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan.

Jadi energi itu adalah KEKAL.

                                     Em₁   =    Em₂

                           Ek₁ + Ep₁  =  Ek₂ + Ep₂

Elastisitas dan Gaya Pegas

Pengertian Elastisitas dan Gaya Pegas

Istilah elastisitas mungkin sudah tidak asing lagi di telinga teman – teman. Dalam pelajaran ekonomi teman – teman juga mengenal elstisitas, tetapi elastisitas salam fisika tentu berbeda dengan elastisitas dalam ekonomi.

Dalam fisika sifat benda dibedakan menjadi dua, yaitu sifat plastis dan sifat elastis. Sifat plastis yaitu sifat benda yang tidak bisa kembali kebentuk semula setelah gaya luar yang diberikan pada benda tersebut dihilangkan. Sedangkan Elastisitas diartikan sebagai sifat suatu bahan atau kemampuan suatu benda untuk kembali kebentuk semula setelah gaya luar yang diberikan kepada benda itu dihilangkan.

Contoh elastisitas dalam kehidupan sehari – hari :
1. Anak-anak yang sedang bermain ketapel menaruh batu kecil pada karet ketapel dan menarik karet tersebut sehingga bentuk karet berubah. Ketika anak tersebut melepaskan tarikannya, karet melontarkan batu kedepan dan karet ketapel segera kembali kebentuk awalnya.
2. Pegas yang ditarik kemudian dilepaskan maka pegas akan kembali ke bentuk semula.


Jika benda elastis diberi gaya dan gaya tersebut dihilangkan tetapi benda tidak dapat kembali kebentuk semula, maka dikatakan benda tersebut telah melewati batas elastis. Batas elastis diartikan sebagai jumlah maksimum tegangan yang dialami oleh suatu bahan untuk kembali ke bentuk awalnya. Batas elastis bergantung pada jenis bahan yang

digunakan. Jika pada batas elastis benda terus menerus diberi gaya maka benda akan putus atau patah. untuk lebih jelasnya perhatikan gambar di atas:

Tegangan, Regangan, dan Modulus Elastis
a. Tegangan
ketika sebuah benda diberi gaya pada salah satu ujungnya dan ujung yang lain ditahan. Maka benda tersebut akan mengalami pertambahan panjang. Dalam fisika dikatakan benda mengalami tegangan atau stress. Misalnya seutas kawat dengan luas penampang A dan panjang awal Lo kemudian kawat ditarik dengan gaya sebesar F pada salah satu ujungnya dan ujung yang lain ditahan maka kawat aka mengalami ertambahan panjang sebesar ΔL. Gaya tarik ini menyebabkan, kawat mengalami tegangan tarik σ. tegangan didefinisikan sebagai hasil bagi antara gaya tarik (F) yang dialamikawat dengan luas penampangnya (A). 

Tegangan = gaya / luas
σ = F/ A

Tegangan merupakan besaran skalar dan sesuai persamaan di atas memiliki satuanm Nm-2 Atau pascal (Pa)

b. Regangan
jika gaya yang diberikan pada kawat dihilangkan maka kawat akan kembali ke bentuk semula. Perbandingan antara pertambahan panjang kawat pertambahan panjang ΔL dengan panjang awal Lo disebut regangan.

 
Regangan = pertambahan panjang / panjang mula-mula

e = ΔL / Lo

Karena pertambahan panjang ΔL dan panjang awal L adalah besaran yang sama, maka sesuai persamaan di atas regangan e tidak memiliki satuan atau dimensi.

c. Modulus Elastis
Modulus Elastisitas E Suatu bahan di definisikan sebagai perbandingan antara tegangan dengan regangan yang dialami bahan.

Modulus Elastisitas : tegangan / regangan

E :  σ / e

Gaya Pegas

Gaya Pegas Fisika- Pegas merupakan benda berbentuk spiral yang terbuat dari logam. Pegas sendiri mempunyai sifat elastis. Maksudnya ia bisa mempertahankan bentuknya dan kembali ke bentuk semula setelah diberi gaya. Gaya pegas dapat didefinisikan sebagai gaya atau kekuatan lenting suatu pegas untuk kembali ke posisi  atau bentuk semula.

Elastisitas pada pegas
Sobat pernah nonton fantastic four? Salah satunya tokohnya adalah ReedRichards, seorang manusia karet yang elastis. Ternyata pegas juga sama seperti Reed Richards, elastis. Apa sih elastis itu? Elastis adalah kemampuan benda untuk kembali ke bentuk semula setelah gaya yang bekerja padanya dihilangkan. Ketika pegas ditarik  yang berarti ada gaya luar yang bekerja maka ia akan molor atau memannjang. Ketika gaya luar itu dihilangkan ia akan kembali ke bentuk semula.

Hukum Hooke (Gaya Pegas)

Robert Hooke seorang Ilmuwan asal inggris meneliti tentang gaya pegas. Imuwan berambut keriting ini menelurkan hukum hooke yang menyatakan Jika pada sebuat pegas bekerja sebuah gaya luar, maka pegas akan bertambah panjang sebanding dengan besarnya gaya yang diberikan.

