BAB V. MOMENTUM DAN IMPULS

PERCOBAAN MOMENTUM DAN IMPULS

Percobaan 1

Tujuan                  : menyelidiki hukum kekekalan momentum

A.    Alat dan Bahan

1.      ticker timer

2.      kereta dinamik

3.      Katrol

4.      Catu daya

5.      Lem

6.      Gunting

7.      Lilin mainan atau plastisin

B.     Langkah kerja

1.      Susun ticker timer dan rangkaikan pada papan luncur

2.      Tempelkan potongan styrofoam pada kereta dinamik B dan jarum pentul pada kereta dinamik A

3.      Susunlah kereta dinamik, ticker timer, dan papan luncur seperti gambar berikut.

4.      Sebelum ticker timer dihidupkan, tahanlah kereta dinamik dengan tangan. Sementara itu kereta dinamik diberi ganjalan halus, sehingga dengan gangguan sedikit dapat meluncur ke bawah. Upayakan kemiringan papan luncur dapat menggerakkan kereta, namun dengan percepatan gerak paling kecil (gerakan seperti GLBB)

5.      Hidupkan ticker timer kemudian lepaskan kereta dinamik A hingga menabrak kereta dinamik B. Biarkan keduanya bergerak bersama setelah tabrakan.

6.      Periksalah ticker timer, kemudian potonglah pita pada rekaman titik yang mengalami perubahan kerapatan. Potonglah sepanjang 6 titik ke kiri dan 6 titik ke kanan, kemudian ukurlah panjang masing-masing.

Informasi:

-      Rekaman pita merupakan data kecepatan dari gerak kereta. Jika kita mengukur panjang rekaman dengan jumlah titik yang sama, maka panjang rekaman merupakan kecepatannya. Anggaplah jika panjang pita 4 cm, berarti kecepatannya 4 satuan/sekon

-      Jika kedua benda yang bertumbukan bergerak bersama sesudah tumbukan maka termasuk jenis tumbukan tidak elastis

7.      Masukkan data kecepatan Va, Vb dan V sebagai kecepatan sebelum dan sesudah tumbukan.

8.      Lakukan percobaan seperti langkah 5 dan 6 dengan menempatkan tambahan sebuah beban kereta dinamik sejenis di atas kereta dinamik A. Kemudian pindahkan beban pada kereta dinamik B dan seterusnya.

9.      Masukkan data ke dalam tabel

Percobaan 2

Tujuan                         : Menyelidiki momen restitusi benda-benda yang bertumbukan .

A.  Alat dan Bahan

1.        Penggaris/mistar

2.        Statif

3.        Kelereng

4.        Bola bekel atau bola pingpong

5.        Lem

6.        Gunting

7.        Lilin mainan atau plastisin

B.  Langkah Kerja

1.      Siapkan mistar 150 cm untuk mengukur ketinggian kelereng. Lepaskan bola/kelereng dari ketinggian 150 cm (h₀) seperti gambar berikut:

1.      Amati kelereng jatuh. Kemudian ukurlah ketinggian yang dicapai kelereng setelah menumbuk lantai yang pertama. Catatlah ketinggian kelereng (h₁).

2.      Catat pula ketinggian yang dicapai kelereng setelah tumbukan kedua (h₂) dan ketiga (h₃).

3.      Lakukan percobaan dengan mengubah ketinggian awal kelereng.

4.      Masukan data pengukuran ke dalam tabel.

            Informasi

•  Tinggi awal jatuh bebas mempengaruhi kecepatan bola/kelereng sesaat sebelum menumbuk lantai (v)

•  Tinggi bola yang dicapai setelah menumbuk bergantung pada kecepatan awal sesaat setelah bola menumbuk lantai (v)

•  Kecepatan jatuh bebas dapat dihitung dengan rumus

•  Koefisien restitusi adalah perbandingan antara kecepatan relatif sesudah tumbukan dengan kecepatan relatif sebelum tumbukan.

