Momentum dan Impuls

Momentum merupakan hasil kali antara massa dengan kecepatan benda. Setiap benda yang bergerak pasti memiliki momentum. Benda yang bergerak pada kelajuan konstan merupakan hasil kali massa dan kecepatan dinamakan momentum. Dengan konsep momentum dan impuls, perilaku benda dapat dianalisa.

Momentum

Karena kecepatan merupakan besaran vektor, maka momentum juga termasuk besaran vektor yang arahnya sama dengan arah kecepatan benda. Secara matematis, persamaan momentum dapat ditulis sebagai berikut.

Keterangan:

p : momentum benda (kg m/s)
m : massa benda (kg)
v : kecepatan benda (m/s)

Impuls

Impuls benda didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dengan selang waktu gaya itu bekerja pada benda. Impuls temasuk besaran vektor yang arahnya sama dengan arah gaya. Untuk menghitung besar impuls dalam satu arah dapat kita gunakan persamaan berikut.

Keterangan:

I : besar impuls (Ns)
F : gaya yang bekerja pada benda (N)
Δt : selang waktu (s)

Impuls yang dilakukan oleh sebuah gaya besarnya sama dengan luas daerah di bawah grafik terhadap waktu (grafik F terhadap t). Misalnya, gaya 10 N bekerja selama selang waktu Δ t = 2 s. Impuls yang dilakukan gaya tersebut adalah 20 Ns. Luas daerah yang diarsir di bawah grafik F terhadap t sama dengan (10 N) × (2 s) = 20 Ns.

Momentum Linear

Bola yang sedang bergerak kemudian dipukul oleh pemukul, apa yang terjadi? Bola akan berbalik arah atau terjadi perubahan kecepatan. Perubahan terjadi karena gaya pada pemukul atau karena adanya impuls. Bila impuls kita sebut I, kecepatan bola mula-mula adalah v₀ dan kecepatan bola setelah dipukul adalah v_t Kita bisa menuliskan persamaan yang menghubungkan impuls dan perubahan kecepatan sebagai :

sehingga :

Besaran massa dikalikan dengan kecepatan disebut momentum linear, diberi simbol p. Persamaan di atas bisa kita katakan impuls akan menyebabkan terjadinya perubahan momentum. Impuls adalah besaran vektor dengan satuan N det, momentum memiliki satuan satuan massa dikalikan satuan kecepatan atau kg m/det. 1 N = 1 kg m/det. Kecepatan merupakan besaran vektor dan massa adalah besaran skalar. Momentum merupakan besaran vektor dengan arah sama dengan arah kecepatan.

Jika kita tinjau pada satu dimensi saja maka tanda vektor dapat kita hilangkan. Dengan menggabungkan persamaan impuls pada materi impuls dan persamaan diatas bisa kita nyatakan hubungan antara gaya dengan perubahan momentum.

Pada persamaan diatas  merupakan hukum Newton II dalam bentuk momentum.

“Gaya adalah perubahan momentum linear persatuan waktu.”

Hubungan Momentum Dan Impuls

Sebuah benda yang massanya m mula-mula bergerak dengan kecepatan v₀. Kemudian dalam selang waktu Δ t kecepatan benda tersebut berubah menjadi v. Menurut hukum II Newton, jika benda menerima gaya yang searah dengan gerak benda, maka benda akan dipercepat. Percepatan ratarata yang disebabkan oleh gaya F sebagai berikut.

Menurut definisi, percepatan rata-rata adalah perubahan kecepatan persatuan waktu. Jadi, persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut.

Jika t adalah waktu untuk mengubah kecepatan dari v₀ menjadi v atau sama dengan lamanya gaya bekerja, maka dari kedua persamaan di atas kita dapatkan persamaan sebagai berikut.

