Hukum Archimedes

21 September 2018 14:44:03 Dibaca : 102 Kategori : laporan fisdas 1

Dandi Saputra Halidi

 

LAPORAN
PERCOBAAN PRAKTIKUM 7 (PF 7) HUKUM ARCHIMEDES

 


JUDUL


GAYA TERAPUNG, TENGGELAM, DAN MELAYANG YANG DIALAMI SEBUAH BENDA

 


RUMUSAN MASALAH


Bagaimana pengukuran besaran-besaran fisika?
Bangaimana kerapatan zat cair?
Bagaimana hasil percobaan?

 

 

TUJUAN
Aagar mahasiswa dapat mengukur besaran-besaran fisika.
Agar mahasiswa dapat menentukan kerapatan zat cair.
Agar mahasiswa dapat membuat hasil akhir.

 

 

DASAR TEORI


Kita pernah mengamati bahwa sebuah benda yang diletakkan di dalam air terasa lebih ringan dibandingkan dengan beratnya ketika di udara. Jika benda dicelupkan kedalam zat cair, sesungguhnya berat benda itu tidak berkurang. Gaya tarik bumi kepada benda itu besarnya tetap. Akan tetapi zat cair mengadakan gaya yang arahnya ke atas kepada setiap benda yang tercelup di dalamnya. Ini menyebabkan berat benda seakan-akan berkurang.
Menghitung gaya ke atas di dalam zat cair sesungguhnya dapat kita lakukan dengan menggunakan pengetahuan kita tentang tekanan di dalam zat cair. Sebuah benda bisa saja tercelup seluruhnya, atau hanya sebagian. Kenyataan ini pertama kali ditemukan oleh seorang ilmuwan Yunani yang bernama Archimedes sehingga dikenal sebagai Hukum Archimedes.
Hukum Archimedes adalah sebuah hokum mrngenai pengapungan diatas benda cair. Pada sebuah peristiwa Archimedes menemukan hukum yang disebut dengan hokum Archimedes yang berbunyi “Apabila sebuah benda,sebagian atau seluruhnya terbenam kedalam air, maka benda tersebut akan mendapatkan gaya tekan yang mengarah keatas yang besarnya sama dengan berat air yang dipindahkan oleh bagian benda yang terbenam”. Misalnya air dengan volume tertentu, apabila benda dimasukkan kedalam air tersebut, maka permukaan air akan tersedak atau naik. Hal ini karena adanya keatas yang sering disebut gaya archimedes.
Gaya apung adalah selisih antara berat benda di udara dengan berat benda dalam zat cair.
Fa = Mf x g
Fa = pf x Vbf x g
Keterangan:
Fa = gaya apung
Mf = massa zat cair yang dipindahkan oleh benda
g = grafitasi bumi
pf = massa zat cair
Vbf = volume benda yang tenggelam dalam air

Terapung, Tenggelam dan Melayang
Ada tiga keadaan benda yang tercelup dalam fluida, yaitu terapung, tenggelam, dan melayang. Berdasarkan hukum I Newton dan hukum Archimedes kita bisa menentukan syarat sebuah benda untuk terapung, tenggelam, atau melayang dalam suatu fluida.

Terapung
Massa jenis benda harus lebih kecil daripada massa jenis fluida.
pb, rata-rata = pf
w = Fa
Keterangan :
pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida
w = berat benda
Fa = gaya apung

Tenggelam
Massa jenis benda harus lebih besar daripada massa jenis fluida.
pb, rata-rata > pf
w > Fa
Keterangan :
pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida
w = berat benda
Fa = gaya apung
Melayang
Massa jenis benda harus sama dengan massa jenis fluida.
pb, rata-rata < pf
w < Fa
Keterangan :
pb = massa jenis benda
pf = massa jenis fluida
w = berat benda
Fa = gaya apung

