Massa adalah properti dari tubuh fisik dan ukuran ketahanannya terhadap percepatan (perubahan dalam keadaan gerak) ketika gaya total diterapkan. Ini juga menentukan kekuatan tarik gravitasi bersama ke tubuh lain. Satuan massa SI dasar adalah kilogram (kg). Dalam fisika, massa tidak sama dengan berat, meskipun massa sering ditentukan dengan mengukur berat objek menggunakan skala pegas, daripada skala keseimbangan membandingkannya secara langsung dengan massa yang diketahui.
Sebuah benda di Bulan akan berbobot lebih sedikit daripada yang ada di Bumi karena gravitasi yang lebih rendah, tetapi itu akan tetap memiliki massa yang sama. Ini karena berat adalah gaya, sementara massa adalah properti yang (bersama dengan gravitasi) menentukan kekuatan gaya ini.
Dalam fisika Newton, massa dapat digeneralisasikan sebagai jumlah materi dalam suatu objek. Namun, pada kecepatan yang sangat tinggi, relativitas khusus menyatakan bahwa energi kinetik geraknya menjadi sumber tambahan massa yang signifikan. Dengan demikian, setiap badan stasioner yang memiliki massa memiliki jumlah energi yang sama, dan semua bentuk energi menahan akselerasi oleh suatu gaya dan memiliki daya tarik gravitasi. Dalam fisika modern, materi bukanlah konsep yang fundamental karena definisinya telah terbukti sulit dipahami.
Definisi massa
Dalam ilmu fisik, seseorang dapat membedakan secara konseptual antara setidaknya tujuh aspek massa yang berbeda, atau tujuh gagasan fisik yang melibatkan konsep massa. Setiap percobaan sampai saat ini telah menunjukkan tujuh nilai ini menjadi proporsional, dan dalam beberapa kasus sama, dan proporsionalitas ini memunculkan konsep massa abstrak. Ada sejumlah cara massa dapat diukur atau didefinisikan secara operasional:
Massa inersia
Adalah ukuran resistensi objek terhadap percepatan ketika sebuah gaya diterapkan. Ini ditentukan dengan menerapkan gaya ke objek dan mengukur percepatan yang dihasilkan dari kekuatan itu. Suatu benda dengan massa inersia kecil akan mempercepat lebih dari satu objek dengan massa inersia besar ketika ditindaklanjuti oleh kekuatan yang sama. Satu kata tubuh massa yang lebih besar memiliki inersia yang lebih besar.
Massa gravitasi aktif
Adalah ukuran kekuatan fluks gravitasi suatu objek (fluks gravitasi sama dengan integral permukaan medan gravitasi di atas permukaan melampirkan). Medan gravitasi dapat diukur dengan membiarkan “benda uji” kecil jatuh bebas dan mengukur akselerasi jatuh bebas. Misalnya, objek jatuh bebas di dekat Bulan tunduk pada medan gravitasi yang lebih kecil, dan karenanya berakselerasi lebih lambat, daripada objek yang sama jika jatuh bebas di dekat Bumi. Medan gravitasi dekat Bulan lebih lemah karena Bulan memiliki massa gravitasi yang kurang aktif.
Massa gravitasi pasif
Adalah ukuran kekuatan interaksi objek dengan medan gravitasi. Massa gravitasi pasif ditentukan dengan membagi berat benda dengan akselerasi jatuh bebas. Dua benda dalam medan gravitasi yang sama akan mengalami akselerasi yang sama; Namun, objek dengan massa gravitasi pasif yang lebih kecil akan mengalami gaya yang lebih kecil (berat kurang) dari objek dengan massa gravitasi pasif yang lebih besar.
Energi juga memiliki massa sesuai dengan prinsip kesetaraan massa-energi.
Kesetaraan ini dicontohkan dalam sejumlah besar proses fisik termasuk produksi pasangan, fusi nuklir, dan lentur gravitasi cahaya. Memasangkan produksi dan fusi nuklir adalah proses di mana jumlah massa yang dapat diukur diubah menjadi energi, atau sebaliknya. Dalam lentur gravitasi cahaya, foton energi murni ditunjukkan untuk menunjukkan perilaku yang mirip dengan massa gravitasi pasif.
Lekukan ruang waktu adalah manifestasi relativistik dari keberadaan massa.