Hukum Hooke dirumuskan

F = k .Δx“Fitri Kurang AsyiX”
F = w (gaya berat) = gaya pegas = gaya yang bekerja pada pegas
k = konstanta pegas
Δx = pertambahan panjang

Energi Potensial Pada Pegas

Sebuah pegas yang diberi gaya entah itu ditarik atau ditekan akan memiliki energi potensial (energi karena kedudukan).Usaha yang dilakukan oleh gaya F untuk menarik sebuah pegas sehingga bertambah panjang sebesar x besarnya sama dengan perubahan energi potensial dari pegas. coba sobat hitung amati grafik hubungan gaya F dengan delta x berikut

Luasan di bawah yang diarsir merupakan usaha = perupahan energi potensial. Jadi untuk menghitung energi potensial bisa dirumuskan

Contoh dan Aplikasi Gaya Pegas Sehari-hari

Gaya pegas sangat luas sekali aplikasi dan manfaatnya di kehidupan sehari-hari. Lihat pulpen yang setiap hari sobat gunakan untuk menulis di sekolah, sebagian ada yang menggunakan pegas untuk menarik keluar masuk mata (ujung) pulpen. Contoh lainnya seperti pada mainan anak-anak seperti pistol-pistolan, sistem rem pada sepeda motor terutama yang tromol, jam, suspensi (shockbreaker), dan masih banyak lagi.

Rangkaian Pegas

Sama seperti hambatan, pegas juga bisa dirangkai (rangkaian pegas). Bentuk rangkaian pegas akan menentuka nilai konstanta pegas total yang akhirnya akan menentukan nilai dari gaya pegas.

1. Rangkaian Pegas Seri
Jika rangkaian seri makan konstanta pegas totalnya adalah
jika ada n pegas identik (konstanta k) maka rumus Konstanta totalnya tinggal  Ks = K/n

2. Rangkaian Pegas Pararel
Jika rangkaian pegas pararel maka total konstantanya sama dengan jumlah seluruh konstanta pegas yang disusun pararel

Ks = K1 + K2 + … + Kn
Contoh Soal Gaya Pegas1. Sobat punya pegas dengan konstanta pegas sebesar 200 N/m. Jika pegas tersebut sobat dudukin hingga tertekan sejauh 10 cm. Maka berapa energi yang digunakan?
jawaban : E = 1/2 k  (Δx)^2 = 1/2 x 200 x 0,1 x 0,1  = 1 Joule

Hukum Gravitasi Newton dan Kuat Medan Gravitasi

Hukum Gravitasi Newton dan Kuat Medan Gravitasi


 

Hukum Graviasi Newton juga dikenal hukum Gravitasi Universal merupakan hukum tarik – menarik antara dua benda bermassa yang berdekatan. Hukum Gravitasi Newton terinspirasi mengapa orbit ulan mengelilingi bumi selalu tetap, mengapa benda benda langit tidak saling bertabrakan ? Newton juga memikirkan mengapa benda – benda yang di atas selalu jatuh ke atas permukaan bumi, bukan jatuh ke atas maupun terlampar ke ruang angkasa.

Bunyi hukum Gravitasi Newton
Menurut Newton Semua benda yang berada di alam semesta akan menarik benda lain dengan gaya yang sebanding dengan massa benda benda tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak diantara benda-benda tersebut. Pernyataan tersebut kemudian dikenal dengan hukum Gravitasi Newton atau hukum gravitasi universal.

Rumus Hukum Gravitasi Newton
Dari pernyataan Newton tentang hukum Gravitasi dapat dituliskan dalam rumus gravitasi Newton
F = G m1 m2 / r2
Dimana :
F = Gaya gravitasi Newton (N)
G = tetapan Gravitasi Newton (6.67 x 10 -11 kg-1 m3 s-2
m1 = massa benda 1 (kg)
m2 = massa benda 2 (kg)
r = jarak antara kedua benda (m)

Kuat medan gravitasi
Medan gravitasi diartikan sebagai area dissekitar benda bermassa yang masih dipengaruhi oleh gaya gravitasi. Besar kuat medan gravitasi

sebanding dengan massa benda dan berbanding terbaik dengan kuadrat jarak benda terhadap pusat gravitasi. Semua benda yang berada di dalam medan gravitasi akan tertarik oleh gaya gravitasi tersebut.

Rumus kuat medan gravitasi
g = G m / r2

Sebuah benda yang berada di dekat permukaan bumi maka pada benda tersebut akan bekerja gaya tari. Gaya ini mempunyai arah dan besar di setiap titik dalam area tersebut. Arah gaya tersebut selalu menuju pusat bumi dan besarnya dapat dihitung dengan persamaan
F = m . g
Berdasakan hukum gravitasi Newton maka setiap tempat dibumi kan mendapat pengaruh dari gaya gravitasi bumi yang menyebabkan setiap benda akan tertarik menuji pusat bumi. Dengan asumsi bumi itu bulat maka dapat disimpulkan arah medan gravitasi bumi aka membentuk garis lurus dan selalu menuju ke pusat bumi, kuat medan gravitasi bumi di setiap titik dipermukaan bumi besarnya sama. Namun, pada kenyataannya bumi tidak bulat tetapi pepat pada kedua kutub dan menggembung pada khatulistiwa sehingga kuat medan gravitasi bumi di khatulistiwa berbeda dengan kuat medan gravitasi bumi dikutub. Kuat medan gravitasi bumi di khatlistiwa lebih kecil daripada kuat medan gravitasi bumi di kutub. Seperti yang sudah kita ketahui bumi mengandung banyak mineral dan bahan tambang. Kuat medan gravitasi bumi disekitar tempat yang mengandung bahan tambang lebih besar dibandingkan dengan kuat medan gravitasi bumi di daerah yang tidak mengandung bahan tambang. Pegnungan juga mempengaryhu kuat medan gravitasi bumi. Benda yang berada dekat di kaki gunung akan tertarik ke arah pusat gunung dan pusat bumi. Kedua tarikan tersebut akan menghasilkan kuat medan gravitasi yang berbeda arah. Akibatnya kuat medan gravitasi bumi tidak tepat mengarah pada pusat bumi tetapi sedikit berbelok menuju pusat gunung.
Demikianlah sekilah tentang gaya gravitasi Newton dan kuat medan gravitasi. Semoga bermanfaat.