Besarnya gaya apung ini bergantung pada banyaknya air yang didesak oleh benda tersebut. Semakin besar air yang didesak maka semakin besar pula gaya apungnya. Hasil penemuannya dikenal dengan Hukum Archimedes yang menyatakan bahwa apabila suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair, baik sebagian atau seluruhnya, benda akan mendapat gaya apung (gaya ke atas) yang besarnya sama dengan berat zat cair yang didesaknya (dipindahkan) oleh benda tersebut. Secara sistematis dapat di tulis :
FA = ρ.g.V
Keterangan :
FA = Tekanan Archimedes = N/M2
ρ = Massa Jenis Zat Cair = Kg/M3
g = Gravitasi = N/Kg
V = Volume Benda Tercelup = M3

Prinsip Archimedes
Ketika kita menimbang batu didalam air, berat batu yang terukur pada timbangan pegas menjadi lebih kecil dibanding dengan ketika kita menimbang batu tidak dalam air. Hal ini karena adanya gaya apung yang menekan batu ke atas. Contoh mudah akan dirasakan ketika kita menggakat benda apapun dalam air. Batu atau benda apapun akan terasa lebih ringan jika diangkat dalam air. Hal ini bukan berarti bahwa sebagian batu atau benda yang diangkat hilang sehingga berat menjadi lebih ringan tetapi karna adanya gaya apung. Arah gaya apung ke atas yaitu searah dengan gaya angkat yang kita berikan pada benda tersebut sehingga benda apapun yang di angkat didalam air terasa lebih ringan.

Penerapan Hukum Archimedes
Faktanya banyak ilmuwan yang terinspirasi oleh hukum Arcimedes dan mengaplikasikannya dalam kehidupan sehari-hari. Contoh penerapan dan aplikasi hukum Archimedes sangat banyak dan beragam. Bukan hanya yang berhubungan dengan udara. Berikut contoh penerapan hukum Archimedes dalam kehidupan :

Hidrometer
Hidrometer merupakan alat untuk mengukur berat jenis atau massa jeniszat cair. Jika hidrometer dicelupkan ke dalam zat cair, sebagian alat tersebut akan tenggelam. Makin besar massa jenis zat cair, Makin sedikit bagian hidrometer yang tenggelam. Hidrometer banyak digunakan untuk mengetahui besar kandungan air pada bir atau susu. Hidrometer terbuat dari tabung kaca. Supaya tabung kaca terapung tegak dalam zat cair, bagian bawah tabung dibebani dengan butiran timbal. Diameter bagian bawah tabung kaca dibuat lebih besar supaya volume zat cair yang dipindahkan hidrometer lebih besar. Dengan demikian, dihasilkan gaya ke atas yang lebih besar dan hidrometer dapat mengapung di dalam zat cair. Tangkai tabung kaca hidrometer didesain supaya perubahan kecil dalam berat benda yang dipindahkan (sama artinya dengan perubahan kecil dalam
massa jenis zat cair) menghasilkan perubahan besar pada kedalaman tangki
yang tercelup di dalam zat cair. Artinya perbedaan bacaan pada skala untuk
berbagai jenis zat cair menjadi lebih jelas.

Jembatan Ponton
Jembatan ponton adalah kumpulan drum-drum kosong yang berjajar sehingga menyerupai jembatan. Jembatan ponton merupakan jembatan yang dibuat berdasarkan prinsip benda terapung. Drumdrum tersebut harus tertutup rapat sehingga tidak ada air yang masuk ke dalamnya. Jembatan ponton digunakan untuk keperluan darurat. Apabila air pasang, jembatan naik. Jika air surut, maka jembatan turun. Jadi, tinggi rendahnya jembatan ponton mengikuti pasang surutnya air.

