Tag: Fakta Unik

  • Manakah yang Lebih Berat dari 1 Kg Besi atau Kapas?

    Manakah yang Lebih Berat dari 1 Kg Besi atau Kapas?

    AhmadDahlan.NET – Mungkin kalian sudah snagat bosan mendengar pertanyaan jadul di tongkrongan yakni “manakah yang lebih berat 1 kg besi atau 1 kg kapas?”

    Jawaban paling sering dilontarkan sambil mencoba melucu “Baranya sih sama, tapi kalau dilemparkan ke anda tentu saja jauh lebih berat besi”.

    Tapi itukan jawaban di tongkrongan, bagaimana menurut sudut pandang sains tentang jawaban ini? Fisika sendiri punya jawaban yang berbeda tentang pertanyaan ini.

    Jadi sebelum kita jawab pertanyaan ini, mari kita simak pembahasan sebagai berikut!

    Massa dan Berat

    Baik mari kita mulai dari konsep paling sederhana hubungan antara massa dan berat. Secara umum berat 1 kg besi akan sama dengan berat 1 kg kapas. Hal ini didapat dari persamaan berat dari Hukum Newton yakni :

    w = m.g

    w = (1 kg)(9,8 m/s2) = 9,8 N

    Jadi menurut hukum Newton, secara umum seruluh benda dengan massa 1 kg memiliki berat 9,8 Newton di daerah katulistiwa. Jika ditimbang di eropa beratnya akan lebih dekat dengan 10 Newton.

    Tapi tunggu dulu!!!. Ini bukan jawaban final. Jawabannya masih butuh pertimbangan lain.

    Suka tidak suka ataupun percaya tidak bercara, 1 kg besi lebih berat dari 1 kg kapas. Bahkan jika keduanya ditimbang dalam keadaan diam.

    Mengapa demikian?

    Massa Besi vs Kapas

    Mari kita mulai pembahasan ini dengan besaran yang terkait dengan pernyataan ini yakni massa dan berat. 1 kg kapas maupun besi menyatakan massa dari masing-masing zat. Gram (Kilogram) adalah sataun dari besaran yang disebut massa.

    Massa sendiri adalah karakteristik kuantitatif (banyaknya) dari sebuah zat baik dalam bentuk padat, cair dan udara. 1 kg air memiliki massa yang sama dalam bentuk padat, cair dan gas.

    Massa ini membawa karakteristik lain selain menyatakan banyaknya sebuah zat. Karakteristik ini disebut sebagai kelambaman atau kemampuan sebuah benda mempertahankan keadaannya terhadap perubahan gerakan.

    Semakin besar massa benda maka semakin sulit untuk mengalami perubahan gerak. Misalnya sebuah dus mie instan akan lebih mudah digeser dibandingkan dengan lemari yang berisi penuh buku. Demikian pula dalam keandaan bergerak, benda bermassa besar akan lebih sulit dihentikan misalnya menghentikan truk yang bergerak membutuhkan gaya yang lebih besar dibandingkan dengan menghentikan bola yang menggeldinding di kecepatan yang sama.

    Benda dengan massa yang sama memiliki kelambaman yang sama pula, 1 kg kapas dan 1 kg besi juga demikian.

    Berat Besi dan Kapas

    Selanjutnya mari kita kembali fokus ke besaran berat sebagaiman pertanyaan ini diajukan.

    Berat dan massa adalah besaran yang berkaitan namun keduanya berbeda. Massa adalah besaran skalar yang nilainya akan selalu sama baik itu diam, bergerak dan dalam kondisi apapun. Berbeda dengan massa, Berat adalah besaran vektor yang nilanya dipengaruhi oleh keadaan.

    Persamaan w = mg adalah persamaan umum yang hanya berlaku dalam keadaan tertentu saja. Nilai g yang sering ditulis di buku-buku fisika yakni 9,8 m/s2 dan 10 m/s2 hanya pendekatan semata. Nilainya dipengarruhi banyak hal. Misalnya posisi dari permukaan bumi atau posisi terhadap garis ekuator.

    Jika kamu berada di menara Burj, Khalifa Abu Dabi, maka berat kami akan lebih ringan jika kamu mengukurnya dipuncak menara jika dibandingkan di lantai dasar.

    Apalagi kalau anda naiknya ke puncak jalan kaki!

