Pendahuluan
Dalam fisika, massa dan berat adalah dua konsep yang sering kali membingungkan. Meskipun keduanya terkait dengan bobot suatu benda, mereka memiliki arti dan karakteristik yang berbeda. Dalam artikel ini, kita akan membahas perbedaan antara massa dan berat, serta konsep dasar di balik keduanya.
Massa
Massa adalah ukuran jumlah materi dalam suatu benda. Ia menunjukkan seberapa banyak partikel (seperti atom dan molekul) yang terkandung dalam objek tersebut. Massa diukur dalam kilogram (kg) sebagai satuan dasarnya. Massa suatu benda tidak bergantung pada percepatan gravitasi dan tetap konstan di mana pun objek tersebut berada.
Massa suatu benda dapat dianggap sebagai jumlah inersia yang dimiliki oleh objek tersebut. Semakin besar massa suatu benda, semakin besar usaha yang diperlukan untuk mengubah keadaan geraknya, baik untuk mempercepat, memperlambat, atau mengubah arahnya. Misalnya, benda dengan massa yang lebih besar akan lebih sulit untuk dihentikan ketika berada dalam gerak.
Berat
Berat adalah gaya tarikan gravitasi yang bekerja pada suatu benda. Berat diukur dalam newton (N) sebagai satuan dasarnya. Berat suatu benda bergantung pada percepatan gravitasi tempat benda tersebut berada. Di permukaan Bumi, percepatan gravitasi rata-rata adalah sekitar 9,8 m/s².
Hubungan antara massa dan berat dapat dijelaskan melalui hukum Newton kedua, yaitu F = m × a, di mana F adalah gaya, m adalah massa, dan a adalah percepatan. Dalam hal ini, berat suatu benda di permukaan Bumi (g) dapat dihitung dengan rumus W = m × g, di mana W adalah berat, m adalah massa, dan g adalah percepatan gravitasi.
Perbedaan antara Massa dan Berat
- Definisi: Massa adalah ukuran jumlah materi dalam suatu benda, sedangkan berat adalah gaya tarikan gravitasi yang bekerja pada benda tersebut.
- Satuan: Massa diukur dalam kilogram (kg), sedangkan berat diukur dalam newton (N).
- Ketergantungan Pada Percepatan Gravitasi: Massa tidak bergantung pada percepatan gravitasi dan tetap konstan di mana pun objek tersebut berada, sementara berat bergantung pada percepatan gravitasi dan dapat berbeda di tempat-tempat yang berbeda.
- Konsep Fisika: Massa terkait dengan inersia dan seberapa sulit untuk mengubah keadaan gerak suatu benda, sedangkan berat terkait dengan gaya gravitasi yang bekerja pada benda tersebut.
Kesimpulan
Massa dan berat adalah dua konsep yang terkait dengan bobot suatu benda, tetapi mereka memiliki perbedaan yang penting. Massa adalah ukuran jumlah materi dalam suatu benda dan diukur dalam kilogram, sedangkan berat adalah gaya tarikan gravitasi pada benda dan diukur dalam newton. Massa tidak bergantung pada percepatan gravitasi, sementara berat bergantung pada percepatan gravitasi tempat benda tersebut berada. Memahami perbedaan ini penting dalam mempelajari fisika dan prinsip-prinsip dasar yang terkait dengan massa dan berat.
Apa Perbedaan Antara Massa dan Berat?
Singkatnya, perbedaan utama antara massa dan berat adalah bahwa massa adalah properti fundamental dari suatu objek dan berat tidak. Massa tidak berubah di mana pun objek berada sampai materi ditambahkan atau dikurangi darinya. Seekor gajah seberat 2.300 kg adalah 2.300 kg di planet Bumi, bulan, dan di tengah angkasa.
Berat, di sisi lain, bergantung pada lokasi karena gaya gravitasi yang bekerja pada massa berbeda di lokasi yang berbeda. Seekor gajah seberat 2.300 kg memiliki berat sekitar 23.000 N di permukaan bumi, tetapi beratnya hanya sekitar seperenam di bulan dan, jika gajah itu disimpan di luar angkasa, jauh dari pengaruh medan gravitasi apa pun, itu akan tidak memiliki berat sama sekali.
