Massa Jenis: Menghubungkan Massa dan Volume

Tujuan dan prasyarat

Kamu akan menghitung massa jenis dari massa dan volume, menentukan massa jika volumenya diketahui, serta membaca volume benda tak beraturan dari kenaikan permukaan air. Prasyaratnya adalah perkalian, pembagian, volume kubus, dan pengurangan. Kita menganggap bahan homogen, suhu tetap selama perbandingan, dan alat telah disiapkan dengan benar.

Makna massa jenis

Dua benda berukuran sama dapat memiliki massa berbeda. Massa jenis memberi tahu berapa massa untuk tiap satuan volume. Rumusnya $\rho=m/V$. Huruf Yunani rho, $\rho$, adalah massa jenis; m adalah massa; V adalah volume. Jika m memakai gram dan V memakai cm³, satuan massa jenis adalah g/cm³. Dalam SI, satuannya kg/m³. Massa sendiri diukur dengan neraca; volume menyatakan ruang, bukan banyaknya gaya gravitasi.

Massa jenis bahan homogen pada kondisi tertentu tidak berubah hanya karena kita membagi bahan menjadi dua potong. Masing-masing potong mempunyai massa dan volume lebih kecil dengan perbandingan yang sama. Benda berongga memerlukan perhatian: massa jenis rata-rata seluruh benda dihitung memakai volume keseluruhan yang sesuai tujuan, termasuk rongga tertutup. Nilai itu dapat berbeda dari massa jenis bahan dindingnya.

Satuan harus dipasangkan dengan benar. Satu gram adalah 0,001 kg dan satu cm³ adalah $10^{-6}$ m³. Jadi $1$ g/cm³ sama dengan $1.000$ kg/m³. Faktor ini bukan 100 karena kita mengubah satuan massa dan volume sekaligus. Untuk air dekat suhu ruang, sekitar 1 g/cm³ cukup sebagai perkiraan belajar, bukan nilai tepat untuk semua suhu.

Mengukur volume benda tidak beraturan

Isi gelas ukur dengan air dan catat volumenya. Masukkan benda sampai seluruhnya terendam, kemudian catat volume akhir. Selisihnya adalah volume air yang dipindahkan dan sama dengan volume benda terendam. Satu mL sama dengan 1 cm³. Metode ini memerlukan benda yang tidak larut, tidak menyerap banyak air, dan tidak menyisakan gelembung besar. Baca permukaan air pada ketinggian mata.

Contoh 1: kubus homogen

Kubus padat memiliki rusuk 3 cm dan massa 216 g. Langkah pertama, hitung volume $V=3^3=27$ cm³. Langkah kedua, massa jenis $\rho=216/27=8$ g/cm³. Langkah ketiga, periksa dengan mengalikan kembali: $(8\text{ g/cm}^3)(27\text{ cm}^3)=216$ g. Jika bahan yang sama dipotong menjadi kubus berusuk 1,5 cm, volumenya 3,375 cm³ dan massanya 27 g; perbandingannya tetap 8 g/cm³. Ukuran benda berubah, sifat bahan yang dibandingkan tetap.

Contoh 2: batu dalam gelas ukur

Air semula menunjukkan 50 mL dan setelah batu terendam menunjukkan 74 mL. Massa batu 60 g. Volume batu $74-50=24$ mL = 24 cm³. Maka $\rho=60/24=2{,}5$ g/cm³ atau 2.500 kg/m³. Pemeriksaan: $2{,}5\times24=60$ g. Menggunakan 74 mL sebagai volume batu akan keliru karena bacaan tersebut mencakup air semula. Hasil ini masuk akal untuk benda yang lebih rapat daripada air, tetapi identitas batu belum bisa ditentukan hanya dari satu angka.

Kekeliruan umum

Massa besar tidak otomatis berarti massa jenis besar: benda besar dari bahan ringan dapat memiliki massa lebih besar daripada benda kecil dari bahan rapat. Tenggelam juga bukan hanya soal “berat”; untuk benda sederhana dalam fluida, perbandingan massa jenis rata-rata membantu, sementara bentuk berongga dan tegangan permukaan dapat memerlukan penjelasan tambahan.

Ringkasan dan cek mandiri

Tentukan volume yang benar dan tulis satuan sebelum membagi. Untuk sampel 90 g dengan volume 30 cm³, massa jenisnya 3 g/cm³. Jika volumenya menjadi 60 cm³ dengan bahan dan kondisi sama, massanya 180 g. Jelaskan mengapa massa jenisnya tetap sebelum mengerjakan kuis.

Sumber belajar

• OpenStax College Physics 2e — Density

Penjelasan dan contoh disusun ulang untuk materi ini; sumber dapat dibuka untuk belajar lebih lanjut.