Tag: Massa

  • 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.

  • Pengertian Massa dan Berat

    Pengertian Massa dan Berat

    A. Massa

    Ahmaddahlan.NET – Massa adalah karakterisitik fundamental dari sebuah materi. Massa ini adalah ukuran numerik dari kelambaman yang dimiliki oleh sebuah benda. Kelambaman ini adalah kemampuan benda mempertahankan posisinya terhadap tinjauan gerak.

    Massa disimbolkan m dan dinyatakan dengan satuan Kilogram (Kg) dalam Standar Internasional. Dalam pandangan Fisika Klasik, Massa ini memiliki nilai tetap dengan berbagai kondisi namun dalam dalam pandangan fisika Modern, Massa benda akan meningkat seiring dengan peningkatan kecepatan benda yang mendekati kecepatan cahaya, c = 3 × 108 m/s. Massa ini disebut massa relatifistik.

    B. Berat

    Berat adalah besaran fisis interaksi antara massa benda dengan percepatan gravitasi.

    w = mg

    Interkasi ini selanjutnya disebut sebagai gaya berat namun lebih umum disebut sebagai berat. Berdasarkan defenisi ini maka dapat disimpulkan bahwa nilai berat dari suatu benda akan berbeda bergantung dari Planet.

    Untuk sebuah benda yang jatuh bebas dimana tidak ada gaya lain yang bekerja pada benda yang jatuh maka benda ini akan bergerak dengan gaya gravitasi. Gerak benda digambarkan dengan lengkap menggunakan Hukum II Newton.

    F = ma

    F ini tidak lain adalah w dalam benda gerak jatuh bebas maka yang menjadi penentu gerak jatuh bebas di permukaan sebuah planet adalah percepatan gravitasi planet tersebut.

    Kesimpulan lain yang bisa diambil adalah dua benda dengan massa yang berbeda akan jatuh bersaman di permukaan bumi jika Gaya hambat udara diabaikan.

    Kondisi Tanpa Berat

    Karena Berat ditentukan oleh massa dan percepatan gravitasi, maka bobot yang dirasakan oleh objek adalah bobot efektif karena terhubung dengan benda kaku yang menopang tubuh.

    Bobot efektif yang dialami oleh benda ini dapat tiba-tiba hilang atau kondisi tanpa bobot jika penopang tersebut tiba-tiba hilang. Misalnya pada saat kita duduk di atas kursi namun tiba-tiba kursi ditarik dengan sangat cepat. Massa tubuh membuatnya tidak langsung bergerak bebas seketika kursi ditarik meskipun t sangat kecil dan cenderung mendekat 0. nilai t dapat dibuat lebih lama atau bahkan dihilangkan perannya dari kondisi tanpa bobot dengan beberapa metode :

    1. Begerak ke atas dengan kecepatan tingggi kemudian tiba-tiba arah kecepatan dirubah ke arah bawah seperti pada saat naik Roller Coster dan pesawar.
    2. Terbang bergerak di luar gaya tarik gravitasi bumi.

    Semua benda dan satelit yang melayang diseputar orbit masih merasakan gravitas sekalipun sangat kecil sehingga membuat Astronot terlihat tanpa gravitas.

    Foto Astronot Selfie di luar angkasa

    C. Gaya Gravitasi Bumi

    Percepatan gravitasi (g) dengan gaya gravitasi (F) adalah variabel yang berbeda namun masih berhubungan. Besar gaya Gravitasi Bumi berbanding terbalik kuadratik dengan jarak antar pusat massa.

    F \sim  \frac{1}{r^2}

    besar Gaya Gravitasi adalah :

    F = m \frac{GM}{R^2}

    Persaman ini menunjukkan jika gaya gravitasi di permukaan bumi tidaklah sama, hal ini bergantung dari jarak benda. Namun selain itu ada dua hal yang membuat percepatan gravitasi tidak sama di permukana bumi selain jarak yakni :

    1. Densitas Planet bumi yang tidak seragam
    2. Posisi benda dipemukaan bumi relatif terhadap poros putar bumi
    Rolller Coster di langit yang biru

    Posisi benda terhadap poros putar ini membuat gaya sentripental yang dialami oleh benda. Orang-orang berada di garis ekuator seperti Indonesia akan mengalami Percepatan Gravitasi lebih rendah dibandingkan orang-orang yang ada di Copenhagen.

