Dalam kehidupan sehari-hari kita sering
menggunakan istilah massa dan berat. Ketika mengukur badan kita dengan
timbangan, kita selalu menyatakannya dengan berat. Jika ditinjau dari
ilmu fisika, yang kita maksudkan sebenarnya massa, bukan berat.
Pengertian massa dan berat yang kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari
sangat berbeda maknanya dalam ilmu fisika. Pada kesempatan ini kita
akan belajar tentang massa dan berat, oleh karena Hukum Newton selalu
menggunakan konsep massa dan berat.
Massa
Hukum Newton yang akan kita pelajari
nanti menggunakan konsep massa. Eyang Newton menggunakan konsep massa
sebagai sinonim jumlah zat. Pandangan mengenai massa benda seperti ini
tidak terlalu tepat karena ? Jumlah zat’ tidak terdefinisi dengan baik.
Dengan kata lain tidak ada cara praktis untuk menghitung
partikel-partkel tersebut. Lebih tepatnya, massa merupakan ukuran inersia/kelembaman suatu benda (kemampuan mempertahankan keadaan suatu gerak).
Makin besar massa suatu benda, makin sulit mengubah keadaan gerak benda
tersebut. Semakin besar massa benda, semakin sulit menggerakannya dari
keadaan diam, atau menghentikannya ketika sedang bergerak atau merubah
gerakannya keluar dari lintasannya yang lurus. Kita dapat mengatakan
bahwa semakin besar massa benda, semakin besar hambatan benda tersebut
untuk dipercepat. Konsep ini dengan mudah dapat kita kaitkan dengan
kehidupan sehari-hari. Jika kita memukul bola tenis meja dan bola basket
dengan gaya yang sama maka tentu saja bola basket akan bergerak lebih
lambat/bola basket memiliki percepatan yang lebih kecil dibandingkan
denga bola tenis. Demikian juga sebuah truk gandeng yang sedang bergerak
lebih sulit dihentikan dibandingkan dengan sebuah taxi. Jika sebuah
gaya menghasilkan percepatan yang besar, maka massa benda kecil; jika
gaya yang sama menyebabkan percepatan kecil, maka massa benda besar.
Satuan Sistem Internasional untuk massa adalah Kilogram (kg). Lambang massa adalah m, yang merupakan inisial dari kata mass (kata
massa dalam bahasa inggris). Lambang ini merupakan ketetapan yang
dibuat untuk penyeragaman. Massa merupakan besaran skalar, yakni
besaran yang hanya mempunyai nilai/besar saja.
BERAT
Dalam kehidupan sehari-hari kita sering
menggunakan istilah massa dan berat secara keliru. Oleh karena itu kita
perlu membedakan pengertian massa dan berat secara benar. Massa adalah
sifat dari benda itu sendiri, yakni ukuran kelembaman benda tersebut
atau “jumlah zat’-nya. Sedangkan berat adalah gaya, gaya gravitasi yang bekerja pada sebuah benda.
Untuk melihat perbedaannya, misalnya kita membawa sebuah benda ke
bulan. Jika kita tidak akan pernah ke bulan, benda tersebut kita
titipkan saja lewat para astronout ketika berada di bulan, berat benda
tersebut hanya seperenam dari beratnya di bumi karena gaya gravitasi di
bulan enam kali lebih kecil dibandingkan dengan gaya gravitasi di bumi.
Tetapi massa benda tersebut tetap sama. Benda tersebut tetap memiliki
jumlah zat yang sama dan inersia alias kelembamannya juga sama. Sebuah
batu ketika dibawa ke bulan, tetap menjadi batu dengan ukuran yang sama.
Yang berbeda adalah beratnya atau gaya gravitasi yang bekerja pada batu
tersebut.
Secara matematis, berat di tulis sebagai berikut :
w = m g
w adalah inisial dari weight
(kata berat dalam bahasa Inggris). m adalah lambang massa dan g adalah
lambang gaya gravitasi. Jadi secara matematis, w adalah hasil kali
antara massa dan gravitasi. massa adalah besaran skalar, sedangkan
gravitasi adalah besaran vektor. Perkalian antara skalar (massa) dengan
vektor (gravitasi), menghasilkan besaran vektor (Berat). Dengan demikian
Berat termasuk besaran vektor (besaran vektor adalah besaran yang memiliki besar dan arah). Arah Berat sama dengan arah gravitasi, yakni menuju ke pusat bumi alias tegak lurus ke bawah (permukaan tanah).
Vektor berat benda selalu digambarkan
berarah tegak lurus ke bawah, di manapun posisi benda diletakan, baik
pada bidang horisontal, bidang miring, atau pada bidang tegak.
Perhatikan gambar di bawah.
Satuan Berat adalah kg m/s2. Nama lain satuan Berat adalah Newton. Newton
adalah satuan Gaya, dengan demikian secara matematis kita sudah
menunjukan bahwa Berat juga termasuk Gaya.
GRAVITASI
Percepatan gravitasi di permukaan bumi secara rata-rata bernilai 9,8 m/s2. kenyataannya, nilai gravitasi (g) sedikit berubah dari satu titik ke titik lain di permukaan bumi, dari kira-kira 9, 78 m/s2 sampai 9,82 m/s2. beberapa faktor yang mempengaruhi hal tersebut antara lain : pertama, bumi kita tidak benar-benar bulat, percepatan gravitasi bergantung pada jaraknya dari pusat bumi (planet); kedua,
percepatan gravitasi tergantung dari jaraknya terhadap permukaan bumi.
Semakin tinggi sebuah benda dari permukaan bumi, semakin kecil
percepatan gravitasi; ketiga, percepatan gravitasi bergantung
pada planet tempat benda berada, di mana setiap planet, satelit atau
benda angkasa lainnya memiliki gravitasi yang berbeda.