Percobaan 3

PEMBUATAN ROKET AIR SEDERHANA

A.     Alat dan Bahan Pembuatan Roket Air

1.      Botol Air Minuman Soda1,5 liter

2.      Plastisin / Koran bekas yang dibasahi sebagai pemberat

3.      Kertas Karton (hanya untuk roket air 1 botol)

4.      Selotip Transparan Besar

5.      Impra Board

6.      Lem Epoksi

7.      Nozzle

8.      Penggaris

9.      Spidol

10.  Cutter dan gunting

11.  Peluncur roket

B.      Langkah Pembuatan

1.      Buatlah ujung roket air dari kertas karton dengan desain mengerucut (aerodinamis). Tidak harus berbahan karton, asal nose-cone dapat bertahan dan stabil ketika diluncurkan

2.      Masukkan plastisin sebagai pemberat diujung roket, plastisin dapat digantikan dengan kertas Koran yang di basahi untuk menambah beban pada nose (hidung) rocket

3.      Sambunglah ujung roket dengan Botol pada bagian bawah botol dengan menggunakan Lem Epoksi.

4.      Buatlah sirip roket dari bahan yang ringan dan kuat (misal : impraboard), setidaknya menggunakan 3 buah sirip untuk keseimbangan Body roket (Ukuran dan bentuk sayap bebas)

5.      Rekatkan sayap pada bagian bawah roket dengan simetris

C.   Langkah kerja

1.      Bukalah pipa peluncur dan masukkan air sampai kira-kira 1/4 bagian botol.

2.      Masukkan kembali pipa peluncur dan arahkan roket ke atas

3.      Pasanglah kunci pengamannya, bila air merembes keluar, maka seal tidak berfungsi dengan baik. Ganti kembali seal karet.

4.      Pompa udara kedalam botol melalui pentil di bagian bawah peluncur. Berhati-hatilah dalam memompa udara, pastikan jangan terlalu tinggi tekanannya agar botol tidak pecah

5.      Apabila tekanan sudah mencukupi, tarik kunci pengaman ke bawah dan roketpun akan meluncur.

Sumber : https://www.google.co.id/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=3&cad=rja&uact=8&ved=0CCkQFjACahUKEwjl69bM-OjIAhUiq6YKHUQLCuI&url=http%3A%2F%2Fkurikulum.sman9-mlg.sch.id%2Findex.php%3Faction%3Ddownload%26dir%3DSuhandoko%252Fhasil%2Bb%2Brukmijati%252Ffisika%252FFISIKA%252FTugas%2BRPP%2BKelompok%2BFisika%252FSMAN%2B1%2BBALEN%2BKD.%2B3.5%2BMomentum%252CImpuls%252Cdan%2BTumbukan%26item%3DLK%2B7%2BRPP%2BKD%2B3.5%2BMOMENTUM.docx%26order%3Dsize%26srt%3Dno&usg=AFQjCNEAbDaaCaQA9EFBMitZl6LI10wTtg&bvm=bv.106379543,d.dGY

Nama                           : M. Albin Rifky

Kelas/no.         : XI 7/22 

III.SOAL MOMENTUM DAN IMPULS

Nama : Mohammad Ali Rido / XI-7/ 21

1.       Dua benda dengan kecepatan 2 m/s dan 4 m/s bergerak searah. Massa benda masing-masing sebesar 2 kg dan 3 kg. Apabila terjadi tumbukan tidak lenting sama sekali, tentukanlah kecepatan kedua benda tersebut setelah bertumbukan!

      a. 3,2  m/s

      b. 2,2 m/s

      c. 4 m/s

      d. 3 m/s

      e. 2 m/s

Pembahasan: 

Diketahui: v₁ = 2 m/s, v₂ = 4 m/s, m₁ = 2 kg, dan m₂ = 3 kg.

m₁ v₁ + m₂ v₂ = (m¹ + m₂)v'

(2 kg)(2 m/s) + (3 kg)(4 m/s) = (2 kg + 3 kg)v'

16 kgm/s = (5 kg)v'

v' = 3,2 m/s

Jadi kecepatan kedua benda setelah tumbukan adalah 3,2 m/s.

2.      Sebuah bola dijatuhkan dari ketinggian 1,8 m. Kemudian, terpental hingga mencapai ketinggian 45 cm. Berapakah koefisien restitusi antara lantai dan bola itu?

      a. 2                              c. 1                  e. 5

      b. 3                              d. 0,5

Pembahasan: 

Diketahui: h = 1,8 m, dan h' = 45 cm.