Perbedaan penting lainnya antara massa dan berat yang mengikuti definisi mereka adalah bahwa massa adalah nilai skalar, karena tidak ada arah yang terkait dengan nilai dalam kilogram, sedangkan berat adalah vektor gaya . Berat benda selalu diarahkan ke dengan cara yang sama seperti gravitasi menariknya.
Massa secara teknis adalah ukuran kuantitatif dari inersia suatu benda, atau ketahanannya terhadap gerak. Semakin masif suatu benda, semakin kecil pengaruh gaya yang bekerja padanya.
Berat: Gaya Gravitasi
Seperti gaya apa pun, berat dapat dihitung menggunakan persamaan gaya gravitasi:
F_{grav}=mg
Di mana g adalah percepatan gravitasi di dekat permukaan bumi: g = 9,8 m/s 2 . Benda apa pun yang dijatuhkan di mana pun di planet ini jatuh ke pusat Bumi dengan laju yang terus meningkat: 9,8 m/s lebih cepat setiap detiknya daripada detik sebelumnya.
Rumus ini menjelaskan mengapa mengalikan massa dalam kg dengan 10 (atau dalam lbs dengan 4,5, untuk memperhitungkan konversi pertama ke satuan SI dari kg) memberikan perkiraan cepat dari berat “nyata” seseorang.
Di tempat lain di alam semesta, nilai g berbeda, karena percepatan gravitasi adalah hasil dari medan gravitasi lokal benda besar. Di planet kecil Merkurius, misalnya, g hanya 3,7 m/s 2 . Karena itu hanya sekitar 38 persen dari g di Bumi, apa pun di Merkurius beratnya hanya sekitar 38 persen dari apa yang dilakukannya di Bumi.
Berat Tampak
Sebagai definisi ketat, berat benda dalam medan gravitasi yang sama tidak berubah. Apakah seseorang naik atau turun dalam lift, g yang sama mempercepat m yang sama , jadi F grav , atau berat, akan sama.
Pada kenyataannya, ada perbedaan kecil dalam nilai g di lokasi berbeda di sekitar benda besar, seperti di Kutub Utara versus Khatulistiwa di Bumi, atau di interior versus di permukaan Matahari. Tetapi memperkirakan nilai konstanta untuk semua tempat dalam medan gravitasi biasanya cukup untuk mahasiswa fisika.
Yang mengatakan, pengendara lift yang jeli mungkin telah memperhatikan bahwa mereka terkadang merasa lebih berat atau lebih ringan dari biasanya di berbagai titik dalam perjalanan. Bobot mereka berubah karena tubuh mereka memiliki inersia, atau mereka menolak perubahan gerak mereka.
Saat lift mulai naik, tubuh mereka diam dan menahan gerakan ke atas, membuat mereka merasa lebih berat sesaat sampai mereka menyesuaikan diri untuk bergerak. Kebalikannya berlaku untuk sesaat ketika lift mulai turun. Namun, berat badan sebenarnya orang tersebut tidak berubah.
Timbangan pada Elevator Percepatan
Bagaimana dengan pembacaan timbangan untuk orang yang sama naik turun lift? Di sini sekali lagi, skalanya mungkin tampak berbohong, tetapi kali ini tidak hanya dengan nama yang salah.
Skala beroperasi dengan mengukur gaya total yang bekerja padanya. Saat masih berada di lantai kamar mandi, seluruh gaya total pada timbangan berasal dari gaya gravitasi yang menarik benda yang berdiri di atas timbangan ke bawah. Tetapi pada elevator yang dipercepat , ketika elevator mulai dipercepat atau diperlambat, percepatan total massa dalam skala tidak hanya dari g tetapi juga dari gerak elevator.
Jika lift dipercepat ke atas dengan arah yang berlawanan dari g , percepatan bersih akan sedikit lebih kecil dari g , menghasilkan gaya total yang sedikit lebih kecil (karena F net = ma dan dengan asumsi percepatan lift lebih kecil di besarnya dari g ). Oleh karena itu, timbangan akan menampilkan angka yang lebih kecil daripada saat diam. Sebaliknya, saat dipercepat ke bawah, ada percepatan tambahan ke arah g , menghasilkan gaya total yang lebih besar pada skala, dan akan menampilkan angka yang lebih besar .
