Menu
Materi Impuls
Pendahuluan
Pernahkah kamu memperhatikan pertandingan tinju? Mengapa setiap pemain menggunakan sarung tinju? Bukankah itu malah membuat pukulannya menjadi empuk?
Gambar 5 Petinju menggunakan sarung tinju saat bertanding (sumber: olympics.com)
Apakah ada manfaat dalam penggunaan sarung tinju tersebut? Ternyata hal ini berhubungan dengan konsep fisika yaitu pada konsep impuls.
Yuk kenali lebih dalam mengenai konsep impuls!
Sepak bola merupakan salah satu cabang olahraga yang paling populer di dunia. Permainan sepak bola ini digemari oleh banyak orang dari berbagai kalangan. Pehatikan gambar berikut.
Gambar 5 Tendangan pemain sepak bola terhadap bola termasuk gaya kontak yang bekerja pada waktu singkat (Sumber: bolasport.com)
Gambar di atas merupakan sebuah tendangan yang dilakukan oleh pemain sepak bola terkenal yaitu Cristiano Ronaldo. Namun tahukah kamu apa yang menyebabkan bola yang tadinya diam menjadi bergerak?
Ya betul sekali, karena adanya gaya. Bola yang tadinya diam akan bergerak ketika ketika gaya tendangan bekerja pada bola. Gaya tendangan ini termasuk kepada gaya kontak yaitu gaya yang bekerja hanya dalam waktu yang singkat, bisa jadi hanya dalam waktu 1 detik atau bahkan kurang dari 1 detik. Gaya ini dikenal dengan gaya impulsif. Jadi, gaya impulsif mengawali suatu percepatan dan menyebabkan bola bergerak cepat dan semakin cepat. (Kanginan, 2016)
Impuls merupakan peristiwa gaya yang bekerja pada benda dalam selang waktu yang singkat. Secara matematis impuls didefinisikan sebagai berikut.
I=F∆t=F(t2-t1)
Keterangan
I = Impuls (Ns)
F = Gaya (N)
∆t = Selang waktu (s)
Lalu apakah Impuls termasuk kepada besaran skalar atau vektor?
Impuls merupakan hasil kali antara besaran vektor gaya dengan besaran skalar selang waktu sehingga Impuls termasuk kepada besaran vektor. Arah Impuls I searah dengan arah gaya impulsif F.
Gaya impulsif mulai dari nol pada saat t1 dan bertambah nilainya secara cepat ke puncak kemudian turun drastis secara cepat ke nol pada saat t2. Jika gaya F yang diberikan berubah terhadap waktu maka konsep Impuls dapat ditulis dalam bentuk pengintegralan yaitu.
Persamaan di atas dapat ditampilkan dalam bentuk grafik seperti gambar berikut.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa:
Impuls (I) = luas daerah di bawah grafik F-t
Kembali ke permasalahn yang terdapat di awal pembahasan alasan petinju untuk menggunakan sarung tinju saat bertanding adalah untuk memperlama bekerjanya gaya impuls. Ketika petinju memukul lawannya, pukulannya tersebut memiliki waktu kontak yang lebih lama. Karena waktu kontak lebih lama, maka gaya impuls yang bekerja juga makin kecil. Makin kecil gaya impuls yang bekerja maka rasa sakit menjadi berkurang.
Hubungan antara Impuls dan Momentum
Apabila sebuah gaya F bekerja pada benda bermassa m dalam selang waktu tertentu sehingga kecepatan benda tersebut berubah, maka momentum benda tersebut juga akan berubah. Dalam hal ini jika sebuah benda mula-mula diam tiba-tiba bergerak, mula-mula bergerak kemudian diam, mula-mula lamban kemudian dipercepat atau sebaliknya maka dalam peristiwa tersebut pasti karena ada gaya F yang mempengaruhi benda, sehingga terjadi perubahan kecepatan yang mengakibatkan perubahan momentum.
Berdasarkan formulasi hukum kedua Newton yaitu.
F=ma
F=m(∆v/∆t)
Kemudian kedua ruas dikalikan dengan ∆t maka persamaan tersebut menjadi
F∆t=m∆v
F∆t=m(v2/v1)
F∆t=mv2-mv1
Sebagaimana kita ketahui bahwa F∆t merupakan Impuls dan mv2-mv1 merupakan perubahan momentum, sehingga dapat kita peroleh persamaan berikut
F∆t=mv2-mv1
I=p2-p1
I=∆p
Berdasarkan persamaan di atas, maka impuls yang bekerja pada suatu benda merupakan perubahan momentum yang dimiliki oleh suatu benda. Dengan kata lain, impuls didefinisikan sebagai perubahan momentum yang dimiliki oleh suatu benda.
Roni sedang mengendarai mobil menuju kantornya dengan cepat karena dirinya terlambat untuk menghadiri kegiatan meeting bersama clientnya. Ketika diperjalanan Roni sambil berbicara dengan rekan kerjanya melalui saluran telepon. Ia menjadi tidak fokus dalam mengemudi sehingga hampir menabrak mobil yang ada di depannya lalu ia membanting setir ke sebelah kiri dan menabrak sebuah dinding toko di pinggir jalan. Kejadian ini terekam oleh CCTV jalan dimana mobil berhenti sekejap hanya dalam selang waktu 1 detik. Pada saat tabrakan terjadi airbag yang ada pada mobil otomatis mengembang sehingga kepalanya mengalami benturan dengan airbag dan baru berhenti sekitar 2,5s
Gambar 8 Gerak mobil dan pengemudinya pada saat sebelum dan sesudah menabrak dinding toko. (Sumber : pressbooks.online.ucf.edu)
Tidak lama setelah kejadian, polisi datang dan melihat Roni yang masih sadar namun kepalanya sedikit terluka karena benturan dengan airbag. Kejadian ini membuat kerumunan orang di sekitar tempat kejadian, Roni dibawa ke rumah sakit dan tempat kejadian langsung diamankan oleh polisi untuk diselidiki. Polisi dan masyarakat yang melihat kejadian tersebut terheran-heran mobil yang dikendarai Roni sangat cepat dan juga kerusakan mobil sangat parah tetapi Roni masih bisa sadar dan hanya sedikit terluka. Jawablah pertanyaan di bawah ini untuk menjawab keheranan warga sekitar dan membantu polisi untuk menyelidiki kecelakaan.
a. Deskripsikan masalah yang terdapat dalam fenomena di atas! Informasi penting apa yang dapat diambil?