3.      Seseorang yang massanya 45 kg membawa senapan bermassa 5 kg. Dalam senapan tersebut, terdapat sebutir peluru seberat 0,05 kg. Diketahui orang tersebut berdiri pada lantai yang licin. Pada saat peluru ditembakkan dengan kecepatan 100 m/s, orang tersebut terdorong ke belakang. Tentukanlah kecepatan orang tersebut pada saat peluru dilepaskan.

      a. 1 m/s                                    c. 0,1 m/s                     e. 3 m/s

      b. 2,5 m/s                                 d. 2 m/s

Pembahasan:

Diketahui bahwa Hukum Kekekalan Momentum menyatakan energi mekanik sebelum dan setelah tumbukan adalah sama, dengan m₀ = massa orang = 45 kg, m_s = massa senapan = 5 kg, dan m_p = massa peluru = 0,05 kg, dan v_p = 100 m/s.

(m₀ + m_s + m_p)v = (m₀ + m_s)v₀ + m_pv_p

0 = (45 kg + 5 kg)v₀ + (0,05 kg)(100 m/s)

(–50 kg)v₀ = 5 kgm/s

v₀ = (5 kgm /  − 50 m/s) = –0,1 m/s

Jadi, kecepatan orang tersebut pada saat peluru dilepaskan adalah 0,1 m/s.

4.      Seorang penumpang naik perahu yang bergerak dengan kecepatan 4 m/s. Massa perahu dan orang itu masing-masing 200 kg dan 50 kg. Pada suatu saat, orang tersebut meloncat dari perahu dengan kecepatan 8 m/s searah gerak perahu. Tentukanlah kecepatan perahu sesaat setelah orang tersebut meloncat.

a. 2 m/s                                    c. 1 m/s                        e. 5 m/s

b. 3 m/s                                    d. 4 m/s

Pembahasan:

Diketahui: m_p = 200 kg, m₀ = 50 kg, dan v₀ = 8 m/s.

(m_p + m₀)v = m_pv_p' + m₀v₀'

(200 kg + 50 kg) (4 m/s) = (200 kg)v_p' + (50 kg)(8 m/s)

1.000 kgm/s = (200 kg) v_p' + 400 kgm/s

600 kgm/s = (200 kg) v_p'

v_p' = 3 m/s

5.  Benda A dan benda B masing-masing bermassa 2 kg dan 3 kg, bergerak saling tegak lurus dengan kecepatan masing-masing sebesar 8 m/s dan 4 m/s. Berapakah momentum total kedua benda tersebut?

      a. 25 kg m/s                             c. 30 kg m/s                             e. 50 kg m/s

      b. 20 kg m/s                             d. 40 kg m/s

Pembahasan: 

Diketahui: mA = m_A = 2 kg, m_B = 3 kg, v_A = 8 m/s, dan v_B = 4 m/s.

p_A = m_Av_A = (2 kg)(8 m/s) = 16 kgm/s

p_B = m_Bv_B = (3 kg)(4 m/s) = 12 kgm/s

Momentum adalah besaran vektor sehingga untuk menghitung besar momentum total kedua benda, digunakan penjumlahan vektor:

p_total = (pA₂ + pB₂)^1/2 = [(16 kgm/s)² + (12 kgm/s)²]^1/2 = 20 kgm/s.

6.      Sebuah benda bermassa 2 kg berada dalam keadaan diam di permukaan meja yang licin. Kemudian, benda itu digerakkan secara mendatar oleh sebuah gaya mendatar F. Gaya tersebut berubah terhadap waktu menurut F = 30 – 6t, dengan t dalam s dan F dalam N.  Tentukanlah impuls yang bekerja pada benda tersebut.

      a.  75 Ns                                  c. 65 Ns                                   e. 40 Ns

      b. 50 Ns                                   d. 70 Ns

Pembahasan: 

Impuls = luas daerah di bawah kurva

Impuls = luas segitiga

Impuls = 1/2 (5 s)(30 N) = 75 Ns

7.   Dari soal nomer 6. Tentukan kecepatan benda setelah 5 sekon.

      a. 37,5 m/s                               c. 30 m/s                                  e. 27,5 m/s

      b. 25 m/s                                  d. 32,5 m/s

     

Pembahasan: 
Kecepatan benda setelah 5 sekon ditentukan dengan persamaan berikut.