Perhatikan bahwa ini hanya benar ketika lift dipercepat . Pada kecepatan naik atau turun yang konstan (yang mungkin diharapkan sebagian besar penumpang!), percepatan total dan dengan demikian gaya total tidak berbeda dengan skala yang tidak bergerak di lantai kamar mandi.
Timbangan pada Incline
Cara lain yang mudah untuk “menurunkan berat badan” secara instan adalah dengan meletakkan timbangan di tanjakan daripada mendatar di lantai. Menggambar diagram benda bebas dari gaya pada skala, dan memahami cara kerja skala, mengungkapkan mengapa hal ini benar.
Sekali lagi, skala bekerja dengan mendaftarkan gaya gravitasi yang bekerja padanya ke bawah ke dalam skala. Gaya gravitasi selalu diarahkan ke pusat bumi. Saat timbangan mendatar di lantai kamar mandi, ini langsung mengarah ke bawah pada 90 derajat.
Namun saat timbangan dimiringkan, misalnya duduk di tanjakan dengan kemiringan 20 derajat, gaya gravitasi tidak lagi tegak lurus dengan timbangan . Menyelesaikan gaya gravitasi ke dalam komponen-komponennya mengungkapkan bahwa komponen tegak lurus, komponen yang langsung masuk ke skala dan dengan demikian berfungsi sebagai sumber pembacaan skala, lebih kecil dari total gaya gravitasi . Dengan demikian, timbangan menampilkan angka yang lebih kecil saat miring daripada saat mendatar di lantai.
Mengapa Mengetahui Perbedaan Massa vs Berat Itu Penting
Massa dan berat tidak dapat dipertukarkan dalam fisika! Banyak persamaan dan konsep bergantung pada massa benda atau pada banyak massa benda. Berat hanyalah konsep yang berguna dalam situasi fisika Newton, seperti menganalisis gaya dalam situasi yang dijelaskan di sini.
Pertanyaan Umum tentang Massa dan Berat
1. Apa perbedaan antara massa dan berat?
Massa dan berat adalah dua konsep yang berbeda dalam fisika:
- – Massa adalah ukuran kuantitatif dari jumlah materi dalam suatu benda. Massa dinyatakan dalam kilogram (kg) dan merupakan sifat intrinsik atau tetap dari suatu benda. Massa tidak bergantung pada gravitasi.
- – Berat adalah gaya yang diberikan pada benda oleh gravitasi. Berat dinyatakan dalam newton (N) dan bergantung pada percepatan gravitasi di tempat tertentu. Berat dapat berubah tergantung pada gaya gravitasi yang bekerja pada benda tersebut.
2. Bagaimana cara mengukur massa?
Massa dapat diukur dengan menggunakan alat yang disebut timbangan atau neraca. Timbangan biasanya menggunakan prinsip perbandingan berat benda yang akan diukur dengan berat benda referensi yang diketahui. Satuan umum untuk massa adalah kilogram (kg).
3. Bagaimana cara mengukur berat?
Berat dapat diukur dengan menggunakan alat yang disebut timbangan (untuk mengukur berat benda kecil) atau alat yang lebih canggih seperti timbangan gantung (untuk mengukur berat benda yang lebih besar). Satuan umum untuk berat adalah newton (N).
4. Apakah massa dan berat selalu memiliki nilai yang sama?
Tidak, massa dan berat tidak selalu memiliki nilai yang sama. Massa suatu benda tetap konstan di mana pun benda tersebut berada, namun berat benda dapat berbeda-beda tergantung pada percepatan gravitasi di tempat tersebut.
Contohnya, massa seseorang di Bumi akan sama dengan massa orang tersebut di bulan, tetapi beratnya akan berbeda karena percepatan gravitasi di bulan lebih rendah daripada di Bumi.
5. Bagaimana hubungan antara massa dan berat?
Hubungan antara massa dan berat diberikan oleh rumus:
Berat = Massa × Percepatan Gravitasi
Percepatan gravitasi di Bumi umumnya dinyatakan sebagai sekitar 9,8 meter per detik kuadrat (9,8 m/s²). Oleh karena itu, berat suatu benda di Bumi dapat dihitung dengan mengalikan massa benda tersebut dengan 9,8 m/s².
Perlu dicatat bahwa rumus ini hanya berlaku jika berat diukur dalam satuan newton (N) dan massa diukur dalam satuan kilogram (kg).