LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA HUKUM ARCHIMEDES

BAB I

PENDAHULUAN

A.      Latar belakang

Kita mungkin pernah mengamati bahwa sebuah benda yang diletakan di dalam air terasa lebih ringan dibandingkan dengan beratnya ketika di udara. Jika benda dicelupkan dalam zat cair, sesungguhnya berat benda itu tidak berkurang. Gaya tarik bumi kepada benda itu besarnya tetap. Akan tetapi zat cair mengadakan yang arahnya ke atas kepada setiap benda yang tercelup di dalamnya. Ini menyebabkan berat benda seakan-akan berkurang. Menghitung gaya ke atas dalam zat cair sesungguhnya dapat kita lakukan dengan menggunakan pengetahuan kita tentang tekanan di dalam zat cair       Pada kesempatan ini kita akan membahas hukum archimedes secara mendetail, karena dalam kehidupan sehari-hari terdapat banyak jenis gerak yang menyerupai sistem ini. Aplikasi hukum archimedes dapat kita jumpai dalam berbagai peralatan misalnya hidrometer , kapal laut, kapal selam, dan balon udara.

B.       Rumusan masalah

1.      Bagaimana hubungan antara massa jenis  zat cair dengan gaya ke atas?

2.      Manakah massa jenis yang paling besar  dari kedua zat cair tersebut?

C.      Tujuan

1.      Menentukan massa jenis zat cair berdasarkan hukum Archimedes

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Archimedes adalah seorang ilmuwan terbesar pada zamannya. Ia lahir di kota Syracuse, Sisilia pada tahun 287 SM dan meninggal pada tahun 212 SM. Archimedes dikenal sebagai ahli fisika, marematika, optika dan astronomi. Ia dijuluki sebagai Bapak Eksperimen, karena mendasarkan penemuannya pada percobaan.

Ia menemukan hukum pada sebuah peristiwa yang disebut dengan Hukum Archimedes yang berbunyi “jika benda dimasukkan ke dalam cairan, baik sebagian atau seluruhnya, akan mendapatkan gaya ke atas sebesar berat cairan yang dipindahkan benda itu”. Misalnya air mempunyai volume tertentu, jika sebuah benda dimasukkan ke dalam air tersebut, maka permukaan air akan terdesak atau naik. Dengan kata lain, berat benda seolah-olah menjadi lebih ringan. Hal ini karena adanya gaya ke atas yang sering disebut gaya Archimedes.

Prinsip Archimedes

Ketika dirimu menimbang batu di dalam air, berat batu yang terukur pada timbangan pegas menjadi lebih kecil dibandingkan dengan ketika dirimu menimbang batu di udara (tidak di dalam air). Massa batu yang terukur pada timbangan lebih kecil karena ada gaya apung yang menekan batu ke atas. Efek yang sama akan dirasakan ketika kita mengangkat 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 batu menjadi lebih kecil, tetapi karena adanya gaya apung. Arah gaya apung ke atas, alias searah dengan gaya angkat yang kita berikan pada batu tersebut sehingga batu atau benda apapun yang diangkat di dalam air terasa lebih ringan.

Keterangan gambar :

F_pegas = gaya pegas, w = gaya berat batu, F₁ = gaya yang diberikan fluida pada bagian atas batu, F₂ = gaya yang diberikan fluida pada bagian bawah batu, F_apung = gaya apung.

F_apung merupakan gaya total yang diberikan fluida pada batu (F_apung = F₂-F₁). Arah gaya apung (F_apung) ke atas, karena gaya yang diberikan fluida pada bagian bawah batu (F₂) lebih besar daripada gaya yang diberikan fluida pada bagian atas batu (F₁). Hal ini dikarenakan tekanan fluida pada bagian bawah lebih besar daripada tekanan fluida pada bagian atas batu.

Dalam kehidupan sehari-hari, kita akan menemukan bahwa benda yang dimasukan ke dalam fluida seperti air misalnya, memiliki berat yang lebih kecil daripada ketika benda tidak berada di dalam fluida tersebut. Dirimu mungkin sulit mengangkat sebuah batu dari atas permukaan tanah tetapi batu yang sama dengan mudah diangkat dari dasar kolam. Hal ini disebabkan karena adanya gaya apung sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya. Gaya apung terjadi karena adanya perbedaan tekanan fluida pada kedalaman yang berbeda. Seperti yang telah gurumuda jelaskan pada pokok bahasan Tekanan pada Fluida, tekanan fluida bertambah terhadap kedalaman. Semakin dalam fluida (zat cair), semakin besar tekanan fluida tersebut. Ketika sebuah benda dimasukkan ke dalam fluida, maka akan terdapat perbedaan tekanan antara fluida pada bagian atas benda dan fluida pada bagian bawah benda. Fluida yang terletak pada bagian bawah benda memiliki tekanan yang lebih besar daripada fluida yang berada di bagian atas benda. (perhatikan gambar di bawah).