    Berat juga berubah jika ditimbang dalam keadaan diam dan bergerak. Kamu akan memiliki berat yang lebih ringan saat berada dalam lift yang begerak ke atas dibandingkan bergerak ke bawah.

    Lebih jauh tentang berat, besaran ini sebenarnya muncul karena adanya gaya tarik antar benda dengan medan sejenis yakni medan gravitasi yang dimiliki semua benda yang memiliki massa.

    Besar gaya tarik ini adalah :

    F=G\frac{Mm}{r^2}

    Besar gaya tarik gravitasi ini adalah :

    Mari kita hitung besar gaya gravitasi untuk benda bermassa 1 kg dengan persamaan ini. Asumsikan saja massa bumi 9,97 x 1024 kg dengan konstanta gravitasi (G) 6,673 x 10-11 Nm2.kg-2 dan jari-jari bumi adalah 6371 km, maka gaya tariknya adalah :

    F = 6,673 × 10^{-11} \frac{(5,97 × 10^{24})(1)}{6 371 000^2}

    Hasil perhitungan sekitar 9,814 Newton. Namun ini kita mengabaikan ukuran dari kapas dan besi itu sendiri. 1 Kg kapas tentu saja memiliki ukuran yang berbeda berbeda dengan 1 kg besi. Besi adalah materi yang jauh lebih padat dibadingkan dengan besi sehingga volume kapas pasti jauh lebih besar.

    Ukuran ini tentu saja mempengaruhi jarak antara besi dan kapas terhadap pusat massa bumi karena r pada rumus gaya gravitasi adalah jarak antar pusat massa benda yang saling berinteraksi. Kita asumsuikan terlebih dahulu kedua benda adalah benda yang distribusi massanya homogen yakni sama di semua titik sehingga pusat massanya ada di bagian tengah dari masing-masing benda. Lalu asumsi berikutnya bentuknya menyerupai bola seperti berikut ini :

    Ukuran besar benda kapas dan besi

    Dari sini kita bisa simpulkan r pada kapas dan bumi adalah Rbumi + Rkapas, sedangkan pada besi dan bumi adalah Rbumi + Rbesi. Jari-jari besi dan kapas ini dapat dihitung dengan konsep massa jenis dengan mencari terlebih dahulu volumenya.

    1. Jari-jari besi

    Untuk menghitung Rbesi kita terlebih mencari volume 1 kg besi dengan memasukkan massa jenis besi sebesar 7850 kg/m3 dengan demikian volumenya adalah : 

    \rho = \frac{m}{V}

    masukkan nilai massa dan massa jenisnya

    V_{besi}=\frac{1}{7850} = 0.000127 \ m ^3

    Kemudian masukkan nilai volume ini ke dalam rumus volume bola : 

    V=\frac{4}{3}\pi r^3

    maka 

    r^3=\frac{(3)(0.000127)}{4\pi}=0.00003033439 \ m^3

    dengan demikian Rbesi sekitar 0.031188 m.

    2. Jari-jari Kapas

    Melalui cara yang sama kita bisa hitung jari-jari kapas dengan menggunnakan massa jenis kapas sekitar 290 kg / m3.

    V_{kapas}=\frac{1}{290} = 0.00344 \ m ^3

    jari-jari kapas adalah :

    r^3=\frac{(3)(0.00344)}{4\pi}=0.00082165605 \ m^3

    maka Rkapas = 0.0938840442 m.

    Berdasarkan hasil tersebut dapat diketahui jika jarak antar pusat kapas dan besi terhadap bumi berbeda dimana

    R_{bumi}+0.031188 < R_{bumi}+0.093884

    jika gaya berat kedua benda dibandingkan maka akan menghasilkan :

    F_{besi} : F_{Kapas}
    G\frac{(M_{bumi})(m_{besi})}{(r_{bumi}+r_{besi})^2}=G\frac{(M_{bumi})(m_{kapas})}{(r_{bumi}+r_{kapas})^2}
    \frac{1}{6 371 000,031188^2}:\frac{1}{6 371 000,093884^2}

    perbandingan adalah gaya tariknya adalah 1.00000000984 : 1, dimana besi lebih berat 1.00000000984 dari berat kapas.

