tugas pratikum gaya tolakan air terhadap telur
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.
Archimedes terkenal juga dengan teorinya tentang hubungan antara permukaan dan volume dari sebuah bola terhadap selinder. Dia juga dikenal dengan teori dan rumus dari prinsip hydrostatic dan peralatan untuk menaikkan air – ‘Archimedes Screw’ atau sekrup Archimedes, yang sampai sekarang masih banyak digunakan di negara-negara berkembang. Walaupun pengungkit atau ungkitan telah ditemukan jauh sebelum Archimedes lahir, Archimedes yang mengembangkan teori untuk menghitung beban yang dibutuhkan untuk pengungkit tersebut. Archimedes juga digolongkan sebagai salah satu ahli matematika kuno dan merupakan yang terbaik dan terbesar di jamannya.
Prinsip Archimedes
Ketika kita 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 :
Fpegas = gaya pegas
w = gaya berat batu
F1 = gaya yang diberikan fluida pada bagian atas batu
F2 = gaya yang diberikan fluida pada bagian bawah batu
Fapung = gaya apung.
Fapung merupakan gaya total yang diberikan fluida pada batu (Fapung = F2 F1). Arah gaya apung (Fapung) 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 :
Keterangan :
Karena :
Maka persamaan yang menyatakan besarnya gaya apung (Fapung) di atas bisa kita tulis menjadi :
mFg = wF = 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.
Hukum ini juga bukan suatu hukum fundamental karena dapat diturunkan dari hukum newton juga. Jika rapat massa fluida lebih kecil daripada rapat massa balok maka agar balok berada dalam keadaan seimbang,volume zat cair yang dipindahkan harus lebih kecil dari pada volume balok.Artinya tidak seluruhnya berada terendam dalam cairan dengan perkataan lain benda mengapung. Agar benda melayang maka volume zat cair yang dipindahkan harus sama dengan volume balok dan rapat massa cairan sama dengan rapat rapat massa benda. Jika rapat massa benda lebih besar daripada rapat massa fluida, maka benda akan mengalami gaya total ke bawah yang tidak sama dengan nol. Artinya benda akan
jatuh tenggelam.
Berdasarkan Hukum Archimedes, sebuah benda yang tercelup ke dalam zat cair akan mengalami dua gaya, yaitu gaya gravitasi atau gaya berat (W) dan gaya ke atas (Fa) dari zat cair itu. Dalam hal ini ada tiga peristiwa yang berkaitan dengan besarnya kedua gaya tersebut yaitu seperti berikut:
• Tenggelam
Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat benda (w) lebih besar dari gaya ke atas (Fa).
w > Fa
ρ b X Vb X g > ρ a X Va X g
ρ b > ρ a
Volume bagian benda yang tenggelam bergantung dari rapat massa zat cair (ρ).
Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan melayang jika berat benda (w) sama dengan gaya ke atas (Fa) atu benda tersebut tersebut dalam keadaan setimbang.
w = Fa
ρb X Vb X g = ρ a X Va X g
ρ b = ρ a
Pada dua benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku :
(FA)tot = Wtot
rc . g (V1+V2+V3+V4+…..) = W1 + W2 + W3 + W4 +…..
• Terapung
Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung jika berat benda (w) lebih kecil dari gaya ke atas (Fa).
w = Fa
ρ b X Vb X g = ρ a X Va X g
ρ b < ρ a
Misal, sepotong gabus ditahan pada dasar bejana berisi zat cair, setelah dilepas, gabus tersebut akan naik ke permukaan zat cair (terapung) karena :
FA > W
rc . Vb . g > rb . Vb . g
rc $rb
Selisih antara W dan FA disebut gaya naik (Fn).
Fn = FA - W
Benda terapung tentunya dalam keadaan setimbang, sehingga berlaku :
FA’ = W
rc . Vb2 . g = rb . Vb . g
FA’ = Gaya ke atas yang dialami oleh bagian benda yang tercelup di dalam zat cair.
Vb1 = Volume benda yang berada dipermukaan zat cair.
Vb2 = Volume benda yang tercelup di dalam zat cair.