Kapal Laut
Pada saat kalian meletakkan sepotong besi pada bejana berisi air, besi
akan tenggelam. Namun, mengapa kapal laut yang massanya sangat besar
tidak tenggelam? Bagaimana konsep fisika dapat menjelaskannya? Agar
kapal laut tidak tenggelam badan kapal harus dibuat berongga. hal ini
brtujuan agar volume air laut yang dipindahkan oleh badan kapal menjadi lebih besar. Berdasarkan persamaan besarnya gaya apung sebanding dengan volume zat cair yang dipindahkan, sehingg gaya apungnya menjadi sangat besar. Gaya apung inilah yang mampu melawan berat kapal, sehingga kapal tetap dapat mengapung di permukaan laut.

Kapal Selam dan Galangan Kapal
Pada dasarnya prinsip kerja kapal selam dan galangan kapal sama. Jika kapal akan menyelam, maka air laut dimasukkan ke dalam ruang cadangan sehingga berat kapal bertambah. Pengaturan banyak sedikitnya air laut yang dimasukkan, menyebabkan kapal selam dapat menyelam pada kedalaman yang dikehendaki. Jika akan mengapung, maka air laut dikeluarkan dari ruang cadangan. Berdasarkan konsep tekanan hidrostastis, kapal selam mempunyai batasan tertentu dalam menyelam. Jika kapal menyelam terlalu dalam, maka kapal bisa hancur karena tekanan hidrostatisnya terlalu besar. Untuk memperbaiki kerusakan kapal bagian bawah, digunakan galangan kapal. Jika kapal akan diperbaiki, galangan kapal ditenggelamkan dan kapal dimasukkan. Setelah itu galangan diapungkan. Galangan ditenggelamkan dan diapungkan dengan cara memasukkan dan mengeluarkan air laut pada ruang cadangan.

Balon udara
Balon udara adalah penerapan prinsip Archimedes di udara. Balon udara harus diisi dengan gas yang massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis udara atmosfer sehingga balon udara dapat terbang karena mendapat gaya ke atas, misalnya diisi udara yang dipanaskan.
Buoyancy adalah fenomena suatu benda yang dicelupkan kedalam air terukur memiliki berat yang lebih kecil dibandingkan ketika berada di udara, dan benda yang memiliki kerapatan rata-rata kurang dari kerapatan fluida dimana dia dicelupkan/berada, maka benda tersebut akan mengapung diatas fluida tersebut. Contoh tubuh manusia dalam air atau balon yang berisi dengan helium. Prinsip Archimedes menyatakan bahwa jika sebuah benda dicelupkan dalam suatu fluida, maka fluida tersebut akan mendorong/melakukan gaya keatas pada benda tersebut yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan benda tersebut didalam fluida.
Benda-benda yang dimasukkan dalam fluida tampaknya mempunyai berat yang lebih kecil dari pada saat berada diluar fluida tersebut. Gaya apung terjadi kerena tekanan pada fluida bertambah terhadap kedalaman. Dengan demikian tekanan ke atas pada permukaan bawah benda yang dibenamkan lebih besar dari tekanan ke bawah pada permukaan atasnya. Sesuai dengan prinsip Archimedes bahwa “gaya apung yang bekerja pada benda yang dimasukan dalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkannya.
Berat jenis sebuah benda adalah berat benda diudara dibagi dengan berat air yang volumenya sama.
Berat jenis = (berat benda di udara)/(berat air hilang tenggelam di air)
Akan tetapi, menurut prinsip Archimedes, berat air yang sama volumenya sama dengan gaya apung pada benda ketika tenggelam. Karena itu sama dengan hilangnya berat benda bila ia ditimbang ketika tenggelam di air. Jadi,
Berat jenis = (berat benda di udara)/(berat yang hilang bila tenggelam di air)
Referensi :
Buku penuntun.2013.Penuntun Fisika Dasar 1.Gorontalo:UNG
Halliday, dkk. 2010. FISIKA DASAR Edisi Ketujuh Jilid 1. Jakarta : Erlangga.
Wiyatmo,yusman. 2006 . FISIKA Dasar 1. Yogyakarta : Pustaka Pelajar.
http://www.guru muda.com/prinsip Archimedes. Diakses pada tanggal 17 November 2013.