Pada gambar di atas, tampak sebuah benda melayang di dalam air. Fluida yang berada dibagian bawah benda memiliki tekanan yang lebih besar daripada fluida yang terletak pada bagian atas benda. Hal ini disebabkan karena fluida yang berada di bawah benda memiliki kedalaman yang lebih besar daripada fluida yang berada di atas benda (h₂ > h₁).

Besarnya tekanan fluida pada kedalamana h₂ adalah :

Besarnya tekanan fluida pada kedalamana h₁ adalah :

F₂ = gaya yang diberikan oleh fluida pada bagian bawah benda, F₁ = gaya yang diberikan oleh fluida pada bagian atas benda, A = luas permukaan benda

Selisih antara F₂ dan F₁ merupakan gaya total yang diberikan oleh fluida pada benda, yang kita kenal dengan istilah gaya apung. Besarnya gaya apung adalah : 

Maka persamaan yang menyatakan besarnya gaya apung (F_apung) di atas bisa kita tulis menjadi :

m_Fg = w_F = berat fluida yang memiliki volume yang sama dengan volume benda yang tercelup. Berdasarkan persamaan di atas, kita bisa mengatakan bahwa gaya apung pada benda sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Ingat bahwa yang dimaksudkan dengan fluida yang dipindahkan di sini adalah volume fluida yang sama dengan volume benda yang tercelup dalam fluida. Pada gambar di atas, gurumuda menggunakan ilustrasi di mana semua bagian benda tercelup dalam fluida (air). Jika dinyatakan dalam gambar maka akan tampak sebagai berikut :

Apabila benda yang dimasukkan ke dalam fluida, terapung, di mana bagian benda yang tercelup hanya sebagian maka volume fluida yang dipindahkan = volume bagian benda yang tercelup dalam fluida tersebut. Tidak peduli apapun benda dan bagaimana bentuk benda tersebut, semuanya akan mengalami hal yang sama. Ini adalah buah karya eyang butut Archimedes (287-212 SM) yang saat ini diwariskan kepada kita dan lebih dikenal dengan julukan “Prinsip Archimedes”. Prinsip Archimedes menyatakan bahwa :

Ketika sebuah benda tercelup seluruhnya atau sebagian di dalam zat cair, zat cair akan memberikan gaya ke atas (gaya apung) pada benda, di mana besarnya gaya ke atas (gaya apung) sama dengan berat zat cair yang dipindahkan.

Dirimu bisa membuktikan prinsip Archimedes dengan melakukan percobaan kecil-kecilan berikut. Masukan air ke dalam sebuah wadah (ember dkk). Usahakan sampai meluap sehingga ember tersebut benar-benar penuh terisi air. Setelah itu, silahkan masukan sebuah benda ke dalam air. Setelah benda dimasukan ke dalam air, maka sebagian air akan tumpah. Volume air yang tumpah = volume benda yang tercelup dalam air tersebut. Jika seluruh bagian benda tercelup dalam air, maka volume air yang tumpah = volume benda tersebut. Tapi jika benda hanya tercelup sebagian, maka volume air yang tumpah = volume dari bagian benda yang tercelup dalam air Besarnya gaya apung yang diberikan oleh air pada benda = berat air yang tumpah (berat air yang tumpah = w = m_airg = massa jenis air x volume air yang tumpah x percepatan gravitasi). Volume air yang tumpah = volume benda yang tercelup dalam air

Secara sistematis, hukum archimedes dapat ditulis sebagai berikut :

FA = ρa Va g

FA = gaya angkat ke atas pada benda (N)                 Va = volume zat cair yang terdesak (m3)

ρa = massa jenis zat cair (kg/m3)                                g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)

BAB III

METODE PENELITIAN

A.    Alat dan bahan

ü  Neraca pegas

ü  Gelas ukur

ü  Benda yang berbeda jenis

ü  Beberapa jenis zat cair

B.     Langkah Kerja :

1.      Menyiapkan alat dan bahan

2.      Mengikat benda dengan tali pada neraca pegas, mengukur berat benda diudara dan mencatat hasilnya

3.      Menimbang benda di dalam air pada gelas ukur dengan neraca pegas, mencatat volum air sebelum (Vo) benda di masukan dan volum setelah (V) benda dimasukan dan mencatatnya.

