Massa, Berat, Gaya Gravitasi, Gaya Normal

Pengantar

Dalam kehidupan sehari-hari kita sering memakai istilah massa dan berat. Ketika mengukur tubuh kita dengan timbangan, kita selalu menyatakannya dengan berat. Jika ditinjau dari ilmu fisika, yang kita maksudkan sesungguhnya 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 berguru perihal massa dan berat. 

Pembahasan ini diselipkan di awal pembahasan aturan Newton, lantaran Hukum Newton selalu memakai konsep massa dan berat. Oleh lantaran itu sangat disarankan semoga anda mempelajari pembahasan ini terlebih dahulu sebelum mempelajari Hukum Newton. 

Akhirnya, aku mengucapkan selamat belajar… Semoga sesudah mempelajari topik ini anda sanggup membedakan pengertian massa dan berat dengan baik dan benar, sehingga membantu anda memahami Hukum Newton dengan mudah.

PENGERTIAN MASSA

Apa yang anda ketahui perihal massa ?

Hukum Newton yang akan kita pelajari nanti memakai konsep massa. Eyang Newton memakai konsep massa sebagai sinonim jumlah zat. Pandangan mengenai massa benda ibarat ini tidak terlalu sempurna lantaran ?jumlah zat’ tidak terdefinisi dengan baik. Dengan kata lain tidak ada cara simpel 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 dikala sedang bergerak atau merubah gerakannya keluar dari lintasannya yang lurus. 

Kita sanggup menyampaikan bahwa semakin besar massa benda, semakin besar kendala benda tersebut untuk dipercepat. Konsep ini dengan mudah sanggup 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 mempunyai percepatan yang lebih kecil dibandingkan denga bola tenis. 

Demikian juga sebuah truk gandeng yang sedang bergerak lebih sulit dilarang dibandingkan dengan sebuah taxi. Jika sebuah gaya menghasilkan percepatan yang besar, maka massa benda kecil; jikalau gaya yang sama menyebabkan percepatan kecil, maka massa benda besar.

Satuan Sistem Internasional untuk massa ialah Kilogram (kg). Lambang massa ialah m, yang merupakan inisial dari kata mass (kata massa dalam bahasa inggris). Lambang ini merupakan ketetapan yang dibuat untuk penyeragaman. Bayangkanlah seandainya sesudah menamatkan Sekolah Menengan Atas di Indonesia dan anda melanjutkan berguru pada perguruan tinggi tinggi di luar negeri maka anda harus menyesuaikan lagi ilmu fisika yang pernah dipelajari di Indonesia, seandainya kita memakai lambang lain. Massa merupakan besaran skalar, yakni besaran yang hanya mempunyai nilai/besar saja.

PENGERTIAN BERAT

Dalam kehidupan sehari-hari kita sering memakai istilah massa dan berat secara keliru. Oleh lantaran itu kita perlu membedakan pengertian massa dan berat secara benar. Massa ialah sifat dari benda itu sendiri, yakni ukuran kelembaman benda tersebut atau “jumlah zat’-nya. 

Sedangkan berat ialah gaya, gaya gravitasi yang bekerja pada sebuah benda. Untuk melihat perbedaannya, contohnya kita membawa sebuah benda ke bulan. Jika kita tidak akan pernah ke bulan, benda tersebut kita titipkan saja lewat para astronout dikala berada di bulan, berat benda tersebut hanya seperenam dari beratnya di bumi lantaran gaya gravitasi di bulan enam kali lebih kecil dibandingkan dengan gaya gravitasi di bumi. Tetapi massa benda tersebut tetap sama. Benda tersebut tetap mempunyai jumlah zat yang sama dan inersia alias kelembamannya juga sama. Sebuah watu dikala dibawa ke bulan, tetap menjadi watu dengan ukuran yang sama. Yang berbeda ialah berat-nya alias gaya gravitasi yang bekerja pada watu tersebut.

Secara matematis, berat di tulis sebagai berikut :

w = m g

w adalah inisial dari weight (kata berat dalam bahasa Inggris). m ialah lambang massa dan g ialah lambang gaya gravitasi. Kaprikornus secara matematis, w ialah hasil kali antara massa dan gravitasi. massa ialah besaran skalar, sedangkan gravitasi ialah besaran vektor. Perkalian antara skalar (massa) dengan vektor (gravitasi), menghasilkan besaran vektor (Berat). 

Jika anda kebingungan, silahkan pelajari kembali pembahasan mengenai perkalian antara besaran vektor dan skalar. Dengan demikian Berat termasuk besaran vektor (besaran vektor ialah besaran yang mempunyai besar dan arah). Arah Berat sama dengan arah gravitasi, yakni menuju ke sentra 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 ialah kg m/s². Dari manakah asal satuan ini ? tolong ingat kembali pelajaran mengenai dimensi besaran. Itu fungsinya kita berguru dimensi (besaran dan satuan) di awal pelajaran fisika. Nama lain satuan Berat ialah Newton. Newton ialah satuan Gaya, dengan demikian secara matematis kita sudah menandakan bahwa Berat juga termasuk Gaya.

Latihan Soal 1 :

Berapakah massa dirimu seandainya berat dirimu 400 Newton ? anggap saja gravitasi bernilai 10 m/s²

Latihan Soal 2 :

Massa aku di bumi ialah 50 kg. Berapa berat aku di bulan seandainya aku jalan-jalan ke bulan ? anggap saja percepatan gravitasi di bumi 10 m/s² dan gravitasi di bulan seperenam gravitasi di bumi.

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 hingga 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 sentra 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 daerah benda berada, di mana setiap planet, satelit atau benda angkasa lainnya mempunyai gravitasi yang berbeda.

Mengapa Gravitasi di permukaan bumi berbeda-beda ? mengapa percepatan gravitasi di setiap planet berbeda ? untuk mengetahui hal ini, anda perlu mengetahui apa sesungguhnya gravitasi atau apa yang menciptakan bumi dan benda angkasa lainnya, termasuk bulan mempunyai gravitasi. Mengenai hal ini selengkapnya akan kita pelajari pada pokok bahasan teori relativitas umum eyang Einstein. Pada kesempatan ini aku ingin menjawab rasa ingin tau anda, seandainya anda ingin mengetahui apa itu gravitasi sesungguhnya sehingga setiap benda selalu jatuh ke permukaan bumi.

Untuk memudahkan pemahaman anda mengenai gravitasi, bayangkanlah anda dan sobat bersahabat atau pacar anda yang cantik+ 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 ? jikalau yang anda letakan ialah sebuah kelereng, maka lekukan yang terbentuk kecil, tetapi jikalau anda meletakan sebongkah watu yang berukuran besar maka lekukan pada kain atau lembaran karet tersebut sangat besar. nah, sekarang, letakan sebuah kerikil atau watu kecil pada pinggir kain tersebut. 

Apa yang anda amati ? kerikil atau watu kecil tersebut akan terperosok alias jatuh menuju sentra lekukan, di mana watu besar yang anda letakan pada kain berada. Setiap benda angkasa yang bermassa (termasuk bumi) selalu menciptakan lekukan dalam ruang waktu. hal ini yang menyebabkan setiap benda seakan-akan ditarik bumi atau benda angkasa lainnya. Sebenarnya ini disebabkan oleh imbas lekukan, sebagaimana ilustrasi kain karet dan watu di atas. Selengkapnya anda pelajari pada pembahasan mengenai Teori Relativitas Umum (kelas XII).

Pada pembahasan mengenai Gerak Jatuh Bebas, kita telah berguru bahwa benda-benda yang dijatuhkan bersahabat permukaan bumi akan jatuh dengan percepatan yang sama, g (percepatan gravitasi), seandainya kendala udara diabaikan. Gaya yang menyebabkan percepatan ini disebut gaya gravitasi. Gaya gravitasi bekerja pada sebuah benda dikala benda tersebut jatuh.

Kita terapkan aturan 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, F_G, yang besarnya disebut berat, sanggup ditulis sebagai :

F_G = mg

Arah gaya ini ke bawah, menuju ke sentra bumi. Persamaan ini sama dengan w = mg, ibarat yang sudah kita pelajari di atas, lantaran berat ialah gaya gravitasi yang bekerja pada sebuah benda.

Ketika benda berada dalam keadaan membisu 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 (F_G = m g atau w = mg). Lalu mengapa benda tidak bergerak ? Dari aturan II Newton, gaya total untuk benda yang membisu ialah nol. Jika demikian, niscaya ada gaya lain yang bekerja pada benda tersebut, untuk mengimbangi gaya gravitasi. Gaya apakah itu ?

GAYA NORMAL

Ketika kita meletakan sebuah kotak di atas meja, berat kotak tersebut menekan meja ke bawah dan sebaliknya meja membalas dengan memperlihatkan gaya ke atas (lihat gambar di bawah). Gaya yang diberikan oleh meja bisa disebut gaya kontak, lantaran gaya tersebut terjadi lantaran 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 F_N atau bisa ditulis N.

Kedua gaya yang ditunjukkan pada gambar diatas bekerja pada kotak sehingga kotak tetap diam. Selisih kedua gaya tersebut (gaya total) niscaya nol, sehinga kotak tersebut diam/tidak jatuh ke tanah. F_G atau w dan N niscaya mempunyai besar yang sama dan mempunyai arah yang berlawanan, sehingga gaya total atau selisih kedua gaya tersebut nol. Gaya-gaya tersebut bukan gaya agresi reaksi yang dijelaskan pada Hukum III Newton. 

Ingat bahwa gaya agresi 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 saksama. Gaya berat benda yang menekan meja digambarkan pada titik sentra 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 ialah 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 memperlihatkan 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 permukaan sentuh. Beberapa referensi arah Gaya Normal terhadap permukaan sentuh ditunjukkan pada gambar di bawah.

Contoh Soal 1 :

Sebuah buku diletakkan di atas sebuah meja yang permukaannya datar sebagaimana ditunjukkan pada gambar di bawah. Apabila massa buku 1 kg, berapakah Gaya Normal (N) yang diberikan meja terhadap buku ? anggap saja gravitasi 10 m/s²

Soal ini ma mudah

Dikerjain sendiri ya ? masa ga bisa….. tinggal masuk’n rumus aja.

Contoh Soal 2 :

Sebuah balok diletakkan di atas sebuah papan yang diletakkan miring sebagaimana ditunjukkan pada gambar di bawah. Apabila massa balok 5 kg dan sudut yang dibuat antara papan dengan lantai ialah 45^o, berapakah Gaya Normal (N) yang diberikan meja terhadap buku ? anggap saja percepatan gravitasi 10 m/s²

Soal kaya gini ma gampang. Kerjain sendiri ya?hehe

Panduan Jawaban :

baGaImaNa MeNgGeRJakAnnYa-kaH ?

Karena balok terletak pada bidang miring maka kita tidak bisa menghitung N ibarat contoh soal 1. cermati gambar di bawah.

N = w cos teta

N = mg cos teta

N = (5 kg)(10 m/s2) cos 45^o

N = ….  LanjuTkan!

Bagaimana...sudah ada pencerahan? katakan mulai dari kini FISIKA HARUS ASYIK, maka asing seketika itu juga FISIKA MEMANG ASYIK :) Semoga bermanfaat dan tetap semangat. BRAVO!!!

Sumber http://fisikamantabb.blogspot.com

Share this post