    Pengaruh Gaya Angkat Fluida

    Mari kita sepekati terlebih dahulu, kita main teka teki ini masih di salah satu area dipermukaan bumi, bukan di mars, bulan apalagi planet Namek. Karena kita berada di bumi maka otomatis pada saat beki diangkat akan ada udara di sekitar besi dan kapas. Udara sebagai fluida memiliki gaya angkat fluida seperti ilustrasi di bawah ini!

    Gaya apung pada kapas dan besi

    Besar gaya angkat fluida ini sama dengan :

    F_f=\rho gV

    Menurut Archimedes, besar gaya angkat fluida berbanding lurus dengan volume dari masing-masing benda sehingga kita bisa bandingkan bahwa kapas memiliki gaya angkat ke atas lebih besar dibandingkan dengan besi.

    Jadi yuk mari kita bandingkan berat total 1 kg besi dan kapas dengan memasukkan volume yang kita sudah hitung di bagian sebelumnya. Asumsi yang kita gunakan kita berada dalam kondisi udara yang baik-baik saja sehingga massa jenisnya sekitar 1,2 kg/m3

    Perbandingan gaya berat benda di udara adalah :

    W_{b}-F_{fb}:W_k-F_{fk}
    m_b.g-\rho_u.g.V_b:m_k.g-\rho_u.g.V_k
    1-(1,2)(0.000127):1-(1,2)(0.00344)
    0.9998476 :0.995872

    masing masing dibagi 0.995872, maka hasilnya adalah :

    1.0039920793 :1

    Dari analisis tersebut kita bisa simpulkan jika Berat 1 kg besi di udara dalam keadaan standar (STP) lebih besar 1.0039920793 kali dibandingkan dengan 1 kg kapas.

    Jadi jawaban dari teka-teki manakah yang lebih berat 1 kg besi atau 1 kg kapas sudah tuntas yah.

    Akhir Kata

    Nah ini mungkin jawaban yang lebih bertanggung jawab ketika kita diminta untuk memilih manakah yang lebib berat 1 kg kapas atau 1 kg besi. Tapi saya tidak memberi jaminan kalau tongkorongan kalian tetap asik jika kamu menjawab dengan metode ini ke teman-teman saat diberi teka-teki legend ini.

  • Memandang Masa Lalu Melalui Langit Malam

    Memandang Masa Lalu Melalui Langit Malam

    AhmadDahlan.NET – Langit gelap di malam hari akan tampak indah dengan kilauan jutaan bintang. Saya tidak akan bercerita mengenai sebuah kisah pilu di status-status galau kaum milenial yang semakin pandai merangkai kata tapi saya akan mengajak anda menyaksikan langsung masa sejarah melalui langit.

    Sekalipun waktu tidak dapat diulang, namun menyaksikan sejarah bukanlah hal yang mustahil dalam fisika. Kita hanya perlu sedikit memahami konsep gerak, lalu mari menapaki “waktu” yang telah berlalu di langit malam ini, kalaupun anda membaca ini siang hari, tak mengapa, silahkan amati langitnya malam nanti.

    Masa Lalu di Langit Gelap

    Melihat bintang bintang yang ada di langit secara harfiah berarti kita menykasikan sejarah atau kejadian yang terjadi masa lampau. Agar bisa dipahami mari kita pahami dua hal terlebih dahulu yakni (1) gerak dan (2) karakter cahaya.

    Salah satu karakteristik dari cahaya adalah bergerak. Cahaya yang masuk ke mata manusia dan membuat manusia bisa melihat berasal dari sumber cahaya. Paling tidak gelas yang terlihat di atas meja adalah benda yang memantulkan cahaya dari sumber cahaya ke mata manusia. Uniknya cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang dapat merambat tanpa medium, dimaan defenisi merambat adalah berpindah dari satu titik ke titik yang lain.

    Mari kita misalkan pada hal-hal yang lebih sederhana seperti mobil yang begerak. Sebuah mobil yang bergerak dengan kecepatan 20 m/s bisa diartikan akan mengalami perubahan posisi sebesar 20 m setiap detiknya sehingga dalam waktu lima detik mobil tersebut akan berpindah sejauh 100 m dari posisi awal.