Impuls = perubahan momentum

F Δt = mv – mv₀

75 Ns = (2 kg)(v) – (2 kg)(0 m/s)

v = 37,5 m/s

8.     Sebuah benda yang massanya 0,5 kg berada dalam keadaan diam. Kemudian, benda tersebut dipukul dengan gaya sebesar F sehingga benda bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Jika pemukul menyentuh benda selama 0,01 sekon, tentukanlah perubahan momentum benda

      a. 5 Ns                         c. 15 Ns                                   e. 25 Ns

      b. 10 Ns                       d. 20 Ns

Pembahasan:

Diketahui: m = 0,5 kg, v = 10 m/s, dan Δt = 0,01 s.

Perubahan momentum ( Δp):

Δp = mv – mv₀ = (0,5 kg)(10 m/s) – (0,5 kg)(0 m/s) = 5 Ns

9.   dari soal no. 8 besarnya gaya F yang bekerja pada benda adalah

      a. 200 Newton             c. 400 Newton             e. 600 Newton

      b. 300n Newton                       d. 500 Newton

Pembahasan:

Besarnya gaya F:

F Δt = mv – mv₀

F(0,01 s) = 5 Ns → F = (5 Ns / 0,01 s) = 500 newton.

10.   Sebuah mobil bermassa 1.500 kg bergerak dengan kecepatan 36 km/jam. Berapakah momentum mobil tersebut?

      a. 8000 kg m/s             c. 15000 kg m/s                       e. 10000kg m/s

      b. 5000 kg m/s             d. 3000 kg m/s

Pembahasan: 
Diketahui: m = 1.500 kg dan v = 36 km/jam.

m = 1.500 kg

v = 36 km/jam = 10 m/s

Momentum mobil: p = mv = (1.500 kg)(10 m/s) = 15.000 kgm/s.

11.   Ada dua buah benda yaitu benda A bermassa 2 kg, bergerak kekanan dengan kelajuan 10 m/s. Benda B yang bermassa 7 kg bergerak kekiri dengan kelajuan 4 m/s. Hitunglah   Momentum benda A

      a. 20 kgm/s                              d. 10 kgm/s

      b. 15 kgm/s                              e. 5 kgm/s

      c. 25 kgm/s

Pembahasan: 
Besaran yang diketahui :

m A = 2 kg

m B = 7 kg

v A = 10 m/s

v B = 4 m/s

Momentum benda A

p = m.v

= 2 kg . 10 m/s

= 20 kg m/s

12. dari soal nomer 11. tentukan Momentum benda B

      a. 24 kgm/s                              d. 34 kgm/s

      b. 29 kgm/s                              e. 25 kgm/s

      c. 28 kgm/s

Pembahasan: 

.      Momentum  benda B

p = m.v

= 7 kg . 4 m/s

= 28 kg m/s

13. dari soal nomer 11. Tentukan Momentum total benda A dan B

      a. 48 kgm/s                                          d. 55 kgm/s

      b. 40 kgm/s                                          e. 59 kgm/s

c. 50 kgm/s

Pembahasan: 

Momentum total benda A dan B

m_total = pA + pB

         = 20 kg m/s + 28 kg m/s

         = 48 kg m/s

14.  Dua bola masing- masing 2 kg. Bola pertama bergerak ke timur dengan kecepatan  4 m/s dan bola kedua bergerak keutara dengan kecepatan 3 m/s. Tentukan momentum total kedua benda tersebut.

      a. 12 kg m/s                                         d. 18 kg m/s

      b. 14 kg m/s                                         e. 20 kg m/s

      c. 16 kg m/s

Pembahasan: 
Besaran yang diketahui :

m_A = 2 kg

m_B  = 2 kg

v_A  = 4 m/s

v_B  = 3 m/s

pA  = m.v

      = 2 kg . 4 m/s

      = 8 kg m/s

pB = m.v

       = 2 kg . 3 m/s

                   = 6 kg m/s

m_total= pA + pB

        = 8 kg m/s + 6 kg m/s

        = 14 kg m/s

15.  Sebuah bola dengan massa 0,1 kg dijatuhkan dari ketinggian 1,8 meter dan mengenai lantai. Kemudian dipantulkan kembali sampai ketinggian 1,2 m. Jika g = 10 m/s². Tentukan impuls karena berat bola ketika jatuh.

