Impuls Adalah Besaran Vektor dalam Fisika, Simak Contoh Soal dan Aplikasinya

Impuls adalah salah satu konsep kunci dalam fisika, yang membantu kita memahami bagaimana benda-benda bergerak dan berinteraksi dengan gaya. Impuls memiliki karakteristik khusus yang perlu dipahami, untuk menggali lebih dalam dampaknya dalam berbagai situasi fisik.

Impuls dapat didefinisikan sebagai perubahan momentum benda dalam interval waktu tertentu. Ini adalah besaran vektor, yang berarti memiliki magnitude (besaran) dan arah yang jelas. Untuk menghitung impuls, kita mengalikan gaya (F) yang bekerja pada benda dengan selang waktu (Δt) selama gaya tersebut beroperasi.

Secara matematis, rumus impuls, adalah sebagai berikut:

 I = F.Δt

Keterangan: 

I : impuls (Ns)

F : gaya impulsif (N)

Salah satu aspek penting dari impuls adalah perannya dalam mengubah momentum benda. Ketika sebuah gaya diberikan pada suatu benda, benda tersebut akan mengalami perubahan kecepatan dan/atau arah geraknya. Ini berarti impuls tidak hanya memindahkan benda dari keadaan diam menjadi bergerak, tetapi juga dapat mengubah arah pergerakan benda atau menghentikannya, tergantung pada arah gaya yang bekerja.

Momentum dan impuls adalah dua konsep penting dalam fisika yang berkaitan erat. Keduanya digunakan untuk menjelaskan pergerakan benda dan perubahan kecepatan benda, tetapi mereka adalah besaran yang berbeda. Momentum adalah besaran fisika, yang mengukur seberapa sulitnya menghentikan benda yang sedang bergerak, atau mengubah kecepatannya. Momentum (P) didefinisikan sebagai hasil perkalian antara massa benda (m) dan kecepatan benda (v), dan dapat dirumuskan sebagai berikut:

P=m⋅v

Di mana:

P adalah momentum dalam kilogram meter per detik (kg·m/s).

m adalah massa benda dalam kilogram (kg).

v adalah kecepatan benda dalam meter per detik (m/s).

Oleh karena itu, impuls juga memiliki satuan yang sama dengan momentum, yaitu kilogram meter per detik (kg·m/s). Kedua besaran ini memiliki hubungan erat, seperti yang dinyatakan oleh hukum kedua Newton, yang menyatakan bahwa gaya yang diberikan pada suatu benda adalah sama dengan perubahan momentum benda terhadap waktu.

 

1. Hukum Kekekalan Impuls

Hukum kekekalan impuls adalah salah satu prinsip dasar dalam fisika. Hukum ini menyatakan bahwa dalam suatu sistem fisik tertutup, jumlah impuls sebelum suatu interaksi atau peristiwa harus selalu sama, dengan jumlah impuls setelah interaksi tersebut, selama tidak ada gaya eksternal yang bekerja. Prinsip ini adalah konsekuensi dari hukum kedua Newton, dan menjadi dasar bagi pemahaman tentang tabrakan, pergerakan benda, dan banyak fenomena fisik lainnya. Ketika dua objek bertabrakan, perubahan momentum satu objek harus diimbangi oleh perubahan momentum objek lain, sesuai dengan prinsip kekekalan impuls.

2. Optimasi Perubahan Kecepatan

Impuls juga berperan penting dalam mencapai perubahan kecepatan yang diinginkan. Dalam ilmu roket dan penerbangan, impuls yang besar sangat diperlukan untuk mencapai kecepatan luar angkasa. Roket menghasilkan impuls melalui mesin roket yang kuat, serta mengubah momentumnya dan mendorongnya ke luar angkasa. Konsep ini memiliki implikasi yang sangat penting, dalam eksplorasi luar angkasa dan penerbangan.