VARIABEL-VARIABEL
Variable bebas : massa
Variable terikat : ketinggian air setelah dimasukan massa
Variabel kontrol : skala pada neraca pegas

ALAT DAN BAHAN
Gelas ukur berisi air,
Statif dan Klem
Neraca pegas
Beban (50 gr, 100 gr, 150 gr, 200 gr, 250 gr, 300 gr, 350 gr
PROSEDUR KERJA
Menyusun peralatan seperti tampak pada gambar 7.1, pada penuntun.
Menimbang berat beban 50 gr dengan neraca pegas, dan mencatat nilainya sebagai Wu dalam tabel 7.1
Memasukkan benda yang telah ditimbang tadi ke dalam gelas ukur berisi air, dan membaca skala
Membaca perubahan ketinggian air pada gelas ukur, mencatat sebagai h dalam tabel 7.1
Mengukur diameter dalam gelas ukur.
Mengulangi langkah ke-1 sampai ke-4 untuk massa-massa yang lain.

Tabel 7.1 Data hasil percobaan
M (gr) Wu Wa H
50
100
150
200
250

PENGOLAHAN DATA PF 7
PRINSIP ARCHIMEDES
Menghitung Gaya Berat di Air (Wa)
Wa1 = 0,4 N
∆Wa1 =½ nstneracapegas
= ½ x0,1
= 0,05 N
KR = ∆Wa1/( Wa1) x 100 %
= 0,05/( 0,4) x 100 %
= 12,5 % (2 AP)
( Wa1± ∆Wa1 ) = (4,0±0,5) 10-1 N
Wa2 = 1,3N
∆Wa2 =½ nstneracapegas
= ½ x 0,1
= 0,05 N
KR = ∆Wa2/( Wa2) x 100 %
= 0,05/( 1,3) x 100 %
= 3,9 % (2 AP)
( Wa2± ∆Wa2 ) = ( 1,3± 0,5) 10-1 N
Wa3 = 2,2 N
∆Wa3 =½ nstneracapegas
= ½ x 0,1
= 0,05 N
KR = ∆Wa3/( Wa3) x 100 %
= 0,05/( 2,2) x 100 %
= 3,3 % (3 AP)
( Wa3± ∆Wa3 ) = (0,2±0,05) N
Menghitung Gaya Berat di Udara(Wu)
Wu1 = 0,5 N
∆Wu1 = ½ nstneracapegas
= ½ x 0,1
= 0,05 N
KR = ∆Wu1/Wu1 x 100 %
= 0,05/0,5 x 100 %
= 10 % (2 AP)
( Wu1 ± ∆Wu1 ) = (0.5±0,05) 10-1 N
Wu2 = 1,5 N
∆Wu2 = ½ nstneracapegas
= ½ x 0,1
= 0,05 N
KR = ∆Wu2/Wu2 x 100 %
= 0,05/1,5 x 100 %
= 3,3331 % (3 AP)
( Wu2 ± ∆Wu2 ) = (1,5± 0,05) N
Wu3 = 2,5 N
∆Wu3 = ½ nstneracapegas
= ½ x 0,1
= 0,05 N
KR = ∆Wu3/Wu3 x 100 %
= 0,05/2,5 x 100 %
= 2 % (3 AP)
( Wu3 ± ∆Wu3 ) = (1,50±0,05) N
Menghitung Volume
V1 = 6 ml = 0006 L = 0,000006 m3
∆V1 = ½ nstgelasukur
= ½ x 0,1 ml
=0,05 ml = 0,0005 L = 0,00000005 m3
KR = 〖∆v〗_1/v_1 x 100 %
= 0,00000005/0,000005 x 100 %
= 0,9% (3 AP)
( V1 ± ΔV1) = (0,000006± 0,00000005) m3
V2 = 18 ml = 0,018 L = 0,000018 m3
∆V2 = ½ nstgelasukur
= ½ x 0,1 ml
= 0,05 ml = 0,00005 L = 0,00000005 m3
KR = 〖∆v〗_2/v_2 x 100 %
= 0,0000005/0,000018 x 100 %
= 0,27772% (4 AP)
( V2 ± ΔV2) = (0,000018±0,0000000) m3
V3 =20 ml = 0,02L = 0,00002 m3
∆V3 = ½ nstgelasukur
= ½ x 0,1ml
= 0,5ml = 0,00005 L = 0,00000005m3
KR = 〖∆v〗_3/v_3 x 100 %