      a. 0,2 Ns                                              d. 0,8 Ns

      b. 0,4 Ns                                              e. 1,2 Ns

      c. 0,6 Ns

Pembahasan: 
.                 Besaran yang diketahui diketahui :

m = 0,1 kg

h = 1,8 m

h’ = 1,2 m

g = 10 m/s²

Selama bola jatuh ke tanah terjadi perubahan energi potensial menjadi energi kinetik, sehingga

E_p      = E_k

mgh   = ½ mv²

v        = √2gh

Impuls bola karena berat ketika jatuh adalah...

I   = F ∆t

                 = m∆v

    = m√2gh

    = (0,1) √2(10) (1,8)

     = (0,1) (6)

             = 0,6 Ns

16. dari soal no. 15. Tentukanlah koefisien restitusinya

      a. 0,2                           d. 0,8

      b. 0,4                           e. 1,4

c. 0,6

     

Pembahasan: 

Koefisien restitusi:

       m = 0,1 kg

  h = 1,8 m

 h’ = 1,2 m

   g = 10 m/s²

e    = √h’ : h

= √1,2 : 1,8

= √2 : 3

= 0,8

17. Sebuah bola 0,2 kg dipukul pada saat sedang bergerak dengan kecepatan 30 m/s. Setelah meninggalkan pemukul, bola bergerak dengan kecepatan 40 m/s berlawanan arah semula. Hitunglah impuls pada tumbukan tersebut...

      a. -14 Ns                                             d. -16 Ns

      b. 14 Ns                                               e. 18 Ns

      c. 16 Ns

Pembahasan: 
Besaran yang diketahui :

m = 0,2 kg

v₁ = 30 m/s

v₂ = -40 m/s

Impuls yang terjadi pada saat tumbukan adalah

I     = F . ∆t

= m (v₂ – v₁)

= 0,2 (-40 – 30)

= -14 Ns

Tanda minus berarti arah pemukul berlawanan dengan arah datangnya bola.

18.   Sebuah benda bermassa 0,2 kg dalam keadaan diam dipukul sehingga bergerak dengan kecepatan 14 m/s. Jika gaya bekerja selama 0,01 sekon,

Tentukan besar gaya yang diberikan pada benda tersebut!

a. 280 N                                              d. 200 N

b. 250 N                                              e. 300 N

c. 240 N

Pembahasan: 
m = 0,2 kg

v₁ = 0

v₂ = 14 m/s

∆t = 0,01 s

F ∆t             = m(v₂ – v₁)

F (0,01)       = 0,2 (14 – 0)  

F        = 280 N

19.   Hitung kecepatan balik senapan yang memiliki massa 5 kg dan menembakkan peluru 25 gram dengan laju 120 m/s.

      a. 0,4 m/s                                             d. 0,7 m/s

      b. 0,6 m/s                                             e. 0,5 m/s

c. 0,8 m/s

Pembahasan: 
Besaran yang diketahui :

m_s = 5 kg

m_p = 25 gr = 0,025 kg

v_p’ = 120 m/s

Momentum total sistem tetap kekal. Kekekalan momentum pada arah x menghasilkan

m_s v_s + m_p v_p   = m_s v_s’ + m_p v_p’

0 + 0               = (5) v_s’+ (0,025)(120)

0                     = 5 V_s’ + 3

V_s’               = -3 : 5

V_s’               = - 0,6 m/s

20.	Seutas tali ditarik A yang bermassa 25 kg. Ujung tali yang lain ditarik B yang bermassa 30 kg. Tali tersebut putus dan A terpelanting ke kiri dengan kecepatan 2 m/s. Berapakah terpelantingnya B ? a. 1,2 m/s b. 1,3 m/s c. 1,4 m/s d. 1,6 m/s e. 1,7 m/s Pembahasan:                           Dik = MA = 25 kg                                   MB = 30 kg                                   VA = 2 m/s                          Dit = VB ……………?                         Jwb = mAvA + mBvB = mAvA’ + mBvB’                                      0    +      0    = 25 (-2) + 30 (VB’)                                                           = -50 + 30 B’                                                  50     =  30 VB’                                                    Vb’    =    m/s = 1,7 m/s