Praktis Belajar Fisika untuk Kelas XI
96
Solusi Cerdas
Sebuah roket menyemburkan gas dengan kelajuan 200 kg per sekon. Jika kecepatan molekul-molekul gas mencapai 300 ms, berapakah gaya dorong pada roket tersebut?
Jawab
Diketahui: v = 300 ms dan Δ
Δ m
t = 200 kgs.
F =
mv t
Δ Δ
=
Δ Δ
m t
v = 200 kgs300 ms = 60.000 N.
2. r a
a
Air Safety Bag kantong udara digunakan untuk memperkecil gaya akibat
tumbukan yang terjadi pada saat tabrakan. Kantong udara tersebut dipasangkan pada mobil serta dirancang untuk keluar dan mengembang
secara otomatis saat tabrakan terjadi. Kantong udara ini mampu memini- malkan efek gaya terhadap benda yang bertumbukan. Prinsip kerjanya adalah
memperpanjang waktu yang dibutuhkan untuk menghentikan momentum pengemudi. Saat tabrakan terjadi, pengemudi cenderung untuk tetap bergerak
sesuai dengan kecepatan gerak mobil Hukum Pertama Newton. Gerakan ini akan membuatnya menabrak kaca depan mobil yang mengeluarkan gaya
sangat besar untuk menghentikan momentum pengemudi dalam waktu sangat singkat. Apabila pengemudi menumbuk kantong udara, waktu yang
digunakan untuk menghentikan momentum pengemudi akan lebih lama sehingga gaya yang ditimbulkan pada pengemudi akan mengecil. Dengan
demikian, keselamatan si pengemudi akan lebih terjamin.
Gambar 5.7
ir Sa ety ag digunakan untuk memperkecil gaya
akibat tumbukan pada saat tabrakan.
3. Desain Mobil
Desain mobil dirancang untuk mengurangi besarnya gaya yang timbul akibat tabrakan. Caranya dengan membuat bagian-bagian pada badan mobil agar
dapat menggumpal sehingga mobil yang bertabrakan tidak saling terpental satu dengan lainnya. Mengapa demikian? Apabila mobil yang bertabrakan
saling terpental, pada mobil tersebut terjadi perubahan momentum dan impuls yang sangat besar sehingga membahayakan keselamatan jiwa
penumpangnya.
Bola tanah liat yang bermassa 0,1 kg menumbuk kereta mainan
yang massanya 0,9 kg yang berada dalam keadaan diam.
Pada saat menumbuk, bola memiliki kecepatan 18 ms
dalam arah horizontal. Kecepatan kereta mainan
setelah tumbukan adalah .... a. 2 ms
b. 16,2 ms c. 180 ms
d. 18 ms e. 1,8 ms
Jawab: Pada kasus ini, setelah
tumbukan, bola tanah liat akan menempel pada kereta mainan
sehingga m
b
v
b
+ m
k
v
k
= m
b
+ m
k
v
k
0,1 kg18 ms + 0,9 kg0 = 0,1 kg + 0,9 kg
v
k
v
k
= 1,8 ms
Jawab: e Soal UNAS Fisika SMA 2003
2004
Contoh
5.11
• Hukum Kekekalan
Momentum •
Koefisien restitusi •
Tumbukan
Kata Kunci
Sumber: www.collisionsa ety.net
Momentum dan Impuls
97
Pada kasus A, mobil yang menabrak tembok dan terpental kembali, akan mengalami perubahan kecepatan sebesar 9 ms. Dalam kasus B, mobil
tidak terpental kembali sehingga mobil tersebut hanya mengalami perubahan kecepatan sebesar 5 ms. Berarti, perubahan momentum yang dialami mobil
pada kasus A jauh lebih besar daripada kasus B.
Daerah penggumpalan pada badan mobil atau bagian badan mobil yang dapat penyok akan memperkecil pengaruh gaya akibat tumbukan yang dapat
dilakukan melalui dua cara, yaitu memperpanjang waktu yang dibutuhkan untuk menghentikan momentum mobil dan menjaga agar mobil tidak saling
terpental. Rancangan badan mobil yang memiliki daerah penggumpalan atau penyok tersebut akan mengurangi bahaya akibat tabrakan pada penumpang
mobil.