Peristiwa tersebut menjelaskan terjadinya sebuah tabrakan mobil dengan gedung dimana pengemudi berhasil selamat padahal mobil yang dikendarainya mengalami kerusakan yang parah
Informasi yang dapat diambil yaitu:
- Kecepatan mobil sebelum tabrakan yaitu 27m/s dan setelah tabrakan 0m/s.
- Waktu mobil terhenti yaitu 1s.
- Waktu kepala pengemudi untuk berhenti 2,5s
- Berat Roni 87.8kg
- Airbag yang ada pada mobil sudah mengembang
b.Jelaskan konsep fisika apa yang berhubungan dengan masalah di atas?
Konsep yang berhubungan dengan permasalahan di atas yaitu konsep impuls. Impuls yaitu peristiwa gaya yang bekerja pada benda dalam waktu hanya sesaat. Pada saat tabrakan terjadi, tubuh pengendara akan bergerak maju ke depan dengan kelajuan yang sama dengan kelajuan mobil sesaat sebelum tabrakan terjadi sehingga pengendara akan mengalami gaya impulsif. Gaya impulsif menyebabkan rasa sakit pada diri apabila kontak yang terjadi pada tubuh kita berlangsung dalam selang waktu yang singkat.
c. Bagaimanakah kamu akan menjelaskan mengapa peristiwa tabrakan antara mobil dengan dinding toko dimana mobil berkecepatan tinggi dan mengalami kerusakan yang parah namun pengemudi berhasil selamat?
Dengan cara menjelaskan pengaruh dari adanya airbag pada mobil. Airbag yang terletak antara setir kemudi dan pengemudi akan mengembang ketika tabrakan terjadi. Airbag ini juga akan memberikan impuls kepada pengemudi sehingga ia dapat memperlambat selang waktu kontak antara kepala dengan setir dan juga memberikan gaya kepada kepala untuk menahan sehingga akan mengurangi resiko cedera pada pengemudi.
Kita bisa mengetahui pengaruh airbag pada mobil melalui perhitungan gaya yang diberikan oleh setir kepada pengemudi dengan menggunakan airbag dan tanpa menggunakan airbag.
Kita bisa mengetahuinya dengan menggunakan persamaan Impuls. Karena impuls sama dengan perubahan momentum maka
I=∆p
F∆t=mv2-mv1
Dari persamaan tersebut kita bisa mengetahui gaya yang diberikan setir dengan airbag dan tanpa airbag.
d. Berapakah perbedaan gaya yang dialami pengemudi oleh airbag dan tanpa menggunakannya? (Diketahui bahwa tanpa menggunakan airbag kepala pengemudi berhenti dalam waktu 0,20s).
Diketahui:
m=87,8kg
v1=27m/s
v1=0
∆t=0,20s (tanpa airbag)
∆t=2,5s (dengan airbag)
Ditanyakan:
a. F dengan airbag
b. F tanpa airbag
Jawab:
- Tinjau gaya yag diberikan setir dengan menggunakan airbag
F∆t=mv2-mv1
F=(mv2-mv1)/∆t
F=((87,8)(0)-(87,8)(27))/2,5
F=-2370,6/2,5
F=-948,24N
- Tinjau gaya yag diberikan setir tanpa menggunakan airbag. Untuk mengetahui gaya yang dialami pengemudi tanpa airbag perhitungannya tetap sama, hanya saja selang waktunya berbeda yaitu langsung menghitung selang waktu berhenti pengemudi dengan setir.
F∆t=mv2-mv1
F=(mv2-mv1)/∆t
F=((87,8)(0)-(87,8)(27))/0,20
F=-2370,6/0,20
F=-11,853
Catatan:
Tanda negatif menunjukkan besar gaya yang diberikan untuk memperlambat waktu benturan antara kepala dengan setir. Sehingga pengemudi ketika tabrakan mendapatkan gaya dari airbag sebesar 948,24N untuk menahan dirinya terhadap benturan sedangkan dalam kondisi tanpa airbag gaya yang diberikan oleh setir untuk memberhentikan pengemudi yaitu sebesar 11,853 N.
e. Berikan kesimpulan yang dapat diambil dari permasalahan di atas!
Jadi Roni bisa selamat dari kecelakaan meskipun mobilnya mengalami kerusakan parah dikarenakan adanya airbag yang mengembang pada saat kecelakaan terjadi. Airbag ini berfungsi untuk memperlama waktu kontak antara bagian vital Roni seperti kepala untuk berhenti sehingga bisa mengurangi gaya impulsif benturan kepala. Hal ini dibuktikan dengan perhitungan yaitu bahwa tanpa menggunakan airbag selang waktu kontak pengemudi untuk berhenti yaitu 0,20 s dan setir hanya memberikan gaya untuk memperlambat sebesar 11,853 N. Jika menggunakan airbag waktu kontak pengemudi untuk berhenti yaitu 2,5 s dengan gaya yang diberikan 948,24 N untuk memperlambat waktu kontak antara kepala dengan setir.