Pengertian, Contoh Soal, Rumus, Satuan dan Penerapan

Membawa 1 kg benang nilon akan terasa lebih ringan dibandingkan membawa 1 kg beras. Mengapa hal tersebut bisa terjadi, padahal keduanya memiliki bentuk yang sama dan massa 1 kg?? Peristiwa ini terjadi karena adanya perbedaan massa jenis antara satu zat dengan zat lainnya, padahal zat tersebut sama. Yuk simak ulasan di bawah ini untuk lebih jelasnya.

Definisi kepadatan

Kepadatan adalah pengukuran massa per satuan volume suatu benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, semakin besar massa tiap volumenya. Kepadatan rata-rata setiap benda adalah massa total dibagi volume total.

Massa jenis suatu zat disebut massa jenis, yang dilambangkan dengan ρ (rho), yang merupakan hasil bagi massa suatu zat dengan volumenya. Ini sesuai dengan sifat utama suatu zat, yaitu massa dan volume.

Baca juga: Gelombang Suara: Properti, Properti, Sumber, Contoh, Teori, Frekuensi

Keadaan benda di dalam air berdasarkan besarnya massa jenis benda :

1. Ayunan

Agar dapat mengapung, suatu benda di dalam air harus memiliki massa jenis yang lebih kecil dari massa jenis air. Suatu benda dikatakan terapung jika sebagian atau seluruh bagiannya berada di atas permukaan zat cair. Ketika sebuah benda ditempatkan dalam cairan, ia akan bergerak ke atas, sehingga gaya ke atas (Fa) lebih besar dari berat (w).

2. Berkendara

Agar dapat mengapung, suatu benda di dalam air harus memiliki massa jenis yang sama dengan massa jenis air. Suatu benda dikatakan terapung jika semua bagiannya berada di dalam zat cair. Ketika sebuah benda ditempatkan dalam cairan, ia tidak akan bergerak ke atas atau ke bawah (mengambang), sehingga gaya ke atas (Fa) sama dengan berat (w).

3. Tenggelam

Untuk tenggelam, suatu benda di dalam air harus memiliki kerapatan lebih besar daripada kerapatan air, sehingga benda tersebut akan mengalami gaya total ke bawah yang tidak sama dengan nol. Benda tenggelam dikatakan sebagai benda yang berada di dasar wadah atau tempat cairan. Ketika suatu benda diletakkan di dalam zat cair, benda tersebut akan bergerak ke bawah hingga menyentuh dasar wadah zat cair dan tetap berada di bawah, sehingga gaya ke atas (Fa) lebih kecil dari beratnya.

Massa jenis air adalah 1,00 g/ml pada suhu 4^OhC. Sistem perhitungan kerapatan larutan didasarkan pada nilai ini. Untuk menghitung nilai massa jenis suatu larutan, biasanya larutan tersebut dibandingkan dengan air. Hal ini mempermudah untuk melihat apakah suatu larutan akan bercampur atau tidak, karena dua larutan dengan kerapatan yang sangat berbeda biasanya tidak dapat bercampur (Tipler, 1998).

Ada pengecualian, di mana larutan ionik seperti larutan garam akan larut dalam air karena keduanya bersifat polar. Minyak non-polar tidak dapat larut dalam air, meskipun kerapatannya tidak jauh berbeda. Keduanya gagal bercampur lebih banyak karena sifatnya, daripada kerapatannya. Misalnya, massa jenis merkuri (13,5 g/ml) dan air (1,0 g/ml) relatif berbeda. Perbedaan kepadatan relatif ini (kadang-kadang disebut berat jenis) menyebabkan merkuri tenggelam ke dasar wadah berisi air. Kepadatan relatif (berat jenis) adalah rasio kepadatan sampel hingga 20^OhC dibagi dengan massa jenis air pada 4^OhC (Tipler, 1998).

Massa jenis yang merupakan perbandingan antara massa dengan volume merupakan sifat intensif. Sifat intensif umumnya dipilih oleh para ilmuwan untuk karya ilmiah karena tidak bergantung pada jumlah materi yang dipelajari. Karena volume berubah dengan temperatur sementara massa tetap konstan, densitas merupakan fungsi dari temperatur (Petrucci, 1999).

Berat jenis suatu zat didefinisikan sebagai perbandingan antara berat suatu zat dengan volume air yang sama yang ditimbang di udara pada suhu yang sama. Kecuali dinyatakan lain dalam masing-masing monografi, penentuan berat jenis hanya digunakan untuk zat cair, berdasarkan perbandingan berat zat di udara pada suhu 25^OhC dengan berat air dengan volume dan suhu yang sama.

Jika suhu ditentukan dalam monografi, berat jenis adalah rasio berat zat di udara pada suhu tertentu terhadap berat air dengan volume dan suhu yang sama. Saat tanggal 25^OhC padat, tentukan berat jenis pada suhu yang dinyatakan dalam setiap monografi, dan mengacu pada air yang tetap pada suhu 25.^OhC (Petrucci, 1999).

Baca juga: Gelombang Elektromagnetik: Pengertian, Sifat, Jenis, Rumus beserta contoh soal lengkap

Formula kepadatan

Anda dapat melihat bahwa massa jenis suatu benda bisa berbeda meskipun bahan penyusunnya berukuran sama. Ini karena kerapatan tergantung pada jumlah massa dan volume.

Secara matematis, massa jenis suatu zat dapat ditentukan dengan persamaan berikut.