    Ilutrasi MObil Begerak dengan kecepatan tetap GLB

    Hal serupa juga terjadi dengan cahaya. Cahaya begerak dari sumber cahaya membutuhkan waktu untuk merambat dari sumbernya hingga akhirnya sampai ke mata. Jika anda melihat sebuah gelas di atas meja dengan jarak 10 meter, Gelas tersebut memantulkan cahaya dari permukaan dan akan menempuh jarak sejauh 10 meter hingga akhirnya sampai di mata anda.

    Hal yang unik adalah kecepatannya yang sangat besar dan membuat kita tidak bisa merasakan delay yang terjadi selama cahaya berada dalam perjalanan dari sumber ke mata. Cahaya begerak pada ruang hampa dengan kecepatan c = 3 x 108 m/s yang berarti cahaya bisa berpindah sejauh 300 ratus ribu kilometer dalam satu detik. Jika keliling bumi adalah 40.075 km, maka dalan satu detik cahaya bisa mengelilingi bumi lebih dari 7 kali, itupun kalau lintasan cahaya bisa melingkar, sayangnya lintasanya lurus.

    Jadi jarak meja berada sekitar 10 meter, maka vahaya hanya membutuhkan waktu sekitar 0,000000033333 detik sampai akhirnya ke mata. Jika anda punya teman yang berada di sebelah lapangan boal dengan jarak 100 meter delay yang terjadi hanya sekitar 0,00000033333 detik, waktu yang cukup singkat hingga tidak bisa disadari.

    Jarak ini mungkin baru terasa ketika kita melihat bintang terdekat dari bumi yakni matahari yang terpisah dengan jarak rata-rata 150 juta kilometer. Oleh karena itu cahaya matahari butuh waktu sekitar :

    t = \frac{150.000.000.000m}{300.000.000 m/s} =500 s

    Perhitungan ini menunjukkan waktu yang dibutuhkan cahaya sampai ke bumi sekitar 8 menit 20 detik. Hal ini berdampak pada dua kesimpulan :

    1. Kita tidak bisa melihat matahari secara langsung karena yang kita lihat adalah matahari 8 menit 20 detik yang lalu.
    2. Jika terjadi apa-apa dengan matahari misalnya meledak, kita baru melihatnya meledak setelah 8 menit 20 detik kemudian. Itupun kalau bumi tidka terkenda langsung dampaknya.

    Dalam kasus ini kita sudah melihat hal-hal yang terjadi di masa lampau yang sebenarnya kejadian pada saat kita melihat matahari sudah tidak terjadi lagi. Sayangnya waktu tersebut masih relatif stabil untuk matahari sehingga kita tidak bisa menyadair perbedaan matahari 8 menit 20 detik yang lalu dengan sekarang.

    Bintang Terdekat

    Jarak matahari dan bumi terpisah sekitar 150.000.000.000 meter, jarak ini cukup panjang bagi manusia bumi namun bagi alam semesta, jarak ini msaih sangat kecil. Sebut saja jarak Matahari ke Pluto sekitar 5,9 milliar kilometer atau 5.900.000.000.000 meter.

    Bintang terdekat dari tata surya dalah Proxima Centaury yang terpisah sekitar 40.000.000.000.000.000 meter, cahaya sendiri membutuhkan waktu untuk menempuh jarak tersebut sekitar 4,2 tahun. Dengan kata lain ketika kita memandang bintang tersebut malam ini, kita hanya melihat cahaya dari 4,2 tahun yang lalu. Dan apa yang terjadi selama 4,2 tahun dengan bintang tersebut, tidak ada yang tahu.

    Jarak Proxima Centaury dari Bumi
    Ilutrasi Cahaya dari Bintang Proxima Centaury ke Pengamat di Bumi

    Kita baru mengetahui keadaan bintang tersebut saat ini 4,2 tahun kemudian. Sehingga jika dalam kurung waktu tersebut, jika Proxima Centaury meledak malam ini, kita akan tetap bisa melihat cahaya-nya hingga 4,2 tahun berikutnya sampai akhirnya kita sadar bahwa Proxima Centaury sudah tidak ada.

    Hal yang berbeda ketika kita melihat bintang Alfa Centaury A, meskipun kita melihat pada malam yang sama, tapi cahaya dari waktu yang berbeda, dimana Alfa Centaury A sedikit lebih lama yakni sekitar 4,4 tahun cahaya. Jadi kita bisa melihat rentetan waktu sejarah yang berbeda di langit yang sama di malam hari.

    Itupun kalau sedang tidak hujan atau mendung tebal.