Kerapatan Zat
Apabila ada batu bata yang jatuh mengenai kaki
kalian pasti terasa sakit, namun bila air, dalam
volume yang sama dengan batu bata, yang tumpah
mengenai kakimu, mengapa tidak sakit? Coba
pikirkan alasannya, lalu diskusikan dengan teman
sekelompok kalian.
Untuk menjawab pertanyaan di atas, kalian bisa
menghubungkan kembali dengan keadaan partikelpartikel dalam zat padat dan zat cair. Perhatikanlah
Gambar 2.22 berikut ini
Pada volume yang sama (besar kotak sama),
maka jika kalian menghitung jumlah partikel, akan
ada lebih banyak partikel zat padat dibandingkan
partikel zat cair dalam volume yang sama. Kenapa
bisa lebih banyak? Karena partikel pada zat padat
lebih rapat dibandingkan dengan zat cair.
Apakah alasan kalian pada saat kegiatan
apersepsi benar? Selamat kalian telah menerapkan
pemahaman dengan sangat baik. Apabila alasan
kalian masih salah, jangan berkecil hati karena ini
bagian dari proses belajar. Kita bisa belajar dari
kesalahan kita.
Secara konsep IPA, konsep yang membedakan
keadaaan partikel-partikel dalam hal kerapatannya
dalam suatu materi disebut sebagai kerapatan atau
massa jenis. Massa jenis adalah pengukuran massa
setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa
jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa
setiap volumenya.
Walaupun emas dan es sama-sama zat padat,
namun ternyata keduanya memiliki kerapatan partikel
yang berbeda. Bahkan massa jenis setiap materi
berbeda-beda, yang dapat dijadikan sebagai penanda
suatu zat. Massa jenis suatu zat yang sama tetap
sama, walaupun ukurannya berbeda.
Menentukan Massa Jenis Suatu Benda
Perhatikanlah Gambar 2.23 di bawah ini untuk membandingkan massa dari empat materi yang volume
yang sama.
Dari gambar di atas, kalian pasti sudah mengetahui
mana materi yang paling rapat atau dengan kata lain,
yang massa jenisnya paling tinggi, kan?
Sekarang bandingkanlah 1 kg besi dengan 1 kg
kapas, manakah yang lebih berat? Banyak orang yang
terkecoh dengan pertanyaan ini dan akan langsung
menjawab besi, padahal jika diperhatikan dengan
teliti, besi dan kapas sama-sama 1 kg. Hanya saja akan
dibutuhkan banyak sekali kapas agar dapat mencapai
massa 1 kg, sementara besi hanya dibutuhkan sedikit,
berarti ada perbedaan volume.
Massa jenis termasuk besaran turunan. Masih
ingatkah kalian apa yang dimaksud dengan besaran
turunan? Kita telah mempelajarinya pada bab
sebelumnya. Seperti terlihat pada paragraf
sebelumnya, massa jenis suatu benda bergantung
pada massa dan volume benda. Dari Gambar 2.22
kalian sudah mengetahui bahwa pada volume yang
sama, kerapatan ditentukan oleh massa suatu benda.
Dengan kata lain, massa jenis adalah massa dari
suatu materi yang volumenya 1 cm3
. Namun tidak
semua benda memiliki volume 1 cm3
sehingga
massa jenis dapat dinyatakan sebagai perbandingan
antara massa dan volume atau dirumuskan:
\rho=\frac{m}{V}dimana ρ (dibaca ‘rho’ dari Bahasa Yunani) adalah
simbol untuk massa jenis, m adalah massa, dan V ialah
volume. Satuan dari massa jenis dapat dinyatakan
dalam kg/m3
atau g/cm3
. Berikut ini adalah contoh
soal untuk menentukan massa jenis suatu benda.
Dalam melakukan praktik menentukan massa
jenis di laboratorium, massa benda selalu dapat
diperoleh dengan menggunakan timbangan. Adapun
volume benda dapat ditentukan dengan menggunakan
rumus volume yang telah kalian pelajari pada pelajaran
Matematika. Akan tetapi bagaimana mengukur
volume benda-benda yang tidak beraturan, seperti
batu, kayu atau bongkahan logam? Nah ada seorang
ilmuwan yang sangat berjasa dalam menentukan
volume benda tidak beraturan ini. Tahulah kalian
cerita tentang Archimedes? Dialah penemu konsep
massa jenis ini. Simaklah serunya penemuannya
dalam cerita berikut.
Pada tahun 250 sebelum Masehi di kota Syracuse diperintahkan
oleh seorang raja yang bernama Hiero. Raja Hiero ingin membuat suatu
mahkota emas untuk dirinya. Ia sendiri yang menimbang emas murni lalu
memerintahkan seorang pandai besi untuk membuatkannya mahkota yang
hanya terbuat dari emas itu. Pandai besi membuat mahkota yang sangat
indah dan raja Hiero mengenakan dengan penuh kepuasan. Namun ada
beberapa orang di sekitar raja yang mengatakan bahwa pandai besi itu
sering bersikap curang sehingga perlu dicek lagi kandungan mahkota raja
tersebut apakah seluruhnya mengandung emas murni.
