Dalam Fisika, terdapat materi tentang Momentum dan Tumbukan. Apa itu Momentum? Apa itu Tumbukan? Pada artikel ini kamu akan mengetahui kedua konsep tersebut. Bukan hanya pengertian, kamu juga akan mengenal jenis-jenisnya, bahkan kamu bisa menguji pemahaman melalui contoh soal tumbukan dan momentum di akhir artikel. Hayuk, kita mulai!

Pengertian Momentum

Apa itu momentum? Sebelum membahas jawabannya, apa kamu masih ingat hal ini : suatu benda atau obyek akan bergerak jika diberi gaya? Nah, momentum adalah besaran yang mengukur tingkat kesulitan untuk menghentikan gerak benda / obyek tersebut. 

Perlu diketahui bahwa untuk menghentikan suatu obyek, maka dibutuhkan usaha yang sama besar dengan perubahan energi mekanik benda tersebut. 

Dari sini, kamu mungkin sudah dapat menyimpulkan bahwa momentum berkaitan erat dengan massa, ketinggian dan kecepatan benda ya?

Iya, betul. Jadi, semakin besar massa benda maka momentumnya pun semakin besar. Selain itu, semakin cepat gerakan ataupun tinggi posisi benda (dari tanah), maka momentumnya pun semakin besar. Oke, sudah jelas ya? 

Sekali lagi, secara sederhana momentum dapat diartikan sebagai ukuran kesulitan untuk memberhentikan obyek bergerak. Lalu, apa saja macam-macam momentum? Simak pembahasannya disini!

Jenis Momentum

Momentum Linear

Momentum linear adalah momentum yang dimiliki benda / obyek pada saat bergerak secara translasi. Maksudnya, benda tersebut bergerak pada lintasan lurus. Contohnya mobil yang berjalan lurus. 

Rumus

Dengan keterangan berikut.

p = momentum (satuan kgm/s)

m = massa (satuan kg)

v = kecepatan (satuan m/s)

Momentum Sudut (Angular)

Momentum angular adalah momentum yang dimiliki benda / obyek yang bergerak secara rotasi. Maksudnya, benda tersebut bergerak memutar atau melingkar. Contohnya, kaset CD, roda dan semacamnya. 

Momentum sudut sangatlah berkaitan erat dengan momen inersia. Hal ini  ditunjukkan dalam rumus berikut.

Rumus

L adalah momentum sudut (angular) yang memiliki satuan kgm^2/s. Sementara, I adalah momen inersia yang memiliki satuan kgm^2 dan ω adalah kecepatan sudut yang memiliki satuan rad/s. 

Pengertian Tumbukan

Apa itu tumbukan? Dalam Fisika, tumbukan diartikan sebagai interaksi dua buah obyek atau lebih, yang saling bertukar gaya dalam jangka waktu tertentu. Tumbukan sendiri terbagai ke dalam beberapa jenis. Berikut variasi tumbukan yang diketahui dalam Fisika:

Jenis Tumbukan

Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali

Dijuluki tumbukan tidak lenting sama sekali apabila energi kinetik berubah sehingga benda menyatu kemudian bergerak bersama setelah tumbukan. 

Tumbukan ini biasanya terjadi bila salah satu obyek / benda memiliki massa dan kecepatan yang jauh lebih besar dibandingkan benda lainnya yang terlibat dalam proses tumbukan tersebut. 

Begini deh, untuk memperoleh gambaran maka kamu bisa membayangkan dua mobil dengan kecepatan berbeda. Misalnya, mobil 1 berjalan pelan, sementara mobil 2 berjalan sangat cepat seperti mobil balap F1. Kemudian, kedua mobil tersebut saling bertumbukan. Kira-kira apa yang terjadi setelah mobil tersebut bertumbukan? 

Ya, kemungkinan besar mobil yang berjalan pelan akan terbawa / terseret oleh gerakan mobil 2 (karena kecepatan mobil 2  lebih tinggi). Terbayang kan? Oke, mari intip rumus tumbukan tidak lenting sama sekali berikut ini. 

Rumus

Koefisien restitusi tumbukan tidak lenting sama sekali adalah nol (e = 0).

