Impuls Gerak Horisontal & Vertikal ǀ Macam-macam Contoh Kasus, Analisis Momentum, Gaya, dan Impuls Benda

Bagaimana sebenarnya konsep impuls pada gerak horisontal dan vertikal? Kita akan menggunakan konsep gaya dalam memahami impuls. Kita tahu bahwa gaya diberikan pada benda (dalam konteks ini gaya sentuh). Gaya mengakibatkan benda bermassa (partikel bermassa) berubah kecepatannya (mengalami percepatan). Misalnya adalah gerakan kaki saat menendang bola.

Gambar 1.1. Momentum Akhir Sama Besar, Perubahan Momentum (Impuls) Sama Besar, Selang Waktu Berbeda, Gaya Berbeda
- klik gambar untuk melihat lebih baik -

Semakin sebentar waktu sentuh yang diberikan maka gaya yang dihasilkan akan semakin besar. Apa maksudnya? Apakah bola lebih laju? Tidak, Kita akan bahas ini pada analisis kondisi 1 dan 2 di bawah.

Ingat! gaya yang diberikan ini bersifat diskontinu atau tidak berlanjut. Berbeda halnya dengan gaya yang kita bahas sebelumnya. Gaya diskontinu tidak mengiringi partikel sepanjang perubahan posisinya. Sepanjang patikel bergerak, kita tidak mengenal lagi bentuk gaya. Kita hanya mengenal momentum benda.

Baca sebelumnya : Impuls ǀ Pengertian, Contoh Kasus, Analisis Kasus, Penurunan Persamaan & Diagram Impuls (Gaya-Waktu)

IMPULS PADA GERAK HORISONTAL

KONDISI 1

Kaki diayun untuk menendang sebuah bola bermassa. Saat kaki diayun, ia memiliki kecepatan, begitupula massa (kaki). Kecepatan ini mengakibatkan kaki memiliki momentum. Sesaat setelah itu, kaki menumbuk (menyentuh) bola.

Akibat tumbukan kaki ke bola muncul-lah gaya. Gaya dikerjakan oleh kaki pada bola. Gaya ini disebut gaya impulsif (impulsive force). Besar gaya dapat maksimal jika waktu tumbukan (sentuhan) kaki ke bola diperkecil atau dipercepat. Semakin kecil (cepat) sentuhannya maka semakin besar gaya yang dikerjakan kaki pada bola.

Ayunan kaki bukan ditahan agar mendapatkan waktu yang sangat singkat atau sempit. Lantas, apa yang terjadi saat waktu tumbukan (sentuhan) ini agak lebih lama (besar)?

Besar impuls (perubahan momentum) akan sama besarnya, baik dengan sentuhan cepat atau agak lama. Hal ini terjadi karena waktu yang dikalikan juga menjadi kebalikannya. Gaya besar maka waktu kecil, gaya kecil maka waktu besar.

Tetapi efek dari gaya besar dan kecil memiliki perbedaan. Saat waktu tumbuk dipersingkat, perubahan momentumnya akan semakin cepat. Efeknya besar gaya menjadi berbeda. Hal ini akan kita bahas pada kondisi dua.

KONDISI 2

Sekarang, kita balik dengan menghentikan bola. Bola bergerak dengan kecepatan tertentu. Kita memaksa bola berhenti dengan menangkapnya. Kita hendak merubah momentumnya menjadi nol.

Jika kita menahan dengan tubuh kaku maka gayanya akan luar biasa besar. Kita terlalu terburu-buru membuatnya berhenti dimana kita menghentikan dia dengan waktu sesingkat mungkin. Efeknya kita bisa cedera.

Berbeda halnya jika kita menangkap bola dengan tidak terburu-buru untuk merubah momentumnya. Kita dapat menangkap bola dengan mejatuhkan tubuh ke belakang atau sedikit mengayun ke belakang. Hal ini bertujuan mengulur waktu tumbuk (sentuh) sehingga gayanya menjadi kecil. Dan kita tidak akan sampai cedera.

Impuls (perubahan komentum) sama saja, dimana momentum besar menjadi momentum nol. Hanya saja selang waktunya berbeda. Kondisi pertama lebih cepat, kondisi kedua lebih lambat.