Vb = Vb1 + Vb 2
FA’ = rc . Vb2 . g
Berat (massa) benda terapung = berat (massa) zat cair yang dipindahkan.
Daya apung (bouyancy) ada 3 macam, yaitu :
1. Daya apung positif (positive bouyancy) : bila suatu benda mengapung.
2. Daya apung negatif (negative bouyancy) : bila suatu benda tenggelam.
3. Daya apung netral (neutral bouyancy) : bila benda dapat melayang.
Hukum Archimedes (Hukum Pengapungan)
Hukum Archimedes mengatakan bahwa apabila sebuah benda sebagian atau seluruhnya terbenam kedalam air, maka benda tersebut akan mendapat gaya tekan yang mengarah keatas yang besarnya sama dengan berat air yang dipindahkan oleh bagian benda yang terbenam tersebut. Telah sama-sama kita ketahui bahwa berat jenis air tawar adalah 1.000 kg/m3, apabila ada sebuah benda yang terbenam kedalam air tawar; maka berat benda tersebut seolah-olah akan berkurang sebesar 1.000 kg untuk setiap 1 m3 air yang dipindahkan. Konsep ini akan lebih jelas bila diterangkan dengan gambar dibawah ini.
Menurut Archimedes, benda menjadi lebih ringan bila diukur dalam air dari pada di udara karena dalam air, benda mendapat gaya ke atas. Sementara ketika di udara, benda memiliki berat yang sesungguhnya.
wu = mg
Ketika dalam air, benda dikatakan memiliki berat semu, dinyatakan dengan:
ws = wu -Fa
Keterangan:
ws : berat semu (N)
wu : berat sesungguhnya (N)
Fa : gaya angkat ke atas (N)
Penurunan Rumus
Hukum Archimedes Berlaku Untuk Semua Fluida. Vbf adalah volum benda yang tercelup dalam FLUIDA
Fa = Mfg Fa = pfVbfg Fa = F2 – F1 karena F2 > F
= pf gh2 A - pf gh1
= pf gA (h2 - h1)
= pf gAh sebab h2 - h1 = h
= pf gVbf
sebab Ah = Vbf adalah volum silinder yang tercelup dalam fluida
Perhatikan :
pf Vbf = massa Fluida (Mf)
pf gVbf = berat Fluida yang dipindahkan benda (Mfg)
RUMUS GAYA APUNG
Fa = Mfg
Fa = pfVbfg
Secara sistematis, hukum archimedes dapat ditulis sebagai berikut :
FA = ρa Va g
FA = gaya angkat ke atas pada benda (N)
ρ a = massa jenis zat cair (kg/m3)
Va = volume zat cair yang terdesak (m3)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)
ALAT DAN BAHAN
· ALAT
1. Botol aqua
2. sendok
3. pengaduk
· BAHAN
1. Air 250 ml
2. Telur
3. Garam dapur
4. Gula pasir
PROSEDUR KERJA
· Percobaan dengan Air biasa
1. Masukkan air 250 ml kedalam botol aqua
2. Kemudian masukkan telur
3. Aduk perlahan
4. Amati perubahan yang terjadi.
Apakah melayang, Terapung, atau Tenggelam.
· Percobaan dengan Garam dapur
1. Masukkan air 250 ml kedalam botol aqua
2. Kemudian masukkan telur
3. Tambahkan garam dapur sedikit demi sedikit
4. Aduk perlahan
5. Amati perubahan yang terjadi.
Apakah melayang, Terapung, atau tenggelam.
· Percobaan dengan Gula pasir
1. Masukkan air 250 ml kedalam botol aqua
2. Kemudian masukkan telur
3. Tambahkan gula pasir sedikit demi sedikit
4. Aduk perlahan
5. Amati perubahan yang terrjadi.
Apakah melayang, Terapung, atau Tenggelam.
DATA PENGAMATAN
Tabel pengamatan pengaruh penambahan garam dapur dan gula pasir terhadap gaya toleran keatas air 250 ml.