4.      Menghitung massa jenis benda jika massa jenis air 1 gram/cm³.

            Berat benda di udara   = ………………        volum air mula-mula(Vo)       =………

Berat benda dalam air = ………………         volum air akhir (V)                 =………

Massa jenis benda       = ………………

5.      Mengulang dari langkah nomor 2 dan 3 benda dimasukan ke dalam zat cair yang  berbeda, dengan hasil massa jenis (nomor 4), menghitung massa jenis zat cairnya dan memasukan data dalam tabel

NO	Berat beban di udara(N)	Berat benda dalam zat cair (N)	Gaya ke atas (N)	Volum awal (Vo)	Volum Akhir (V)	Volum Benda(∆V)	Massa jenis zat cair
1
2
3

BAB IV

HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

1. Hasil Penelitian

No	Jenis zat cair	Benda	Berat beban di udara (N)	Berat beban di dalam zat cair (N)	Gaya ke atas (N)	Volum awal (Vo)	Volum akhir (V)	Volum benda (ΔV)	Massa jenis zat cair (ρ)
1	air	1	0,1 N	0,09 N	0,11	50 mL	53 mL	3 mL	1 gr/cm3
		2	0,3 N	0,2 N	0,1		60 mL	10 mL
		3	0,2 N	0,1 N	0,1		58 mL	8 mL
2	minyak	3	0,2 N	0,09N	0,11	50 mL	51,4 mL	1,4 mL	0.89 gr/cm3

2. Pembahasan

1. Berat benda 1 di udara (Wu) = 0,1 N

Berat benda di air (Wa) = 0,09 N

Volume benda 1 di air (V akhir) = 53 mL

Volume benda 1 (ΔV) = 3 mL

Maka F_A = Wu-Wa

                = 0,01 N

2. Berat benda 2 di udara (Wu) = 0,3 N

Berat benda di air (Wa) = 0,2 N

Volume benda 2 di air (V akhir) = 60 mL

Volume benda 2 (ΔV) = 10 mL

Maka F_A = Wu-Wa

               = 0,1 N

3. Berat benda 3 di udara (Wu) = 0,2 N

Berat benda 3 di air (Wa) = 0,1 N

Volume benda 3 di air (V akhir) = 58 mL

            Volume benda 3 (ΔV) = 8 mL

            Maka F_A = Wu-Wa

                           = 0,1 N

4. Berat benda 3 di udara (Wu) = 0,2 N

Berat benda 3 di minyak (Wm) = 0,09 N

Volume benda 3 di minyak (V akhir) = 51,4 mL

Volume benda 3 (ΔV) = 1,4 mL

Maka F_A = Wu-Wm

               = 0,11 N → 11 gr

·         Mencari massa jenis benda dalam air

a.       Benda 1

  ρ = m / ΔV

     = 0,1 / 3

     = 0,03 → 3 x 10^-2 gr/cm³

b.      Benda 2

  ρ = m / v

     = 0,3 / 10

     = 0,03 → 3 x 10^-2 gr/cm³

c.       Benda 3

  ρ = m / v

     = 0,2 / 8

     = 0,025  → 2,5 x 10^-2 gr/cm³

·         Mencari massa jenis minyak

F_A = ρ g v

ρ   = F_A / g v

     = Wu-Wm

            g.v

     = 11 / 10 . 1,4

     = 0,78 gram/cm³  → terbukti

Secara teori, massa jenis benda di dalam zat cair adalah sama. namun, dalam percobaan yang kami lakukan pada saat itu, terdapat sedikit perbedaan. Menurut kami, hal itu terjadi dapat disebabkan karena beberapa faktor seperti yang telah kami bahas sebelumnya. Sedangkan pada pembuktian massa jenis minyak yakni 0,8 gram/cm³, kami menemukan sedikit perbedaan pada hasil akhir dimana kami memperoleh nilai untuk massa jenis minyak yaitu 0,78 gram/cm³. dalam pembulatan bilangan matematika, perbedaan tersebut masih dapat ditolerir. Namun, apabila dalam percobaan ternyata terdapat perbedaan, kiranya perlu diteliti kembali.

BAB V

KESIMPULAN

A. Kesimpulan

1. Banyaknya zat cair yang dipindahkan adalah sebanding dengan besarnya gaya ke atas dari zat cair (W_b = F_A)
2. Benda tenggelam karena p_telur > p_air.
3. Benda melayang karena p_telur = p_air.
4. Benda terapung karena p_telur  <p_air.
5. Terbukti bahwa massa jenis minyak adalah 0,8 gr/cm³
6. Hubungan massa jenis zat cair dengan gaya keatas adalah berbanding terbalik. Semakin besar massa jenis, maka gaya ke atas semakin kecil. Begitu juga sebaliknya.
7. Massa jenis benda didalam zat cair adalah sama.