Gambar 5.9
Badan mobil dirancang untuk mengurangi besarnya gaya
akibat tabrakan. v
1
= 5 ms Kasus A
Kasus B
v
1
= 4 ms v
1
= 5 ms
v
1
= 0 ms
Kerjakanlah di dalam buku latihan Anda. 1.
Sebuah roket berdiri di atas pelataran landasannya. Setelah mesinnya dinyalakan, gas yang disemburkan
roket sebanyak 1.200 kgs. Kecepatan molekul gas diketahui 40 kms. Berapakah gaya dorong yang
ditimbulkan oleh pancaran gas pada roket tersebut? 2.
Sebuah roket bermassa 100 ton diarahkan tegak lurus ke atas. Jika kecepatan molekul gas yang terbakar
pada mesin roket itu 50 kms, tentukanlah kelajuan bahan bakar yang dikeluarkan dinyatakan dalam
kgs.
Gambar 5.8
Perubahan momentum pada mobil yang menabrak tembok.
Perhatikanlah contoh berikut.
Soal Penguasaan
Materi
5.3
Sumber: www.picture newsletter.com
Praktis Belajar Fisika untuk Kelas XI
98
Sebuah granat yang diam tiba-tiba meledak dan pecah menjadi 2 bagian yang bergerak dalam arah berlawanan.
Perbandingan massa kedua bagian itu adalah m
1
: m
2
. Apabila energi yang dibebaskan adalah 3 × 10
5
joule, perbandingan energi kinetik pecahan granat pertama dan
kedua adalah .... a.
1 : 1 d.
5 : 1 b.
2 : 1 e.
7 : 5 c.
1 : 3
Penyelesaian Hukum Kekekalan Momentum:
m
1
v
1
+ m
2
v
2
= m
1
v
1
+ m
2
v
2
m
1
: m
2
= 1 : 2 0 = m
1
v
1
+ 2 m
1
v
2
v
1
= –2 v
2
v
1
dan v
2
berlawanan arah
2 2
1 1
2 1
2 2
2 2
2 2
1 1
2 4
2 1
2 2
2 m v
v EK
EK m v
v ′
′ −
= =
= ′
′ EK
1
: EK
2
= 2 : 1
Jawab: b Soal Fisika UMPTN’91 Rayon A
1. Setiap benda bergerak memiliki momentum p.
Momentum dinyatakan sebagai perkalian antara massa dan kecepatan benda.
p = m v
2. Impuls I adalah perkalian antara gaya dengan
selang waktu bekerjanya gaya tersebut pada benda, atau sama dengan perubahan momentum yang
dialami benda.
I = F
Δt = Δp 3.
Hukum Kekekalan Momentum berlaku apabila tidak ada gaya dari luar, yaitu jumlah momentum
benda sebelum dan sesudah tumbukan adalah sama.
m
1
v
1
+ m
2
v
2
= m
1
v
1
+ m
2
v
2
4. Jenis-jenis tumbukan, yaitu sebagai berikut.
a.
Tumbukan lenting sempurna.
e =
− =
−
1 2
1 2
’ ’
1 v
v v
v b.
Tumbukan lenting sebagian.
e =
− −
1 2
1 2
’ ’
v v
v v
dengan 0 e 1 c.
Tumbukan tidak lenting sama sekali.
e =
− =
−
1 2
1 2
’ ’
v v
v v
5. Gaya dorong yang dihasilkan dalam aplikasi
momentum dan impuls dapat ditentukan dari penjabaran bahwa impuls adalah perubahan
momentum
Δ =
Δ mv
F t
Menguji Efek Gaya padaTumbukan Percobaan ini akan memperjelas akibat yang ditimbulkan apabila waktu tumbukan
diperpanjang atau diperpendek. Rentangkanlah sehelai taplak meja dipegang oleh dua orang teman Anda.
Kemudian, lemparkanlah sebuah telur ke atas taplak meja tersebut. Apa yang akan terjadi? Bandingkanlah hasil yang Anda dapatkan apabila telur dilemparkan ke papan
tulis. Apakah kesimpulan Anda?
Kerjakanlah
SPMB
Pembahasan Soal
Rangkuman
