Soal dan pembahasan : Impuls dan Momentum | Fisika kelas 10 (part 1)

Impuls dan momentum merupakan salah satu materi yang ada di kelas 10 semester 1, materi ini sebenarnya tidak terlalu sulit untuk dipahami karena berkaitan dengan kehidupan sehari – hari sehingga dapat diilustrasikan. Untuk materi impuls dan momentum sudah pernah saya tulis, silahkan di baca disini. Pada kesempatan kali ini saya akan membahas beberapa soal tentang impuls dan momentum yang disertai dengan pembahasan dan tips untuk mengerjakan soal. Soal latihan ini saya tulis menjadi 2 bagian dan ini adalah soal dan pembahasan impuls momentum bagian 1, selamat menikmati.

Soal nomor 1

Sebuah balok yang diam di atas bidang datar tanpa gesekan, diberi gaya dalam selang waktu tertentu sehingga mencapai laju v. jika besar gaya tetap, tetapi sedang waktu bekerjanya gaya di duakalikan, laju yang akan dicapai adalah ....
A. 4 v
B. 3 v
C. 2 v
D. ½ v
E. ¼ v
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 1:

Berdasarkan soal dapat diketahui
v₀ = 0 (mula- mula diam)
v₁ = v
Δt₂ = 2Δt₁
v₂ ... ?
hubungan antara impuls dan perubahan momentum dapat dituliskan sebagai berikut
I = Δp
F Δt = m Δv
Dari persamaan di atas kita dapat mengetahui bahwa perubahan waktu (Δt) sebanding dengan perubahan kecepatan (Δv) sehingga kita dapat menuliskan persamaan perbandingannya adalah

Soal nomor 2

Sebuah impuls sebesar 15,0 N.s dikerjakan pada suatu massa 5,00 kg. Jika sebelum adanya impuls massa memiliki laju 10 m/s, kelajuan setelah ada impuls tersebut adalah ....
A. 25 m/s
B. 13 m/s
C. 6 m/s
D. 5 m/s
E. 3 m/s
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 2:

Berdasarkan soal dapat diketahui
I = 15,0 Ns
m = 5,00 kg
v₀ = 10 m/s
v’ .... ?
hubungan antara impuls dan perubahan momentum dapat dituliskan sebagai berikut
I = Δp
I = m Δv
I = m (v’ – v₀)
15 = 5 (v’ – 10)
3 = v’ – 10
v’ = 13 m/s

Soal nomor 3

Sebuah benda bermassa 3 kg bergerak dengan kecepatan 4 m/s. untuk menghentikan benda tersebut diperlukan impuls sebesar ....
A. 1,5 Ns
B. 3 Ns
C. 6 Ns
D. 12 Ns
E. 15 Ns
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 3:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m = 3 kg
v₀ = 4 m/s
v’ = 0 (diinginkan berhenti)
I ....?
hubungan antara impuls dan perubahan momentum dapat dituliskan sebagai berikut
I = Δp
I = m Δv
I = m (v’ – v₀)
I = 3 (0 – 4)
I = - 12 Ns
Tanda negatif berarti benda impuls dikerjakan pada benda

Soal nomor 4

Sebuah bola 1,2 kg datang lurus pada pemain bermassa 75 kg dengan kelajuan 13 m/s. pemain menendang bola dalam arah berlawanan pada kecepatan 22 m/s dengan gaya rata-rata 1500 N. lama kaki pemain bersentuhan dengan bola adalah selama ....
A. 12 ms
B. 18 ms
C. 28 ms
D. 36 ms
E. 40 ms
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 4:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m_b = 1,2 kg (massa bola)
m_p = 75 kg
v₀ = 13 m/s
v’ = -22 m/s (tanda negatif karna setelah di tendang bola bergerak ke arah yang berlawanan)
F = 1500 N
Δt ... ?
hubungan antara impuls dan perubahan momentum dapat dituliskan sebagai berikut
I = Δp
F Δt = m Δv
F Δt = m (v’ – v₀)
1500 . Δt = 1,2 (-22 – 13)
1500 . Δt = 1,2 . -35
1500Δt = 42
Δt = 0,028 s
Δt = 28 ms

Soal nomor 5

Sebuah bola bermassa 200 g bergerak dengan kelajuan 6 m/s menuju dinding dengan arah tegak lurus. Bola tersebut menumbuk dinding selama 0,2 detik dan dipantulkan tegak lurus dinding dengan kelajuan 4 m/s. besar gaya yang diberikan dinding pada bola adalah ....
A. 2 N
B. 4 N
C. 6 N
D. 8 N
E. 10 N
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 5:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m = 200 g = 0,2 kg
v₀ = 6 m/s
Δt = 0,2 s
v' = - 4 m/s
F ... ?
hubungan antara impuls dan perubahan momentum dapat dituliskan sebagai berikut
I = Δp
F Δt = m Δv
F Δt = m (v’ – v₀)
F 0,2 = 0,2 (-4 – 6)
F = -10 N