Detail rumus tersebut adalah:

m1 = massa benda 1 (satuan kg) dan m2 = massa benda 2 (satuan kg)

v1 = kecepatan benda 1 (satuan m/s) dan v2 = kecepatan benda 2 (satuan m/s)

v’ = kecepatan benda setelah tumbukan

Tumbukan Lenting Sebagian

Tumbukan lenting sebagian terjadi apabila energi kinetik sebelum tumbukan berubah bentuk menjadi energi kalor (panas), bunyi, gesekan atau deformasi (energi yang mengubah bentuk benda yang bertumbukan) setelah tumbukan terjadi.

Koefisien restitusi tumbukan lenting sebagian adalah lebih dari 0 tetapi kurang dari 1 (0 < e < 1). Yuk, pelajari rumusnya berikut ini.

Rumus

Dengan keterangan berikut.

m1 dan m2 = massa benda 1 dan 2 (satuan kg)

v1 dan v2 = kecepatan benda 1 dan 2 (satuan m/s) 

v1’ dan v2’= kecepatan benda 1 dan 2 setelah tumbukan (satuan m/s) 

Adapun, koefisien restitusi untuk benda yang memantul adalah: 

Tumbukan Lenting Sempurna

Tumbukan lenting sempurna atau sering disebut tumbukan elastis, adalah tumbukan yang mana energi kinetik pada saat sebelum maupun sesudah tumbukan adalah sama besar. 

Dengan kata lain, seluruh energi kinetik pada kondisi awal menjadi energi kinetik di kondisi akhir. Pada tumbukan ini, kecepatan benda pada saat sebelum dan sesudah tumbukan menjadi berlawanan arah. Adapun, koefisien restitusi tumbukan lenting sempurna adalah 1 (e = 1). 

Rumus

Dengan keterangan berikut.

m1 dan m2= massa benda 1 dan 2 (satuan kg)

v1 dan v2 = kecepatan benda 1 dan benda 2 (satuan m/s)

v1’ dan v2’= kecepatan benda 1 dan benda 2 setelah tumbukan (satuan m/s) 

Kamu sudah menyimak rumus momentum dan tumbukan. Bagaimana penerapan rumus-rumus tersebut untuk memecahkan masalah? Yuk, perhatikan contoh soal tumbukan dan momentum juga pembahasannya berikut ini.  

Contoh Soal Tumbukan dan Momentum Dilengkapi Pembahasan

Contoh Soal Tumbukan

Sebuah mobil yang memiliki massa 2.000 kg melaju dengan kecepatan 120 km/jam, kemudian mobil tersebut menabrak sebuah becak yang memiliki massa 500 kg yang diam. Berapa kecepatan mobil dan becak setelah tumbukan terjadi?

Pembahasan

Seperti yang dijelaskan dalam soal bahwa massa mobil (mm) = 2.000 kg dan massa becak (mb) = 500 kg. Sementara, kecepatan mobil (vm) = 120 km/jam dan kecepatan becak (vb) = 0 km/jam (becak tersebut diam).

Sehingga, untuk mengetahui kecepatan mobil dan becak setelah tumbukan terjadi, maka kamu dapat menggunakan rumus berikut:

Kenapa menggunakan rumus tumbukan tidak elastis? Karena salah satu benda (mobil) memiliki kecepatan jauh lebih tinggi dibandingkan benda lainnya (becak yang sedang diam). Sehingga, soal ini dapat dikategorikan sebagai tumbukan tidak elastis. 

Selanjutnya, masukkan nilainya seperti berikut:

2.000 . 120 + 500 . 0 = (2.000 + 500) . v’

240.000 = 2.500v’

v’ = 240.000 / 2.500 = 96 km/jam

Jadi, kecepatan becak dan mobil setelah tumbukan adalah 96 km/jam.

 

Contoh Soal Tumbukan

Terdapat dua obyek, yakni A dan B. Obyek A memiliki massa 3 kg, sementara obyek B memiliki massa 5 kg. Keduanya bergerak searah dengan kecepatan 8 m/s dan 4 m/s . Jika obyek A menumbuk obyek B secara lenting sempurna maka berapakah kecepatan masing-masing obyek setelah tumbukan terjadi?