= 0,0000005/0,00002 x 100 %
= 0,25% (4 AP)
( V3 ± ΔV3) = (0,00002± 0,0000005)m3
Menghitung Gaya Berat
W1 = Wu1 – Wa1
= 0,5 – 0,4
= 0,1 N
∆Wu = ½ nstneracapegas
= ½ x 0,1
= 0,05 N
∆W/W1 =√(|Δww1/Wu1|^ + |Δwa1/wa1|^ )
= √(|0,05/0,5|^ + |0,05/0,4|^ )
= (0,1+0,125)/0,225
∆W1 = ∆W/W1 x w1
= 0,05/0,1 x0,1
= 0,05
KR = (∆W_1)/W1 x 100 %
= 0,05/0,1 x 100 %
= 50 % (2 AP)
( W1± 〖∆W〗_1 ) = (0,1± 0,05) N
W2 = Wu2 – Wa2
= 1,5 – 1,3
= 0,2 N
∆Wu = ½ nstneracapegas
= ½ x 0,1
= 0,05 N
∆W/W2 = √(|∆Wu2/Wu2|^ + |∆Wa2/Wa2|^ )
= √(|0,05/1,5|^ + |0,05/1,3|^ )
= 0,0333+0,03846
=0,07179
∆W2 = ∆W/W2 x w2
= 0,05/0,2 x100%
= 0,005N
KR = (∆W_2)/W2 x 100 %
= 0,05/0,12 x 100 %
= 25 % (2 AP)
( W2± 〖∆W〗_2 ) = (0,2± 0,05) N
W3 = Wu3 – Wa3
= 2,5 – 2,2
= 0,3 N
∆Wu = ½ nstneracapegas
= ½ x 0,1
= 0,05 N
∆W/W3 = √(|∆Wu3/Wu3|^ + |∆Wa3/Wa3|^ )
= √(|0,05/2,5|^2+ |0,05/2,2|^2 )
= 0,02+0,02273
= 0,04273 N
∆W3 = ∆W/W3 x w3
= 0,05/0,3 0,3
= 0,05 N
KR = (∆W_3)/W3 x 100 %
= 0,05/0,3 x 100 %
= 16,666 % (2 AP)
( W3± 〖∆W〗_3 ) = (0,3±0,05)N
Menghitung Volume Air
V1 = V1 – V0
= 206– 200
= 6 ml = 0,006 L = 0,000006 m3
∆V = ½ nst gelas ukur
= ½ x 0,1 ml
= 0,05ml = 0,00005 L = 0,00000005 m3
∆V/V1 = √(|∆V1/V1|^ + |∆V0/V0|^ )
= √(|0,00000005/0,000006|^ + |0,00000005/0,0002|^ )
= 0,0083+0,00025
=0,00855
∆V = ∆V/V1 x V1
= 0,00000005/0,000006 x100%
= 0,00000005 m3
KR = ∆V/V1 x 100 %
= 0,00000005/0,000006 x 100 %
= 0,8333 % (3 AP)
( V1 ± ∆V1) = (0,000006± 0,00000005)m3
V2 = V2 – V0
=218– 200
= 18 ml = 0,018 L = 0,000018 m3
∆V = ½ nst gelas ukur
= ½ x 0,1 ml
= 0,05ml = 0,00005 L = 0,00000005 m3
∆V/V2 = √(|∆V2/V2|^ + |∆V0/V0|^ )
= √(|0,00000005/0,000018|^ + |0,00000005/0,0002|^ )
= 0,0027+0,00025
= 0,002 gr
∆V2 = ∆V/V2 x V2
= 0,00000005/0,000018 x0,000018
= 0,00000005 m3
KR = ∆V/V2 x 100 %
= 0,0000005/0,000018 x 100 %
= 0,2777 % (4 AP)
( V2 ± ∆V2) = (0,000018± 0,000000025) m3
V3 = V3 – V0
= 220– 200
= 20 ml = 0,02 L = 0,00002m3
∆V = ½ nst gelas ukur
= ½ x 0,1ml
= 0,05 ml = 0,00005 L = 0,00000005 m3
∆V/V3 = √(|∆V3/V3|^ + |∆V0/V0|^ )
= √(|0,00000005/0,00002|^ + |0,00000005/0,0002|^ )
= 0,0025+0,00025
= 0,00275
∆V = ∆V/V3 x V3
=0,00000005/0,00002x0,00002
= 0,00000005 m3
KR = ∆V/V3 x 100 %
= 0,00000005/0,00002 x 100 %
= 0,25% (4 AP)
( V3 ± ∆V3) = (0,00002±0,00000005)m3
Tabel-tabelHasilPerhitungan
m (gr) (Wa±âˆ†Wa) N (Wu± ∆Wu) N (W ± ∆W) N (V ± ∆V) m3
50