Kelengkungan seperti itu sangat lemah dan sulit diukur. Untuk alasan ini, kelengkungan tidak ditemukan sampai setelah diprediksi oleh teori relativitas umum Einstein. Jam atom yang sangat tepat di permukaan Bumi, misalnya, ditemukan untuk mengukur lebih sedikit waktu (berjalan lebih lambat) bila dibandingkan dengan jam yang serupa di ruang angkasa. Perbedaan waktu yang berlalu ini adalah bentuk kelengkungan yang disebut pelebaran waktu gravitasi. Bentuk kelengkungan lain telah diukur menggunakan satelit Gravity Probe B.
Massa kuantum
Massa kuantum memanifestasikan dirinya sebagai perbedaan antara frekuensi kuantum objek dan nomor ombaknya. Massa kuantum elektron, panjang gelombang Compton, dapat ditentukan melalui berbagai bentuk spektroskopi dan terkait erat dengan konstanta Rydberg, radius Bohr, dan jari-jari elektron klasik. Massa kuantum benda-benda yang lebih besar dapat diukur secara langsung menggunakan keseimbangan Watt. Dalam mekanika kuantum relativistik, massa adalah salah satu label representasi kelompok Poincaré yang tidak dapat diperkecil.
Berat vs massa
Dalam penggunaan sehari-hari, massa dan “berat” sering digunakan secara bergantian. Misalnya, berat badan seseorang dapat dinyatakan sebagai 75 kg. Dalam medan gravitasi konstan, bobot suatu benda sebanding dengan massanya, dan tidak bermasalah untuk menggunakan unit yang sama untuk kedua konsep tersebut. Tetapi karena sedikit perbedaan dalam kekuatan medan gravitasi Bumi di tempat yang berbeda, perbedaan menjadi penting untuk pengukuran dengan presisi yang lebih baik daripada beberapa persen, dan untuk tempat yang jauh dari permukaan Bumi, seperti di ruang angkasa atau di lain planet-planet.
Secara konseptual, “massa” (diukur dalam kilogram) mengacu pada properti intrinsik suatu objek, sedangkan “berat” (diukur dalam newton) mengukur resistensi suatu objek untuk menyimpang dari jalur jatuh bebas alami, yang dapat dipengaruhi oleh gravitasi di dekatnya. bidang. Tidak peduli seberapa kuat medan gravitasi, benda jatuh bebas tidak memiliki bobot, meskipun mereka masih memiliki massa.
Gaya yang dikenal sebagai “berat” adalah sebanding dengan massa dan percepatan dalam semua situasi di mana massa dipercepat jauh dari jatuh bebas. Sebagai contoh, ketika tubuh beristirahat di medan gravitasi (bukan di terjun bebas), ia harus dipercepat oleh kekuatan dari skala atau permukaan tubuh planet seperti Bumi atau Bulan. Gaya ini membuat objek tidak jatuh bebas. Berat adalah kekuatan yang berlawanan dalam keadaan seperti itu, dan dengan demikian ditentukan oleh percepatan jatuh bebas.
Di permukaan Bumi, misalnya, objek dengan massa 50 kilogram berbobot 491 newton, yang artinya 491 newton sedang diterapkan untuk menjaga agar objek tidak jatuh bebas. Sebaliknya, di permukaan Bulan, objek yang sama masih memiliki massa 50 kilogram tetapi beratnya hanya 81,5 newton, karena hanya 81,5 newton yang diperlukan untuk menjaga agar objek ini tidak jatuh bebas di bulan. Disajikan dalam istilah matematika, di permukaan Bumi, bobot W suatu benda terkait dengan massanya m oleh W = mg, di mana g = 9.80665 m / s2 adalah akselerasi karena medan gravitasi Bumi, (dinyatakan sebagai akselerasi). dialami oleh objek yang jatuh bebas).
Untuk situasi lain, seperti ketika objek dikenakan akselerasi mekanik dari kekuatan selain dari resistensi permukaan planet, gaya berat sebanding dengan massa objek dikalikan dengan percepatan total menjauh dari jatuh bebas, yang disebut percepatan. Melalui mekanisme seperti itu, benda-benda di lift, kendaraan, sentrifugal, dan sejenisnya, mungkin mengalami gaya berat berkali-kali yang disebabkan oleh resistensi terhadap efek gravitasi pada objek, yang dihasilkan dari permukaan planet. Dalam kasus seperti itu, persamaan umum untuk berat W dari suatu objek terkait dengan massa m dengan persamaan W = -ma, di mana a adalah percepatan yang tepat dari objek yang disebabkan oleh semua pengaruh selain gravitasi. (Sekali lagi, jika gravitasi adalah satu-satunya pengaruh, seperti yang terjadi ketika suatu benda jatuh bebas, bobotnya akan menjadi nol).