Untuk memudahkan pemahaman anda mengenai
gravitasi, bayangkanlah anda dan teman dekat anda merentangkan sebuah
kain (sebaiknya kain tersebut terbuat dari karet). Sekarang, letakan
sebuah benda, dari ukuran terkecil hingga ukuran besar di atas kain atau
lembaran karet tersebut. Apa yang anda amati ? jika yang anda letakan
adalah sebuah kelereng, maka lekukan yang terbentuk kecil, tetapi jika
anda meletakan sebongkah batu yang berukuran besar maka lekukan pada
kain atau lembaran karet tersebut sangat besar. nah, sekarang, letakan
sebuah kerikil atau batu kecil pada pinggir kain tersebut. Apa yang anda
amati ? kerikil atau batu kecil tersebut akan terperosok alias jatuh
menuju pusat lekukan, di mana batu besar yang anda letakan pada kain
berada. Setiap benda angkasa yang bermassa (termasuk bumi) selalu
membuat lekukan dalam ruang waktu. hal ini yang menyebabkan setiap benda
seolah-olah ditarik bumi atau benda angkasa lainnya. Sebenarnya ini
disebabkan oleh efek lekukan, sebagaimana ilustrasi kain karet dan batu
di atas.
Pada pembahasan mengenai Gerak Jatuh
Bebas, kita telah belajar bahwa benda-benda yang dijatuhkan dekat
permukaan bumi akan jatuh dengan percepatan yang sama, g (percepatan gravitasi), seandainya
hambatan udara diabaikan. Gaya yang menyebabkan percepatan ini disebut
gaya gravitasi. Gaya gravitasi bekerja pada sebuah benda ketika benda
tersebut jatuh.
Kita terapkan hukum II Newton untuk gaya
gravitasi dan untuk percepatan a, kita ganti dengan percepatan
gravitasi (g). ingat kembali pelajaran Gerak Jatuh Bebas. Benda yang
jatuh hanya dipengaruhi oleh percepatan gravitasi. Dengan demikian Gaya
Gravitasi yang pada sebuah benda, FG, yang besarnya disebut berat, dapat ditulis sebagai :
FG = mg
Arah gaya ini ke bawah, menuju ke pusat bumi. Persamaan ini sama dengan w = mg, seperti yang sudah kita pelajari di atas, karena berat adalah gaya gravitasi yang bekerja pada sebuah benda.
Ketika benda berada dalam keadaan diam
di permukaan bumi, gaya gravitasi yang ada pada benda tersebut tidak
hilang. Untuk membuktikaan hal ini, kita bisa mengukur benda tersebut
dengan neraca pegas dan membandingkannya dengan hasil perhitungan kita (FG = m g atau w = mg). Lalu
mengapa benda tidak bergerak ? Dari hukum II Newton, gaya total untuk
benda yang diam adalah nol. Jika demikian, pasti ada gaya lain yang
bekerja pada benda tersebut, untuk mengimbangi gaya gravitasi. Gaya
apakah itu ?
Ketika kita meletakan sebuah kotak di
atas meja, berat kotak tersebut menekan meja ke bawah dan sebaliknya
meja membalas dengan memberikan gaya ke atas (lihat gambar di bawah).
Gaya yang diberikan oleh meja bisa disebut gaya kontak, karena gaya
tersebut terjadi karena adanya sentuhan antara kotak dan meja. Sebuah
gaya kontak yang tegak lurus terhadap permukaan kontak disebut Gaya Normal (normal berarti tegak lurus), dan mempunyai Lambang FN atau bisa ditulis N.
Kedua gaya yang ditunjukkan pada gambar
diatas bekerja pada kotak sehingga kotak tetap diam. Selisih kedua gaya
tersebut (gaya total) pasti nol, sehinga kotak tersebut diam/tidak jatuh
ke tanah. FG atau w dan N
pasti memiliki besar yang sama dan memiliki arah yang berlawanan,
sehingga gaya total atau selisih kedua gaya tersebut nol. Gaya-gaya
tersebut bukan gaya aksi reaksi yang
dijelaskan pada Hukum III Newton. Ingat bahwa gaya aksi reaksi bekerja
pada benda yang berbeda, sedangkan kedua gaya di atas (Gaya berat dan
Gaya Normal) bekerja pada benda yang sama, yakni kotak. Perhatikan gambar di atas secara seksama.
Gaya berat benda yang menekan meja digambarkan pada titik pusat kotak
alias berada di tengah-tengah kotak. Sedangkan Gaya Normal digambarkan
pada permukaan sentuh antara kotak dan meja.
Lalu apa gaya reaksinya ? gaya ke atas yang diberikan oleh meja terhadap kotak adalah N, disebut gaya aksi. Gaya reaksi diberikan oleh kotak kepada meja, yakni N’,
sebagaimana diperlihatkan pada gambar di bawah. Perhatikan baik-baik
posisi tanda panah pada gambar. Tanda panah yang mewakili N’ digambarkan
pada meja, bukan pada kotak. Panjang tanda panah sama, hal ini
menunjukkan bahwa besarnya gaya sama, hanya berlawanan arah (aksi = – reaksi). Mengenai aksi-reaksi selengkapnya dipelajari pada Pokok Bahasan Hukum III Newton.
Gaya Normal (N) bekerja
pada bidang sentuh antara dua benda yang saling bersentuhan dan arahnya
selalu tegak lurus pada bidang sentuh. Beberapa contoh arah Gaya Normal terhadap gaya sentuh ditunjukkan pada gambar di bawah.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar