Pengertian Massa dalam Fisika Beserta Penjelasannya

Massa adalah pengukuran berapa banyak materi dalam suatu objek. Massa adalah kombinasi dari jumlah total atom , kerapatan atom, dan jenis atom dalam suatu objek. Dan berikut ini adalah uraian tentang pengertian Massa dalam fisika semoga bermanfaat bagi yang membacanya.

Massa (berasal dari bahasa Yunani μάζα) adalah suatu sifat fisika dari suatu benda yang digunakan untuk menjelaskan berbagai perilaku objek yang terpantau. Dalam kegunaan sehari-hari, massa biasanya disinonimkan dengan berat. Namun menurut pemahaman ilmiah modern, berat suatu objek diakibatkan oleh interaksi massa dengan medan gravitasi.

Sebagai contoh, seseorang yang mengangkat benda berat di Bumi dapat mengasosiasi berat benda tersebut dengan massanya. Asosiasi ini dapat diterima untuk benda-benda yang berada di Bumi. Namun apabila benda tersebut berada di Bulan, maka berat benda tersebut akan lebih kecil dan lebih mudah diangkat namun massanya tetaplah sama.

Tubuh manusia dilengkapi dengan indera-indera perasa yang membuat kita dapat merasakan berbagai fenomena-fenomena yang diasosiasikan dengan massa. Seseorang dapat mengamati suatu objek untuk menentukan ukurannya, mengangkatnya untuk merasakan beratnya, dan mendorongnya untuk merasakan gaya gesek inersia benda tersebut.

Penginderaan ini merupakan bagian dari pemahaman kita mengenai massa, namun tiada satupun yang secara penuh dapat mewakili konsep abstrak massa. Konsep abstrak bukanlah berasal dari penginderaan, melainkan berasal dari gabungan berbagai pengalaman manusia.

Konsep modern massa diperkenalkan oleh Sir Isaac Newton (1642-1727) dalam penjelasan gravitasi dan inersia yang dikembangkannya. Sebelumnya, berbagai fenomena gravitasi dan inersia dipandang sebagai dua hal yang berbeda dan tidak berhubungan. Namun, Isaac Newton menggabungkan fenomena-fenomena ini dan berargumen bahwa kesemuaan fenomena ini disebabkan oleh adanya keberadaan massa.

Para fisikawan membagi definisi massa menjadi tiga jenis:

Massa inersial
Massa gravitasi aktif
Massa gravitasi pasif

Apa perbedaan ketiga massa tersebut? Mari kita pelajari dulu definisi ketiganya.

Pertama adalah massa inersial. Massa inersial adalah ukuran kecenderungan sebuah benda untuk mempertahankan kondisi gerak awalnya. Semakin besar massa inersial suatu benda, semakin sulit (membutuhkan gaya yang lebih besar) untuk mengubah keadaan geraknya. Hal ini tertuang dalam hukum gerak kedua Newton,

$a = \displaystyle\frac{F}{m_I}$

dengan m_I adalah massa inersial, F adalah besar gaya yang diberikan pada benda, dan a adalah besar percepatan.

Massa gravitasi aktif mengukur besarnya medan gravitasi yang dihasilkan oleh sebuah benda. Semakin besar massa gravitasi aktif sebuah benda, besar medan gravitasi yang dihasilkan pun akan semakin besar. Berdasarkan model fisika gravitasi Newton,

$g = G\displaystyle\frac{M_{GA}}{r^2}$

dengan g adalah besar percepatan gravitasi, G adalah konstanta gravitasi umum, M_GA adalah massa gravitasi aktif sebuah benda, dan r adalah jarak dari pusat benda ke titik yang kita ukur besar medan gravitasinya.

Massa gravitasi pasif mengukur besarnya gaya tarik gravitasi yang diterima oleh suatu benda. Semakin besar massa gravitasi pasif sebuah benda, semakin besar gaya tarik gravitasi yang diterima benda tersebut.

$F_g = M_{GP} g$

dengan F_g adalah gaya gravitasi yang diterima benda, M_GP adalah massa gravitasi pasif, dan g adalah medan gravitasi luar yang bekerja pada benda.

Kenapa dalam kehidupan sehari-hari kita hanya mengenal satu jenis massa? Jawaban sederhananya, meskipun ketiga massa tersebut memiliki konsep dan definisi yang berbeda, tidak ada eksperimen yang dapat membedakan nilai ketiganya, mereka memiliki nilai yang sama untuk suatu benda.

Para ilmuwan zaman pertengahan menerima kesamaan ketiga massa tersebut tanpa mempertimbangkan efek lebih jauh mengenai kesamaan ini. Misalnya, hukum gerak ketiga Newton mengenai aksi-reaksi mengharuskan massa gravitasi aktif dan massa gravitasi pasif bernilai sama.

Mari kita tinjau dua buah benda yang terpisah pada jarak r dengan benda pertama memiliki massa gravitasi aktif M_GA₁ dan massa gravitasi pasif M_GP₁. Sementara itu, benda kedua memiliki massa gravitasi aktif M_GA₂ dan massa gravitasi pasif M_GP₂.

Gaya gravitasi yang bekerja pada benda pertama akibat benda kedua adalah

$\vec{F}_{12} = G\displaystyle\frac{M_{GP1} M_{GA2}}{r^2} \hat{r}$

sedangkan gaya gravitasi yang bekerja pada benda kedua akibat benda pertama adalah

$\vec{F}_{12} = G\displaystyle\frac{M_{GP2} M_{GA1}}{r^2} \hat{r}$

Karena kedua gaya tersebut adalah pasangan aksi-reaksi (menurut Newton), massa gravitasi aktif haruslah sama dengan massa gravitasi pasif. Kesamaan antara massa gravitasi pasif dan massa inersia datang dari percobaan Galileo mengenai gerak jatuh bebas (yang menurut legenda Galileo melakukan percobaannya di atas menara Pisa).

Tinjau suatu objek dengan massa inersial m_I dan massa gravitasi pasif M_GP yang dijatuhkan dari suatu ketinggian (kita abaikan gesekan dengan udara, angin, dan efek lain-lain). Menurut hukum gerak kedua Newton,

$M_{GP} g = m_I a$

sehingga percepatan benda jatuh bebas adalah

$a = \displaystyle\frac{M_{GP}}{m_I}$

Berdasarkan percobaan Galileo bahwa benda yang jatuh bebas dari ketinggian tertentu akan selalu sampai dengan waktu yang bersamaan, tidak bergantung dari bentuk, ukuran dan sifat intrinsik benda (ingat kita mengabaikan semua interaksi, kecuali interaksi gravitasi), dapat disimpulkan bahwa massa inersial haruslah bernilai sama dengan massa gravitasi pasif.

Percobaan pengukuran secara terperinci mengenai perbedaaan nilai ketiga massa ini dilakukan oleh Loránd Eötvös pada tahun 1889 dengan menggunakan pendulum torsi. Percobaan tersebut mengonfirmasi bahwa ketiga massa tersebut bernilai sama.

Kesamaan nilai ketiga massa ini memiliki implikasi yang cukup mendalam dalam fisika. Kesamaan ketiga massa ini dikenal sebagai “Prinsip Ekuivalensi Lemah” dan dijadikan salah satu landasan dasar oleh Albert Einstein dalam teorinya yang masyhur, yaitu teori relativitas umum.

Rumus Massa Jenis

Anda bisa melihat bahwa massa jenis suatu benda bisa berbeda, meskipun bahan penyusunnya mempunyai ukuran sama. Hal ini karena massa jenis bergantung pada besar massa dan volumenya.

Secara matematis, massa jenis suatu zat bisa ditentukan melalui persamaan berikut ini.

P= m/v

Keterangan:
ρ = massa jenis (kg m-3)
m = massa zat (kg)
V = volume zat (m3)

Satuan-satuan massa

Alat yang digunakan untuk mengukur massa biasanya adalah timbangan. Dalam satuan SI, massa diukur dalam satuan kilogram, kg. Terdapat pula berbagai satuan-satuan massa lainnya, misalnya:

gram: 1 g = 0,001 kg (1000 g = 1 kg)
ton: 1 ton = 1000 kg
MeV/c² (Umumnya digunakan untuk mengalamatkan massa partikel subatom.)

Pada situasi normal, berat suatu objek adalah sebanding dengan massanya. Namun perbedaan antara massa dengan berat diperlukan untuk pengukuran berpresisi tinggi.

Oleh karena hubungan relativistik antara massa dengan energi, adalah mungkin untuk menggunakan satuan energi untuk mewakili massa. Sebagai contoh, eV normalnya digunakan sebagai satuan massa (kira-kira 1,783×10⁻³⁶ kg) dalam fisika partikel.

Contoh Soal Massa Jenis

Sebuah balok dari bahan kuningan mempunyai panjang 8 cm, lebar 5 cm, dan tinggi 2,5 cm. Bila diketahui massa jenis balok kuningan tersebut 8.400 kg/m3, berapa massa balok tersebut?

Pembahasan
Diketahui:
balok dari kuningan
p = 8 cm = 0,08 m
l = 5 cm = 0,05 m
t = 2,5 cm = 0,025 m
ρ = 8.400 kg/m3

Ditanya: m = …?

Jawab: V = p x l x t
V = 0,08 m x 0,05 m x 0,025 m
= 0,0001 m3
m = ρ x V
= (8.400 kg/m3) ( 0,0001 m3)
= 0,84 kg

Jadi, massa balok kuningan adalah 0,84 kg.

Penelusuran yang terkait dengan Pengertian Massa dalam Fisika