100

150
(0,4 ± 0,05) N

(1,3 ± 00,5) N

(2,2 ± 0,05) N
(0,5 ± 0,05) N

(1,5 ± 0,05) N

(2,5 ± 0,05) N

(0,1 ± 0,05) V

(0,2 ± 0,05) V

(0,3± 0,05) V

(0 ,000006± 0,00000005) m3

(0,000018 ± 0,0000005) m3

(0,00002 ± 0,00000005) m

InterpretasiGrafik
Dari grafik di atassesuaipengamatanbahwagrafik di atasberbandingmurni.
MenghitungKemiringanGrafik
∂∆W = ½ nstgrafik
= ½ 0,1 mm
= 0,05 V
∂∆V = ½ nstgrafik
= ½ 0,1 mm
= 0,05 m3
m = ∆W/∆V = (W2-W1)/(V2-V1)
= (0,2 – 0,1)/(0,000018 – 0,000006)
= 0,1/0,000012
= 8,333 gram Type equation here.
∆m/m = √(|(∂(∆W))/W|^ + |(∂(∆V))/V|^ )
= √(|0,0005/0,4|^ + |0,0005/0,3|^ )
= √(|0,05/0,1|^2+ |0,05/0,000012|^2 )
=0,5+4,166
= 4,167
∆m = ∆m/m x m
= 4,167/8,333 x8,333
= 4,167 gram
KR = ∆m/m x 100 %
=4,167/8,333 x 100 %
= 50 % (2AP)
( m±âˆ†m) = (8,333± 4,167) m3
MenentukanKerapatanZatCair
F =ρ.g.V
ρ = F/(V.g) =>F/V= m =>m = Kemiringangrafik
ρ =m/g
= (8,333 gr)/(10 m/s)
= 0,8333kg/m3
Kesimpulan
Setelahmelakukanpraktikuminidapatdisimpulkanbahwa :
Prinsip Archimedes bias bergunabagibergunabagikehidupanyaitu,selamaberada di lingkungansekitar.terlebihutamaadalahpenentuanemas.asliatautidaknyaemastersebut.
Gaya bekerjapadasuatubenda,dankemudian di celupkankedalamair.adalahsamadenganalumunium yang di pindahkan.pengamataniniposisidenganteori yang di kemukakan Archimedes.
KemungkinanKesalahan
Ketidakketelitiandalammelakukanpratikum.