KONDISI 3

Jika kita ganti kipper dengan kentang dan bola dengan sedotan maka kita akan mendapatkan variasi yang sama. Sedotan dapat menembus kentang, jika perubahan momentum sedotan lebih cepat. Kita dapat mempersingkat waktu tumbukan sedotan dan kentang. Sehingga kentang dapat cedera atau berlubang atau berubah bentuk.

KONDISI 4

Saat bola ditendang, bola sedikit berubah bentuk pada awalnya. Hal ini terjadi saat seseorang ditendang. Sakitnya akan bergatung seberapa cepat gaya sentuhan kaki. Semakin cepat semakin sakit. Sakit ini berasal dari gaya yang besar tadi dan berdampak pada perubahan bentuk objek.

Benda atau objek yang menahan gaya impulsif dapat merasakan efeknya. Semakin besar gaya maka akan semakin besar sakitnya. Jika benda yang ditumbuk keras dan tidak dapat berubah bentuk sekecil apapun maka gaya reaksi akan muncul sama besar. Dan kembali ke pemberi gaya impulsif.

KONDISI 5

Orang yang ditendang tentu akan merasakan sakit. Bukan orang yang menendang. Tetapi terkadang juga dapat merasakan sakit jika benda yang ditendang kerapatannya tinggi dibanding si penendang. Hal ini terjadi karena benda yang ditendang sulit untuk berubah bentuk sehingga gaya reaksi muncul.

Jumlahnya gaya reaksi bisa jadi sama besar (benda ditendang tidak bergerak) atau kurang dari (benda ditendang sedikit bergerak). Saat benda sedikit bergerak, momentum berubah tetapi tidak maksimal karena muncul sebagian gaya reaksi.

Gambar 1.2. Diagram Gaya-Waktu (Impuls) untuk Gambar 1.1.

Kurva 1 : Menggambarkan Gaya-Waktu Gambar Tendangan Bola Atas

Kurva 2 : Menggambarkan Gaya-Waktu Gambar Tendangan Bola Bawah

-klik gambar untuk melihat lebih baik -

IMPULS PADA GERAK VERTIKAL

Sebelumnya, kita membahas gaya sentuh. Bagaimana dengan gaya medan seperti gaya gravitasi? Bumi melakukan gaya pada benda bermassa di sekitarnya dengan radius kurang dari jari-jari bumi (g = konstan pada radius ini). Gaya gravitasi menyebabkan benda bermassa mengalami perubahan kecepatan (mengalami percepatan) menuju pusat bumi.

Setiap benda bermassa akan mengalami percepatan ini. Tak terkecuali sebuah telur yang berada di ketinggian tertentu.

KONDISI 1

Telur ditahan di ketinggian tertentu di atas permukaan lantai. Telur dilepaskan dan seketika jatuh menumbuk lantai. Kita tahu telur akan pecah sesaat setelah menumbuk lantai. Hal ini terjadi karena momentum telur yang besar dipaksa nol dengan waktu singkat.

Gaya yang dikerjakan telur pada lantai begitu besar. Pada tahap pertama saja, gaya ini sudah tidak mampu mengubah bentuk lantai (kerapatan bahan tinggi) sehingga timbul gaya reaksi sama besar yang arahnya berlawanan dengan gaya impulsif telur. Telur yang kerapatnnya rendah menjadi berubah bentuk alias pecah.

KONDISI 2

Sebuah telur ditahan dari ketinggian yang sama dengan kondisi pertama. Saat telur dijatuhkan, telur ditangkap oleh tangan dengan sedikit mengayun ke bawah. Perlakuan ini membuat telur tidak pecah atau berubah bentuk.

Ayunan tangan ke bawah membuat waktu tumbuk (sentuh) lebih lama sehingga gaya yang dikerjakan telur pada tangan mengecil. Kulit tangan yang lentur menjadi sedikit berubah bentuk karena gaya impulsif telur. Hal ini mengakibatkan gaya reaksi kembali ke telur kecil sekali. Akibatnya telur tidak pecah.

Impuls (perubahan momentum) telur pada kondisi pertama dan kedua adalah sama besar tetapi waktu perubahan momentumnya berbeda. Kondisi pertama waktu perbuahan momentumnya lebih singkat dari kondisi kedua.

Baca selanjutnya :

Impuls gerak horisontal atau vertikal akan berakibat pada gaya yang besar atau kecil. Hal ini bergantung pada selang waktu sentuh yang diberikan. Berbagai macam contoh kasus telah kita bahas beserta analisis momentum, gaya, dan impulsnya.