Bagian 10: Contoh Soal TKA Fisika 2025: Impuls dan Momentum

 


Simulasi Momentum & Impuls - Karate Memecah Hebel
📋 Hierarki Indikator
Elemen: Dinamika
Subelemen: Momentum dan Impuls
Kompetensi: Menerapkan konsep momentum dan impuls bagi penyelesaian masalah sehari-hari
Indikator: Menjelaskan fenomena kehidupan sehari-hari menggunakan konsep momentum dan impuls. (10)

🎮 Simulasi Interaktif: Memecah Hebel

* Ambang batas kekuatan hebel ≈ 1500 N. Jika gaya melebihi ambang, hebel pecah.

📄 25FISDINMMF05SA-000000-0545 📝 Bentuk Soal : Pilihan Ganda

Dalam sebuah pertunjukan bela diri, seorang atlet karate berhasil memecahkan tumpukan batu bata ringan (hebel) dengan pukulan cepat. Tumpukan batu bata dapat pecah meskipun hanya bersentuhan dengan tangan dalam waktu singkat.

Penjelasan yang paling tepat untuk fenomena ini adalah ...

📘

Pembahasan Soal Lengkap

🔍 1. Analisis Fenomena Fisika

Ketika seorang atlet karate memukul tumpukan batu bata dengan cepat, tangan atlet bergerak dengan kecepatan tinggi sesaat sebelum mengenai batu bata. Pada saat terjadi kontak, tangan atlet berhenti dalam waktu yang sangat singkat (orde milidetik). Ini berarti terjadi perubahan momentum yang signifikan pada tangan atlet (dari bergerak menjadi berhenti).

📐 2. Konsep Impuls dan Momentum

Impuls didefinisikan sebagai perubahan momentum, dirumuskan sebagai:

I = Δp = F × Δt   ⟹   F = Δp / Δt

Dimana:

  • I = Impuls (N·s)
  • Δp = Perubahan momentum (kg·m/s)
  • F = Gaya rata-rata yang bekerja (N)
  • Δt = Selang waktu kontak (s)

Dari persamaan F = Δp / Δt, terlihat bahwa gaya berbanding terbalik dengan waktu kontak. Semakin kecil Δt, maka semakin besar gaya F yang dihasilkan, asalkan perubahan momentum (Δp) tetap signifikan.

🧮 3. Ilustrasi Numerik

Misalkan tangan atlet memiliki massa efektif m = 2 kg dan bergerak dengan kecepatan v = 8 m/s sebelum mengenai batu bata. Setelah kontak, tangan berhenti (v' = 0 m/s), sehingga:

Δp = m × v - m × v' = 2 × 8 - 2 × 0 = 16 kg·m/s

Jika waktu kontak Δt = 0,01 detik (10 milidetik):

F = Δp / Δt = 16 / 0,01 = 1.600 N

Bandingkan jika waktu kontak Δt = 0,1 detik (10 kali lebih lama):

F = Δp / Δt = 16 / 0,1 = 160 N

Terlihat bahwa gaya meningkat 10 kali lipat ketika waktu kontak dipersingkat 10 kali lipat. Gaya sebesar 1.600 N cukup untuk memecahkan batu bata ringan (hebel) yang memiliki kekuatan tekan lebih rendah daripada batu bata biasa.

⚖️ 4. Evaluasi Setiap Opsi Jawaban

  • Opsi A (SALAH): "Impuls yang kecil..." — Impuls sebenarnya tidak selalu kecil. Impuls (Δp) ditentukan oleh perubahan momentum, yang dalam kasus ini cukup besar karena kecepatan pukulan tinggi. Yang kecil adalah waktu kontak, bukan impulsnya.
  • Opsi B (BENAR): "Gaya menjadi sangat besar karena perubahan momentum terjadi dalam waktu yang sangat singkat." — Ini adalah penjelasan yang paling tepat sesuai konsep impuls-momentum: F = Δp/Δt.
  • Opsi C (SALAH): "Impuls yang diterima hebel menjadi kecil..." — Impuls yang diterima batu bata justru tidak kecil karena perubahan momentum tangan signifikan. Waktu sentuh singkat, tetapi impuls tetap besar.
  • Opsi D (SALAH): "Tidak ada perubahan momentum..." — Ada perubahan momentum pada tangan atlet: dari bergerak menjadi berhenti. Batu bata juga mengalami perubahan momentum (dari diam menjadi pecah dan bergerak).
  • Opsi E (SALAH): "Impuls besar karena gaya dan waktu sentuh yang besar." — Waktu sentuh justru sangat singkat, bukan besar. Impuls besar disebabkan oleh perubahan momentum yang besar meskipun waktunya singkat.

✅ 5. Kesimpulan

Fenomena atlet karate memecahkan batu bata dengan pukulan cepat dapat dijelaskan dengan konsep impuls dan momentum. Kunci utamanya adalah:

  • Perubahan momentum (Δp) tangan atlet terjadi dalam waktu kontak yang sangat singkat (Δt kecil).
  • Berdasarkan F = Δp/Δt, ketika Δt sangat kecil, gaya (F) menjadi sangat besar.
  • Gaya besar inilah yang mampu memecahkan tumpukan batu bata.

🎯 Jawaban yang tepat adalah Opsi B.