Raja Hiero pun memanggil seorang ahli Matematika yang jenius
bernama Archimedes untuk menyelidiki kandungan mahkotanya. Archimedes menyanggupi permintaan raja Hiero walaupun sangat sulit.
Berhari-hari ia memikirkan cara menyelidiki hal ini. Pada suatu saat, ketika
mandi Archimedes mencelupkan dirinya ke bak yang penuh berisi air. Dia
menyadari ada air yang tumpah keluar saat ia mencelupkan diri ke bak itu.
Ia pun menemukan bahwa jumlah air yang tumpah sama dengan volume
tubuhnya yang masuk dalam air. Maka ia telah menemukan cara untuk
menyelesaikan tugas dari raja. Karena sangat senang, ia pun keluar dari
pemandian dan berteriak dalam bahasa Yunanu, “EUREKA! EUREKA!.
Kata yang terkenal ini artinya adalah “saya telah menemukannya”.
Archimedes menggunakan cara yang sederhana. Ia mengisi suatu
wadah dengan air sampai penuh. Setelah tidak ada air lagi yang tumpah,
ia memasukkan emas murni yang beratnya sama dengan mahkota raja
ke dalam air. Air yang tumpah ia ukur volumenya. Lalu ia melakukan hal
yang sama dengan menggunakan mahkota raja. Volume air yang keluar ia
bandingkan. Apabila mahkota raja mengandung emas murni maka volume
ini mestinya sama. Jika tidak sama berarti ada mahkota raja tidak hanya
terbuat dari emas saja. Menurut kamu bagaimana akhir cerita ini? Coba cari
informasinya dari internet atau buku mengenai penemuan Archimedes.
Yang pasti sampai saat ini prinsip Archimedes terus digunakan dalam
kehidupan sehari-hari dan pengembangan ilmu pengetahuan.
Archimedes mengidentifikasi masalah, kemudian ia membuat
hipotesis berdasarkan pengamatan ketika mandi. Ia lalu menguji hipotesis
dengan bereksperimen. Archimedes telah menggunakan metode
ilmiah untuk menyelesaikan masalah mahkota raja. Archimedes juga
menggunakan pengetahuannya untuk menyelesaikan masalah tersebut.
Inilah inti dari semua ilmu Sains. Kalian juga bisa menjadi ilmuwan seperti
Archimedes.
Contoh pengukuran volume benda tidak beraturan
dapat terlihat pada Gambar 2.24 berikut, yaitu
dengan menggunakan gelas berpancur (Gambar
2.24a) atau langsung menggunakan gelas ukur
(Gambar 2.24b).
Apabila menggunakan gelas berpancur, maka
volume air yang keluar setelah benda dimasukkan
ditampung dalam gelas ukur sehingga dapat diukur
volume secara langsung. Adapun bila menggunakan
gelas ukur, maka volume benda dapat diperoleh
dengan mengurangkan volume air dan benda
terhadap volume air (tanpa benda).
Mengapung dan Tenggelam
Apabila kalian memasukkan batu ke dalam air
pasti akan tenggelam kan? Bagaimana dengan
kayu? Apakah pasti mengapung? Walaupun pada
umumnya demikian, namun ternyata tidak semua
batu akan tenggelam dalam air, demikian juga tidak
semua jenis kayu akan mengapung dalam air. Benda
yang memiliki massa jenis kurang dari massa jenis
cairan di sekelilingnya akan mengapung, sebaliknya
apabila benda tersebut massa jenisnya lebih tinggi
dari mediumnya, maka benda akan tenggelam.
Dengan kata lain:
Perhatikan Gambar 2.26 tentang
seseorang yang sedang berada di dalam
Laut Mati. Ia tidak perlu berusaha
untuk berenang karena tubuh kita
akan mengapung ketika kita berada di
Laut Mati. Kalian bisa lihat orang itu
bahkan sedang santai membaca sambil
mengapung. Mengapa bisa demikian?
Simaklah Fakta Sains berikut ini.
Perbedaan kerapatan atau massa jenis tidak
hanya terjadi pada padatan yang dicelupkan ke
dalam cairan, namun dapat juga terjadi pada dua
atau beberapa jenis cairan, bahkan juga pada gas.
Bandingkan cairan-cairan pada Gambar 2.27 dari
segi kerapatannya. Ingatlah perbandingan massa
jenis menentukan posisi cairan sama seperti padatan.
Cairan yang partikel-partikelnya paling rapat
akan berada pada lapisan paling bawah dan cairan
yang paling renggang partikelnya, berada pada
lapisan paling atas. Jika demikian coba kalian
urutkanlah cairan dari yang paling rapat ke yang
paling renggang sesuai Gambar 2.27.
Balon helium bisa terbang lebih tinggi dan lebih
lama berada di udara karena partikel-partikel dalam
gas helium kurang rapat dibandingkan partikel-partikel
udara. Lama kelamaan gas helium akan menguap ke
udara dan digantikan oleh gas sehingga balon akan
jatuh. Pada Bab III nanti kalian akan mengenal lebih
jauh tentang balon udara dan cara kerjanya.
Lakukanlah percobaan-percobaan di bawah ini
untuk menentukan kerapatan berbagai benda dan cairan
di dalam kelompok sesuai petunjuk dari guru kalian.