  • Pengertian Massa Jenis dan Massa Relatif Atom

    Pengertian Massa Jenis dan Massa Relatif Atom

    Ahmad Dahlan – Massa jenis (disimbiolkan dengan ρ – huruf yunani yang dibaca rho) adalah perbandingan antara massa yang terjadi suatu zat terhadap volume zat itu sendiri.

    A. Massa Jenis

    Sebuah benda memiliki karakteris unik dari sisi fisis dari benda itu sendiri, salah satu dari sisi ukuran benda itu sendiri. Dalam fisika ukuran suatu benda dapat dinyatakan dalam 4 hal yakni massa, volume, dan jumlah mol.

    Mari kita tinjau massa dan volumenya terlebih dahulu. Misalkan saja kita mengambil 1 kg air di sebuah sumur maka kita membutuhkan sebesar 1 liter, begitu pula kelipatannya ketika kita mengambil 2 kg air saya membutuhkan wadah berukuran 2 liter. Dengan demikian kita bisa menyimpulkan bahwa massa suatu benda berbanding lurus dengan volume benda itu sendiri. 

    m ∼ V
    Massa Jenis Air dalam gelas 50 gram sama dengan 50 mL

    Setiap kenaikan 1 kg air akan menyebabkan kenaikan volume air sebesar 1 liter. Perbandingannya akan selalu sama sehingga nilai massa dan volume dari suatu benda dihubungan dengan sebuah nilai yang konstan yang disebut sebagai massa jenis (ρ). Maka persamaan ini dapat ditulis sebagai berikut L

    m = ρV

    Dimana ρ adalah perbandingan antara massa benda dan volume benda itu sendiri.

    \rho = \frac{m}{V}

    Kerapatan dan Massa Jenis

    Massa jenis ini adalah simbil dari kerapatan suatu benda (density). Misalkan saja kita mengambil 1 kg besi, tentu saja kita hanya memiliki sedikit besi jika dibandingkan dengan air jika ditinjau dari Volumenya. Hal ini disebabkan densitas besi lebih tinggi dari air. Hal ini pula yang membuat kita butuh karung yang besar untuk menampung kapas sebanyak 1 kg.

    Setiap zat memiliki densitas yang berbeda meskipun ada kemungkin beberapa jenis zat memiliki massa jenis yang sama.

    Tabel Massa Jenis Beberapa zat

    Jenis ZatDensiti ρ (103  kg/m3)
    Platinum21,45
    Emas19,30
    Uranium18,70
    Timbal11,30
    Tembaga8,92
    Air1,00
    Udara (1 atm)0,0012

    B. Massa Atom Relatif

    Sebagaimana yang kita ketahui mengenai struktur partikel yang menyusun suatu zat terdiri atom-atom tertentu yang dikenal dengan jenis unsur unsur dan berdasarkan teori atom Rutherford dan Atom Bhor, setiap atom terdiri dari proton dan neutron yang terletak di Inti atom sedangkan pada kulit ditempati elektron.

    Jumlah proton dan Neutron dalam inti sebuah atom akan berpengaruh pada massa atom relatif yang diukur dalam satuan massa atom (u), dalam beberapa buku terjemahan juga disingkat dengan sma, dimana satu u = 1,6660 538 7 x 10-27 kg. Dikatakan sebagai massa atom relatif, karena jenis atom yang digunakan untuk mengukur adalah atom dari carbon-12, atom ini digunakan sebagai satuan pembanding karena memiliki karakteristik paling stabil dari seluruh atom yang ada di alam.

    Sebagai contoh, timbal dengan massa 207 u dan aluminium adalah 27 u, rasio antara massa timbal dan massa aluminium adalah 10 : 1 namun hal ini berbeda jika rasio berdasarkan massa jenis, iman rasio-nya menjadi 4,19 : 1.  Hal ini disebabkan oleh jarak antar atom yang penyusun struktur kristal dari penyusun kedua atom tersebut.

    Referensi:
    Jewet & Serway. 2007. Physics for Scientist and Enggineer.