P = m/v

Informasi:

ρ = densitas (kg m-3)
m = massa zat (kg)
V = volume debu (m3)

Satuan Kepadatan

Satuan massa jenis juga dapat dinyatakan dalam g cm-3. Apakah Anda tahu cara mengubah satuan dari kg m-3 menjadi g cm-3 ?? Perhatikan uraian berikut.

Itu:

1 kg m-3 = 0,001 g cm-3 atau 1 g cm-3 = 1.000 kg m-3

Perhatikan tabel massa jenis beberapa zat berikut.

Pengukuran volume terkadang kurang akurat dibandingkan dengan pengukuran massa. Untuk alasan ini, hanya pengukuran massa yang dilakukan saat menentukan kerapatan.

Inilah yang mendasari penggunaan kerapatan relatif. Kerapatan relatif didefinisikan sebagai perbandingan kerapatan bahan dengan kerapatan air. Kepadatan air dikenal sebagai 1 g cm-3 atau 1.000 kg m-3.

Contoh masalah kerapatan

Contoh Soal 1:

Sebuah balok tembaga memiliki panjang 8 cm, lebar 5 cm, dan tinggi 2,5 cm. Jika massa jenis balok tembaga diketahui 8.400 kg/m3, berapakah massa balok tersebut?

Diskusi

Dikenal:
balok tembaga
p = 8 cm = 0,08 m
l = 5 cm = 0,05 m
t = 2,5 cm = 0,025 m
ρ = 8.400 kg/m3

diminta: m = …?

Menjawab: V = pxlxt

V = 0,08mx 0,05mx 0,025m
= 0,0001 m3
m = ρ x V
= (8,400 kg/m3) (0,0001 m3)
= 0,84 kg

Karena itu, massa balok kuningan adalah 0,84 kg.

Baca juga: Definisi impedansi lengkap

Contoh Soal 2:

Massa sebuah aluminium adalah 25 kg. Hitung volume aluminium tersebut dalam satuan SI! (massa jenis aluminium adalah 2,5 g/m³)

Penyelesaian

Dikenal:

m = 25 kg; ρ = 2,5 g/cm³ = 2.500 kg/m³

Ditanya : Q…..?

Menjawab:

V=m/ρ
= 25 kg/2.500 kg/m³
= 0,01m³

Volume aluminium dalam satuan SI adalah 0,01 m³

Kepadatan relatif

Pengukuran volume seringkali kurang akurat dalam pengukuran massa. Akibatnya, muncul ide untuk mengukur massa saja dalam menilai kepadatan. Ini akhirnya dikenal sebagai kerapatan relatif. Kerapatan relatif suatu bahan didefinisikan sebagai perbandingan kerapatan bahan tersebut dengan kerapatan air. Massa jenis air dipilih sebagai nilai pembanding karena nilainya mudah diingat, yaitu: 1 g/cm³ atau 1.000 kg/m³.

Massa jenis relatif = massa jenis material: massa jenis air

Jika volume bahan dan air sama, persamaannya menjadi:

Kerapatan relatif = massa bahan: massa air dengan volume yang sama

Contoh masalah:

Massa botol yang digunakan untuk menentukan kerapatan relatif cairan adalah 70 g saat kosong. Massa botol yang diisi air adalah 90 g dan massa botol ketika diisi cairan adalah 94 g. Massa botol yang digunakan untuk menentukan kerapatan relatif cairan adalah 70 g saat kosong. Massa botol yang diisi air adalah 90 g dan massa botol ketika diisi cairan adalah 94 g.

1. Berapakah massa relatif zat cair tersebut?
2. Berapa massa jenis cairan?

Penyelesaian:

• Tentukan kerapatan relatif

Massa botol kosong = 70 g
Massa botol berisi cairan = 94 g
Massa zat cair = 90-70 = 24 g
Massa botol berisi air = 90 g
Volume massa air yang sama = 90-70 = 20 g

Kerapatan relatif = massa cairan: massa air dalam volume yang sama = 24:20 = 1,2

Kerapatan relatif cairan itu adalah 1,2.

• Tentukan kerapatan suatu zat dari rumus massa relatif

Massa jenis relatif = massa cairan: massa jenis air
Massa jenis cairan = massa jenis relatif x massa jenis air
= 1,2 x 1.000 kg/m³
= 1.200 kg/m³

Massa jenis zat cair tersebut adalah 1.200 kg/m³.

Baca juga: Definisi Gaya Gerak Listrik

Penerapan kepadatan dalam kehidupan

1. Perahu pinisi peninggalan leluhur Bugis Anda terbuat dari kayu, bukan besi. Perahu kayu dapat mengapung di air karena massa jenis kayu lebih kecil dari massa jenis air laut. Perahu pinisi peninggalan leluhur Bugis Anda terbuat dari kayu, bukan besi. Perahu kayu dapat mengapung di air karena massa jenis kayu lebih kecil dari massa jenis air laut.
2. Aluminium digunakan sebagai bahan logam dalam pesawat terbang karena massa dan kekuatannya yang ringan.
3. Helium adalah gas mulia dengan kerapatan rendah yang digunakan untuk mengisi balon udara agar terjadi gaya ringan pada balon tersebut sehingga dapat terbang di udara.
4. Ahli geologi mengukur kepadatan batuan untuk mengidentifikasi asal mereka.
5. Polystyrene digunakan sebagai bahan pelindung kotak makanan atau kardus karena memiliki densitas yang rendah.
6. Mekanik mobil mengukur massa jenis asam aki mobil (aki) untuk mengetahui apakah daya aki sudah berkurang atau belum.