No | PERCOBAAN | PERLAKUAN | PENGAMATAN |
1 | Telur + Air 250 ml | - | Tenggelam |
2 | Garam + Telur + Air 250 ml | 1 sendok garam | Tenggelam |
3 sendok garam | Melayang | ||
4 sendok garam | Melayang Timbul | ||
5 sendok garam | Melayang Timbul | ||
6 sendok garam | Timbul | ||
3 | Gula + Telur + Air 250 ml | 1 sendok gula | Tenggelam |
2 sendok gula | Tenggelam | ||
3 sendok gula | Tenggelam | ||
4 sendok gula | Melayang | ||
5 sendok gula | Melayang | ||
6 sendok gula | Melayang timbul |
PEMBAHASAN
Benda dapat terapung bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair, atau benda dapat terapung bila massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis zat cair. Kemudian benda dapat melayang bila massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair. Sedangkan benda dapat tenggelam bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair. Benda yang terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh volume benda, berat, dan massa benda.
Pada saat telur tenggelam dalam air, berlakulah HUKUM ARCHIMEDES benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan. Sesuai dengan Hukum Archimedes mengenai prinsip TENGGELAM, maka telur tenggelam dalam air biasa disebabkan karena :
- W telur > Fa (berat telur > gaya ke atas oleh air).
- S telur > S zat cair (berat jenis telur > berat jenis zat cair).
dimana rumus berat jenis :
S = massa jenis x gravitasi
Supaya telur tersebut tidak tenggelam, kita dapat menambahkan garam pada air tersebut. Sehingga menyebabkan W telur < Fa dan S telur < S air.
1. Air saja
Ketika telur (telur ayam) dimasukkan ke dalam air maka telur tenggelam karena massa jenis telur lebih besar dari massa jenis fluida tersebut.
Air 250 ml
2. Air 250 ml + garam
Ketika telur (telur ayam) dimasukkan ke dalam air + garam maka telur terapung karena massa jenis telur lebih ringan daripada massa jenis fluida tersebut.
Air 250 ml + garam
3. Air 250 ml + gula
Ketika telur (telur ayam) dimasukkan ke dalam air 250 ml + gula maka telur tenggelam karena massa jenis telur lebih besar dari massa jenis fluida tersebut.
Jadi, percobaan tersebut merupakan contoh penerapan hubungan hukum Archimedes dan massa jenis zat. Hukum Archimedes mengatakan bahwa jika suatu benda dicelupkan ke dalam suatu zat cair maka benda itu mendapat tekanan ke atas yang sama besarnya dengan beratnya zat cair yang terdesak oleh benda tersebut.
· Benda terapung jika massa jenis benda lebih kecil dari gaya ke atas(FA) atau massa jenis fluida.
· Benda melayang jika massa jenis benda sama dengan gaya ke atas(FA) atau massa jenis fluida.
· Benda tenggelam jika massa jenis benda lebih besar dari gaya ke atas(FA) atau massa jenis fluida.
KESIMPULAN
Dari percobaan diatas dapat disimpulkan bahwa telur pada saat dimasukkan dalam larutan garam telur mengapung. Sedangkan telur yang dimasukkan ke dalam larutan gula dan air biasa tenggelam. Hal ini disebabkan hukum Archimedes mengenai prinsip TENGGELAM, maka telur tenggelam dalam larutan gula, dan air biasa disebabkan karena :
· W telur > Fa (berat telur > gaya ke atas oleh air)
· S telur > S zat cair (berat jenis telur > berat jenis zat cair)
Sedangkan Telur yang mengapung pada larutan garam karena Dengan menambahkan garam ke dalam air tersebut, berarti kita menambahkan sejumlah massa ke dalam air. Karena garam larut di dalam air dan volume airnya tetap, massa jenis air sekarang menjadi lebih besar daripada keadaannya semula. Selain itu, penambahan garam juga berarti mengubah berat air. Penambahan garam tidak mengubah berat telur. Massa telur tetap. Semakin banyak garam yang dimasukkan ke dalam gelas, massa jenis air menjadi semakin besar.
DAFTAR PUSTAKA
- http://www.gudangmateri.com/2008/05/hukum-archimedes.html
- http://dr-budiow.com/
- http://sg.ard.yahoo.com
Tidak ada komentar:
Posting Komentar