Soal nomor 6

Sebuah bola dengan massa m dilemparkan mendatar dengan kelajuan v. bola ini mengenai dinding dan dipantulkan dengan kelajuan yang sama seperti pada gambar. Impuls yang dikerjakan oleh dinding pada bola sebesar ....
A. Nol
B. 0,5 mv
C. mv
D. 2 mv
E. m/v
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 6:

berdasarkan gambar di atas kita dapat menuliskan
v₁ = v
v₂ = -v (tanda negatif menunjukkan arah kecepatan benda berlawanan sebelum dan sesudah tumbukan)
m = m
I ... ?
I = Δp
I = m (v₂ – v₁)
I = m (-v – v)
I = m(-2v)
I = -2mv

Soal nomor 7

Sebuah benda bermassa 2,5 kg digerakkan mendatar di meja licin dari keadaan diam oleh sebuah gaya mendatar F yang berubah terhadap waktu menurut F = 80 + 5t oleh dengan t dalam sekon dan F dalam N. perhatikan pernyataan – pernyataan berikut
(1) Kecepatan benda 68 m/s
(2) Percepatan benda 36 m/s²
(3) Momentum benda 170 kg m/s
(4) Energi kinetik benda 6.480 J
Pernyataan yang benar pada saat t = 2s ditunjukkan oleh nomor....
A. (1), (2), (3), (4)
B. (1), (2), (3)
C. (1) dan (3)
D. (2) dan (4)
E. (4)
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 7:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m = 2,5 kg
v₀ = 0 (dari keadaan diam)
F = 80 + 5t
Pada saat t = 2 s
F = 80 + 5 . 2
F = 90 N

Tips :
Untuk soal tipe pernyataan kita dapat menyelesaikan dengan cara membuktikan pernyataan yang paling mudah dulu (bisa dibuktikan benar atau salah). oleh karena itu disini saya membuktikan pernyataan “2” terlebih dahulu

F = m . a
90 = 2,5 a
a = 36 m/s² (pernyataan “2” benar)
perhatikan pilihan jawaban “A”,”B”, dan “D” disana terdapat pernyataan “2”

dalam waktu 2 sekon, kecepatan benda menjadi
v’ = v₀ + at
v’ = 0 + 36 . 2
v’ = 72 m/s (pernyataan “1” salah)
perhatikan pernyataan “D” disana tidak terdapat pernyataan “1”
dengan membuktikan 2 pernyataan tersebut (dari 4 pernyataan) kita sudah dapat mengetahui bahwa jawaban yang benar adalah “D”,

Soal nomor 8

Benda dengan massa konstan mempunyai momentum p dan energi kinetik EK. Jika energi kinetik berubah menjadi 4EK, momentumnya menjadi ....
A. 0,25p
B. 0,5p
C. p
D. 2p
E. 4p
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 8:

Berdasarkan soal dapat diketahui
p₁ = p
EK₁ = EK
EK₂ = 4EK
p₂ = ... ?
kita dapat menentukan hubungan antara momentum dan energi kinetik dengan persamaan berikut
EK = ½ mv²
EK = ½ mv . v → (p = mv)
EK = ½ pv
Dari persamaan di atas dapat diketahui bahwa momentum sebanding dengan energi kinetik, sehingga kita dapat menuliskan persamaan perbandingannya sebagai berikut

Soal nomor 9

Grafik pada gambar menyatakan hubungan antara gaya F yang bekerja pada benda bermassa 2 kg terhadap waktu ,t selama gaya itu bekerja pada benda. jika benda mula – mula diam kecepatan akhir benda adalah ....
A. 1 m/s
B. 2 m/s
C. 2,5 m/s
D. 3 m/s
E. 4 m/s
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 9:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m = 2 kg
v₀ = 0 (mula – mula diam)
v’ .... ?
hubungan antara impuls dan momentum dapat ditulis
I = Δp
I = m (v’ – v₀)
Perlu diketahui bahwa besarnya impuls sama dengan luas daerah di bawah grafik hubungan gaya terhadap waktu (F – t). sehingga persamaan menjadi
½ (3 + 2) 2 = 2 (v’ – 0)
5 = 2v’
v' = 2,5 m/s