Pembahasan

Dalam soal ini disebutkan secara jelas bahwa obyek A menumbuk obyek B secara lenting sempurna, maka kamu dapat menggunakan rumus berikut untuk menyelesaikan masalah ini:

Sebelumnya, tuliskan dulu apa saja besaran yang diketahui dalam soal, yakni  massa A (m1) = 3 kg, massa B (m2) = 5 kg, kecepatan A (v1) = 8 m/s dan kecepatan B (v2) = 4 m/s.

Langkah 1

Sekarang, masukkan nilai tersebut ke dalam rumus sehingga:

3 . 8 + 5 . 4 = 3 . v1’ + 5 . v2’

24 + 20 = 3v1’ + 5v2’

44 m/s = 3v1’ + 5v2’ 

3v1’ + 5v2’ = 44 m/s (persamaan 1)

Langkah 2

Dalam hal ini, e = 1 karena tumbukan lenting sempurna. Jadi:

e = 1 = – (v2’ – v1’) / (v2 – v1)

Maka,

1 = – (v2’ – v1’) / 4 – 8 

Kamu pun memperoleh:

1 = – (v2’ – v1’) / -4 

– 4 = – (v2’ – v1’)

4 = v2’ – v1’

Jadi, kamu memperoleh v2’ – v1’ = 4 atau -v1’ + v2’ = 4 (persamaan 2) 

Langkah 3

Selanjutnya, lakukan eliminasi persamaan 1 dan 2 seperti berikut:

(3v1’ + 5v2’  = 44) – (-v1’ + v2’ = 4) 

Kalikan -v1’ + v2’ = 4 dengan -3 sehingga persamaannya menjadi 3v1’ – 3v2’ = -12 (persamaan baru).

Selanjutnya, lakukan eliminasi persamaan 1 dengan persamaan baru tersebut.

(3v1’ + 5v2’  = 44) – (3v1’ – 3v2’ = -12)

8v2’ = 56

v2’ = 56 / 8  

Maka, v2’ = 7 m/s 

Selanjutnya, cari v1’ melalui cara berikut.

– v1’ + v2’ = 4 

Masukkan nilainya sehingga

– v1’ + 7 = 4

Pindahkan 7 ke ruas kanan sehingga:

– v1’ = 4 – 7 

– v1’ = -3

Maka, v1’ = 3 m/s 

Jadi, kecepatan obyek A dan obyek B secara berturut-turut setelah tumbukan adalah 3 m/s dan 7 m/s. 

 

Contoh Soal Tumbukan

Pada mulanya, bola dilepaskan dari posisi 1 kemudian bola tersebut menyentuh lantai dan memantul. Jika percepatan gravitasi = 10 m/s^2 maka berapakah tinggi pantulan ketiga? 

Pembahasan

Jika menggunakan rumus koefisien restitusi bola yang memantul dari lantai maka kamu memperoleh:

100h = 80 x 80

h = 6.400 / 100 

h = 64 cm

Jadi, tinggi pantulan ketiga adalah 64 cm. 

 

Contoh Soal Momentum 

Jika sebuah roda kendaraan memiliki massa 40 kg dan diameter 120 cm berputar dengan kecepatan sudut 5 rad/s, maka berapakah momentum sudutnya?

Pembahasan

Untuk menjawab soal ini maka kamu bisa menggunakan rumus momentum sudut (angular) yang telah pelajari dalam artikel ini. Masih ingat seperti apa rumusnya? Berikut rumusnya:

L = I . ω

Selanjutnya, tuliskan besaran-besaran apa saja yang diketahui dalam soal agar proses perhitungan nanti menjadi lebih mudah.

m = 40 kg

diameter = 120 cm maka r = 120 / 2 = 60 cm (ubah ke dalam meter) => 0,6 m

ω = 5 rad/s 

Karena I = mr^2 maka L = m . r^2 . ω. Oke, sekarang masukkan nilainya sehingga:

L = 40 . (0,6)^2 . 5 

L = 40 . 0,36 . 5 = 72 kgm^2/s

Jadi, momentum sudut roda adalah 72 kgm^2/s.