Keterangan:

I : besar impuls (Ns)
m : massa benda (kg)
v : besar kecepatan (kelajuan) akhir benda (m/s)
v₀ : kecepatan (kelajuan) mula-mula benda (m/s)
Δp : besar perubahan momentum (kg m/s)
F : besar gaya yang bekerja pada benda (N)
Δ t : selang waktu (s)

Persamaan di atas menyatakan bahwa impuls yang dikerjakan pada suatu benda sama dengan perubahan momentum yang dialami benda tersebut, yaitu beda antara momentum akhir dengan momentum awalnya.

sumber : http://fisikazone.com/momentum-impuls-dan-hubungannya/

Fluida Dinamis

Pengertian Fluida Dinamis

Fluida dinamis adalah fluida (bisa berupa zat cair, gas) yang bergerak. Untuk memudahkan dalam mempelajari, fluida disini dianggap steady (mempunyai kecepatan yang konstan terhadap waktu), tak termampatkan (tidak mengalami perubahan volume), tidak kental, tidak turbulen (tidak mengalami putaran-putaran).

Dalam kehidupan sehari-hari, banyak sekali hal yang berkaitan dengan fluida dinamis ini.

Besaran-besaran dalam fluida dinamis

Debit aliran (Q)

Jumlah volume fluida yang mengalir persatuan waktu, atau:

Dimana :

Q   =    debit aliran (m³/s)

A   =    luas penampang (m²)

V   =    laju aliran fluida (m/s)

Aliran fluida sering dinyatakan dalam debit aliran

Dimana :

Q   =    debit aliran (m³/s)

V   =    volume (m³)

t     =    selang waktu (s)

Persamaan Kontinuitas

Air yang mengalir di dalam pipa air dianggap mempunyai debit yang sama di sembarang titik. Atau jika ditinjau 2 tempat, maka:

Debit aliran 1 = Debit aliran 2, atau :

Hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli adalah hukum yang berlandaskan pada hukum kekekalan energi yang dialami oleh aliran fluida. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah tekanan (p), energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus. Jika dinyatakan dalam persamaan menjadi :

Dimana :

p   = tekanan air (Pa)

v    = kecepatan air (m/s)

g   = percepatan gravitasi

h    = ketinggian air

Penerapan dalam teknologi

Pesawat Terbang
Gaya angkat pesawat terbang bukan karena mesin, tetapi pesawat bisa terbang karena memanfaatkan hukum bernoulli yang membuat laju aliran udara tepat di bawah sayap, karena laju aliran di atas lebih besar maka mengakibatkan tekanan di atas pesawat lebih kecil daripada tekanan pesawat di bawah.

Akibatnya terjadi gaya angkat pesawat dari hasil selisih antara tekanan di atas dan di bawah di kali dengan luas efektif pesawat.

 Keterangan:              

ρ  = massa jenis udara (kg/m³)

v_a= kecepatan aliran udara pada bagian atas pesawat (m/s)

v_b= kecepatan aliran udara pada bagian bawah pesawat (m/s)

 F = Gaya angkat pesawat (N)

Penyemprot Parfum dan Obat Nyamuk

 Prinsip kerja yang dilakukan dengan menghasilkan laju yang lebih besar pada ujung atas selang botol sehingga membuat tekanan di atas lebih kecil daripada tekanan di bawah. Akibatnya cairan dalam wadah tersebut terdesak ke atas selang dan lama kelamaan akan menyembur keluar. Fisikastudycenter.com

Rumus Minimal
Debit
Q = V/t
Q = Av  

Keterangan :
Q = debit (m³/s)
V = volume (m³)
t = waktu (s)
A = luas penampang (m²)
v = kecepatan aliran (m/s)
1 liter = 1 dm³ = 10⁻³ m³

Persamaan Kontinuitas
Q₁ = Q₂
A₁v₁ = A₂v₂

Persamaan Bernoulli
P + ¹/₂ ρv² + ρgh = Konstant
P₁ + ¹/₂ ρv₁² + ρgh₁ = P₂ + ¹/₂ ρv₂² + ρgh₂

Keterangan :
P = tekanan (Pascal = Pa = N/m²)
ρ = massa jenis fluida; cairan ataupun gas (kg/m³)
g = percepatan gravitasi (m/s²)

Tangki Bocor Mendatar
v = √(2gh)
X = 2√(hH)
t = √(2H/g)

Keterangan :
v = kecepatan keluar cairan dari lubang
X = jarak mendatar jatuhnya cairan
h = jarak permukaan cairan ke lubang bocor
H = jarak tempat jatuh cairan (tanah) ke lubang bocor
t = waktu yang diperlukan cairan menyentuh tanah