3. Perlindungan dalam Keselamatan

Impuls memiliki aplikasi penting dalam keselamatan. Salah satu contohnya adalah penggunaan airbag dalam kendaraan. Saat terjadi tabrakan, airbag secara cepat menghasilkan impuls yang bertujuan untuk memperlambat perubahan kecepatan penumpang. Dengan demikian, airbag membantu melindungi penumpang dari cedera serius dan mengurangi dampak dari tabrakan tersebut.

4. Olahraga dan Kegiatan Fisik

Impuls juga memainkan peran penting dalam berbagai olahraga. Atlet dalam olahraga seperti sepak bola, bulu tangkis, atau golf menggunakan impuls untuk mengubah arah dan kecepatan bola. Ketika seorang pemain mengayunkan raket tenis atau memukul bola golf, impuls yang mereka berikan pada bola akan memengaruhi pergerakan bola dan hasil akhir dari permainan. Ini adalah contoh nyata, tentang bagaimana pemahaman tentang impuls memengaruhi strategi dan hasil dalam olahraga.

 

Contoh 1 dan Penyelesaiannya

Bola bermassa M = 1,90 kg digantung dengan seutas tali dalam posisi diam. Kemudian sebuah peluru bermassa m = 0,10 kg ditembakkan hingga bersarang di dalam bola. Jika posisi bola mengalami kenaikan sebesar h = 20 cm dan percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s², maka hitung berapa kelajuan peluru saat mengenai bola!

Pembahasan:

Diketahui:

b = bola

p = peluru

mb = 1,9 kg

mp = 0,1 kg

h = 0,2 m

g = 10 m/s²

vp =... ?

vp = (mb + mp) / mp · √2gh

vp = (1,9 + 0,1) / 0,1 · √(2 · 10 ·0,2)

vp = 20 · 2

vp = 40 m/s.

Contoh 2 dan Penyelesaiannya

Berapakah impuls yang bekerja, ketika sebuah bola kaki bermassa 2 kg jatuh bebas dari ketinggian 10 m di atas tanah. Kemudian benda tersebut terpantul di lantai sehingga mencapai ketinggian 2,5 m. Jika g = 10 m/s².

Pembahasan :

Diketahui :

m = 2 kg

h = 10 m

h = 2,5 m

g = 10 m/s2

Dit : I =...?

Jawab :

Hitung kecepatan awal jatuh ke bawah

= -√(2gh) = – √(2.10.10) = – 10√2 m/s (tanda negatif artinya arah ke bawah)

dan kecepatan setelah terpantul ke atas,

v’ = √(2gh’) = √(2.10.2,5) = 5√2 m/s

maka

impuls = m(v’ – v)

impuls = 2.(5√2 – (- 10√2))

Impuls = 2.(5√2 + 10√2)

Impuls = 2.(15√2)

Impuls = 30.√2 Kg m/s.

Contoh 1 dan Penyelesaiannya

Hitunglah besar momentum serangga yang massanya 22 gram yang tengah terbang dengan laju 80 m/s.

Pembahasan :

Diketahui:

massa (m) = 22 gram = 0,022 kg

kecepatan (v) = 80 m/s

momentum(p) = …

p= m.v

= 0,022.80

= 1,76 kg m/s.

4. Kecepatan peluru saat lepas dari larasnya 200 m/s. Jika massa peluru dan senapan masing-masing 10 gram dan 5 kg, hitunglah kecepatan dorong senapan terhadap bahu penembak saat peluru lepas dari larasnya ?

Pembahasan :

Diketahui :

v1 = 0 m/s

v2 = 0 m/s

v2 = 200 m/s

m1 = 5 kg

m2 = 10 gr = 10-2 kg

Ditanya : v1...?

Jawab :

m1.v1 + m2.v2 = m1.v1 + m2.v2

5.0+ 10-2.0 = 5.v1 + 10-2.200

0 = 5.v1 + 2

v1 = -2/5 = -0,4 m/s.