Untuk contoh soal momentum sudut lainnya, kamu bisa mengklik tautan ini.

 

Contoh Soal Momentum

Seorang penari balet berputar sebanyak 3 putaran per detik seraya merentangkan kedua tangannya. Pada saat itu, momen inersia penari adalah 8 kgm^2. Lalu, kedua tangannya dirapatkan sehingga momen inersianya menjadi 2 kgm^2. Maka berapakah frekuensi putaran sekarang?

Pembahasan

Sebelum menjawab, tuliskan dulu besaran-besaran yang diketahui dalam soal seperti berikut.

ω = 3 rad/s

I1 = 8 kgm^2

I2 = 2 kgm^2

Selanjutnya, untuk mencari tahu frekuensi putaran saat ini, maka kamu bisa menggunakan persamaan berikut.

I1 . ω1 = I2 . ω2

Lalu, masukkan nilainya sehingga:

8 . 3 = 2 . ω2

24 = 2ω2

ω2 = 24 / 2 

ω2 = 12 rad/s 

Jadi, frekuensi putaran penari balet sekarang adalah 12 putaran per sekon. 

 

Contoh Soal Momentum

Sebuah benda memiliki massa 1 kg. Kemudian, benda tersebut bergerak lurus dengan kecepatan 10 m/s, maka berapakah momentum benda tersebut?

Pembahasan

Ini adalah contoh soal momentum linear. Untuk menjawab soal ini maka kamu bisa menggunakan rumus momentum, yakni p = m . v. 

p = 1 . 10 

p = 10 kgm/s^2

Jadi, momentum benda tersebut adalah 10 kgm/s^2.

 

Contoh Soal Tumbukan

Terdapat dua benda yang memiliki massa 10 kg dan 6 kg. Keduanya bergerak pada bidang datar yang licin, sementara kecepatannya adalah 4 m/s dan 8 m/s. Arah kedua benda berlawanan. Jika terjadi tumbukan lenting sempurna, maka berapakah kecepatan masing – masing benda setelah tumbukan?

Pembahasan

Untuk menjawab soal ini kamu dapat menggunakan rumus tumbukan lenting sempurna, yakni:

Langkah 1

Masukkan nilainya sehingga:

10 . 4 + 6 . -8 = 10v1′ + 6v2′

40 – 48 = 10v1′ + 6v2′

-8 = 10v1′ + 6v2′

10v1′ + 6v2′ = -8 (persamaan 1)

Langkah 2

e = – (v1′ – v2′) / v1 – v2

1 = – (v1′ – v2′) / 4 – (- 8)

1 = – (v1′ – v2′) / 12

12 = – (v1′ – v2′)

-12 = v1′ – v2′

v1′ – v2′ = -12 (persamaan 2)

Langkah 3

Eliminasi persamaan 1 dan 2. Caranya seperti berikut.

(10v1′ + 6v2′ = -8) – (v1′ – v2′ = -12) 

Kalikan v1′ – v2′ = -12 dengan -6 sehingga persamaannya menjadi -6v1′ + 6v2′ = 72 (persamaan baru).

Selanjutnya, lakukan eliminasi persamaan 1 dengan persamaan baru tersebut.

(10v1′ + 6v2′ = -8) – (-6v1′ + 6v2′ = 72)

16v1′ = -80

Lalu,

v1′ = -80 / 16

v1′ = -5 m/s 

Selanjutnya, cari v2′ melalui cara berikut:

v1′ – v2′ = -12

-5 – v2′ = -12

– v2′ = -12 + 5

– v2′ = -7

Maka, v2′ = 7 m/s

Jadi, kecepatan obyek tersebut setelah tumbukan adalah -5 m/s dan 7 m/s.

Itulah pembahasan mengenai tumbukan dan momentum. Kini kamu sudah memahami apa itu tumbukan dan momentum serta bisa membedakan jenis-jenisnya kan? Tentu saja, agar semakin paham kamu perlu rutin berlatih soal. Kamu dapat menyelesaikan contoh soal tumbukan dan momentum lainnya di Hargabelanja.com. Selanjutnya, kamu dapat mempelajari contoh soal impuls. Yuk lanjut belajar!