Soal nomor 10

Sebuah bola A yang mempunya momentum p bertumbukan dengan bola lain B hingga setelah tumbukan momentum bola A tersebut menjadi 3p. perubahan momentum bola B adalah ....
A. 2p
B. -2p
C. -3p
D. 4p
E. p
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 10:

berdasarkan soal dapat diketahui
p_0A = p
p’_A = 3p
Δp_B = .... ?
Ketika tumbukan antara bola A dan bola B terjadi, berlaku hukum kekekalan momentum sebagai berikut
p₀ = p’
p_0A + p_0B = p’_A + p’_B
p_0A - p’_A = p’_B - p_0A
p – 3p = Δp_B
Δp_B = -2p

Soal nomor 11

Dua buah benda yang memiliki massa m₁ = m₂ = 2 kg bergerak saling mendekati dengan kelajuan masing – masing v₁ = 10 m/s dan v₂ = 20 m/s seperti pada gambar. jika kedua benda bertumbukan lenting sempurna, kecepatan masing – masing benda setelah bertumbukan adalah ....
A. v₁’ = -20 m/s dan v₂’ = 20 m/s
B. v₁’ = -20 m/s dan v₂’ = 10 m/s
C. v₁’ = -10 m/s dan v₂’ = 20 m/s
D. v₁’ = -10 m/s dan v₂’ = 10 m/s
E. v₁’ = -5 m/s dan v₂’ = 10 m/s
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 11:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m₁ = m₂ = 2 kg
v₁ = 10 m/s
v₂ = -20 m/s (tanda negatif menunjukkan berlawanan arah dengan benda 1)
v’₁ & v’₂ ... ?
kita dapat menganalisis soal ini menggunakan dua tinjauan yakni tinjauan hukum kekekalan momentum dan koefisien restitusi
hukum kekekalan momentum
p₁ + p₂ = p’₁ + p’₂
m₁ v₁ + m₂ v₂ = m₁ v’₁ + m₂ v’₂
v₁ + v₂ = v’₁ + v’₂
10 + (-20) = v’₁ + v’₂
v’₁ + v’₂ = -10 ... (1)
koefisien restitusi
pada lenting sempurna, nilai koefisien restitusi e = 1

Kita dapat menggunakan metode eliminasi untuk persamaan (1) dan (2)
v'₂ + v’₁ = - 10
v'₂ - v’₁ = 30 +
2v’₂ = 20
v’₂ = 10 m/s
v’₁ = -20 m/s (subsitusikan hasil di atas ke persamaan 2)

dari soal ini kita dapat mengetahui bahwa ketika dua benda bermassa sama saling bertumbukan secara lenting sempurna maka besar kecepatannya akan berpindah dari benda 1 ke benda 2 begitu pula sebaliknya dengan arah yang berlawanan.

Soal nomor 12

Dua buah benda A dan B masing – masing mempunyai massa 1 kg dan 3 kg bergerak dengan arah sama yaitu ke kanan dengan besar masing – masing 6 m/s dan 2 m/s (A mengejar B), kemudian terjadi tumbukan bersifat lenting sempurna. Besar kecepatan A dan B masing – masing setelah tumbukan adalah ....
A. Nol dan 4 m/s
B. 2 m/s dan 4 m/s
C. -2 m/s dan 6 m/s
D. 2 m/s dan 8 m/s
E. -2 m/s dan 8 m/s

Kunci jawaban: "A"

pembahasan soal nomor 12:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m_A = 1 kg
m_B = 3 kg
v_A = 6 m/s
v_B = 2 m/s
v’_A dan v’_B ... ?
soa di atas dapat diilustrasikan sebagai berikut

Berlaku hukum kekekalan momentum
p_A + p_B = p’_A + p’_B
m_A v_A + m_B v_B = m_A v’_A + m_B v’_B
1 . 6 + 3 . 2 = 1 v’_A + 3 v’_B
v’_A + 3 v’_B = 12 ... (1)
Koefisien restitusi (e = 1) karena tumbukan lentung sempurna

Dari persamaan (1) dan (2) kita dapat menggunakan metode eliminasi seperti berikut
3v'_B + v’_A = 12
v'_B - v’_A = 4 +
4v'_B = 16
v’_B = 4 m/s (substitusikan ke persamaan (2))
v’_A = 0

Soal nomor 13

diketahui benda A dengan kelajuan 8 m/s dan benda B dengan kelajuan 4 m/s mengalami tumbukan. Bila koefisien restitusi e = 1/3, besar perubahan energi kinetik sebelum dan sesudah tumbukan adalah ....
A. 40 J
B. 60 J
C. 80 J
D. 100 J
E. 120 J
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 13:

Berdasarkan soal dapat diketahui
v_A = 8 m/s
v_B = -4 m/s (tanda negatif menunjukkan arah yang berlawanan)
m_A = 5 kg
m_B = 3 kg
e = 1/3
ΔEK ...?
Energi kinetik sebelum tumbukan
EK_tot = EK_A + EK_B
EK_tot = ½ m_A v_A² + ½ m_B v_B²
EK_tot = ½ . 5 . 8² + ½ . 3 . 4²
EK_tot = 160 + 24
EK_tot = 184 J
Energi kinetik setelah tumbukan
Untuk mengetahui energi kinetik setelah tumbukan maka kita harus menentukan kecepatan masing – masing sistem dengan meninjau menggunakan hukum kekekalan momentum dan koefisien restitusi
Hukum kekekalan momentum
p_A + p_B = p’_A + p’_B
m_A v_A + m_B v_B = m_A v’_A + m_B v’_B
5 . 8 + 3 . (-4) = 5 v’_A + 3 v’_B
5v’_A + 3 v’_B = 28 ... (1)
Koefisien restitusi

Dari persamaan (1) dan (2) kita dapat menggunakan metode eliminasi seperti berikut

Energi kinetik setelah tumbukan
EK’_tot = EK’_A + EK’_B
EK’_tot = ½ m_A v’_A² + ½ m_B v’_B²
EK’_tot = ½ . 5 . 2² + ½ . 3 . 6²
EK’_tot = 10 + 54
EK’_tot = 64 J

Perubahan energi kinetik
ΔEK = EK_tot – EK’_tot
ΔEK = 184 – 64
ΔEK = 120 J

Soal nomor 14

Benda A (5 kg) dan benda B (1 kg) bergerak saling mendekati dengan kecepatan masing – masing 2 m/s dan 12 m/s. setelah tumbukan, kedua benda saling menempel. Kecepatan sesaat setelah kedua benda bertumbukan adalah ....
A. 0,25 m/s searah dengan gerak benda A semula
B. 0,33 m/s berlawanan arah dengan gerak benda A semula
C. 0,45 m/s searah dengan gerak benda A semula
D. 0,45 m/s berlawanan arah dengan gerak benda A semula
E. 0,55 m/s searah dengan gerak benda A semula
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 14:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m_A = 5 kg
m_B = 1 kg
v_A = 2 m/s
v_B = -12 m/s (sebelum bertumbukan keduanya berlawanan arah)
v’ .... ?
karena setelah tumbukan keduanya saling menempel, maka tumbukan yang terjadi adalah tumbukan tidak lenting sama sekali, sehingga hukum kekekalan energinya dapat ditulis
p_A + p_B = p’_A + p’_B
m_A v_A + m_B v_B = (m_A + m_B) v’
5 . 2 - 1 . 12 = (5 + 1) v’
-2 = 6 v’
v' = -0,33 m/s
tanda negatif menunjukkan setelah bertumbukan kedua benda bergerak dengan arah yang searah benda B dan berlawanan arah dengan benda A

Soal nomor 15

Sebuah mobil dengan massa 3 ton bergerak ke timur dengan kelajuan 40 km/jam. pada saat yang sama sebuah truk dengan massa 5 ton bergerak ke selatan dengan kelajuan 10 km/jam. di perempatan jalan mobil dan truk ini bertabrakan. Jika keduanya bergandengan setelah tabrakan. Kelajuan keduanya sesaat setelah tabrakan adalah ....
A. 8,8 km/jam
B. 16,2 km/jam
C. 21,2 km/jam
D. 34,4 km/jam
E. 42,6 km/jam
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 15:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m_m = 3 ton
v_m = 40 km/jam (ke timur)
m_t = 5 ton
v_t = 10 km/jam (ke selatan)
v’ ... ?
(karena satuan massa dan kecepatan sudah sama maka tidak perlu dikonversi ke kg dan m/s) kita misalkan arah timur adalah sumbu +x dan arah selatan adalah sumbu -y sehingga kita dapat menuliskan
hukum kekekalan momentum untuk sumbu x
m_m v_m + m_t v_t = (m_m + m_t)v’_x
3 . 40 + 0 = (3 + 5)v’_x
120 = 8v’_x
v'_x = 15 m/s
hukum kekekalan momentum untuk sumbu y
m_m v_m + m_t v_t = (m_m + m_t)v’_y
0 + 5 . 10 = (3 + 5)v’_y
50 = 8v’_y
v'_y = 6,25 m/s
sehingga kecepatan akhirnya adalah

Materi Kelas 10 : Impuls dan Momentum

Soal dan Pembahasan : Impuls dan Momentum 

PART 1 | PART 2