laporan fisdas hukum archimedes dan hukum utama hidrostatis
TRANSCRIPT
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Tujuan Percobaan
Mempelajari berlakunya Hukum Archimedes dan Hukum Utama Hidostatis dan
penggunaannya untuk mengukur kerapatan zat padat dan zat cair.
1.2 Dasar Teori
1.2.1 Hukum Archimedes
Ketika suatu benda dimasukkan kedalam air, ternyata beratnya seolah-olah
berkurang. Hal ini terlihat dari penunjukkan neraca pegas yang lebih kecil.
Peristiwa ini tentu bukan hanya berarti ad massa benda yang hilang, namun
disebabkan oleh suatu gaya yang arahnya berlawanan dengan arah berat benda.
Apabila suatu benda dimasukkan kedalam zat cair, maka benda tersebut akan
mengalami gaya apung.
Hal ini diungkapkan oleh Archimedes dalam hukumnya yang berbunyi βgaya
apung yang bekerja pada sebuah benda yang dibenamkan sama dengan berat
fluida yang dipindahkanβ. Gaya apung yang terjadi pada benda adalah selisih gaya
yang bekerja pada benda apabila dicelupkan atau berada dalam fluida. Dari hukum
Archimedes didapatkan persamaan:
FA = Οf. V . g
Keterangan:
Fa = Gaya keatas yang dialami benda (N)
Ο= Massa Jenis zat cair (kg/m3)
V= Volume air yang terdesak (m3)
g = Percepatan Gravitasi (m/det2
Pada peristiwa melayang, volum fluida yang dipindahkan (volum benda yang
tercelup) sama dengan volum total benda yang melayang.
βF = 0
Fa = mbg = Οf . g .Vt = Οb . g . Vb
Karena Vt (volume benda yang tercelup) sama dengan Vb (volum benda total),
maka syarat benda melayang adalah:
2
Gaya apung Fa sama dengan berat benda w atau Fa = w
Massa jenis benda harus sama dengan massa jenis fluida Οb = Οf
Ketika benda ditimbang sambil dicelupkan kedalam zat cair, ternyata berat
benda itu berkurang dibanding ketika ditimbang di udara. Sesungguhnya benda
yang dicelupkan kedalam zat cair tidak berkurang beratnya. Gaya berat benda itu
sebenarnya tetap, tetapi pada saat dicelupkan kedalam zat cair, ada gaya keatas
yang dikerjakan zat cair terhadap benda, sehingga berat benda seolah-olah
berkurang
Archimedes (287-212 SM) seorang ilmuwan Yunani Kuno menemukan cara
dan rumus untuk menghitung volume benda yang tidak mempunyai bentuk baku.
Penemuannya terjadi saat mandi dalam bak yang airnya tumpah akibat karena
adanya gaya apung (buoyancy) dari zat cair dan setelah diukur ternyata sebanding
dengan besar tubuhnya. Gaya apung yang terjadi karena tekanan pada tiap-tiap
bagian permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida. Tekanan tersebut lebih
besar pada bagian benda yang tercelup lebih dalam (Halliday dan Resnick, 1978).
Jika suatu benda berada dalam fluida maka ada volume zat cair yang dipindahkan
sebesar volume bagian benda yang berada dalam zat cair. Jika volume fluida yang
dipindahkan besarnya V dan kerapatan fluida (massa per satuan volume) adalah Ο1
maka besarnya massa fluida yang dipindahkan adalah:
m = Ο.V
Dan besarnya berat fluida yang dipindahkan adalah
wf = m.g = Ο.V.g
Menurut prinsip Archimedes, besarnya gaya tekan keatas adalah :
Fa = wf = Ο.V.g
Dengan Fa adalah gaya tekan keatas atau gaya apung (buoyancy force). Jika benda
mempunyai kerapatan massa Οb dan fluida mempunyai kerapatan Οf.
Dari persamaan tersebut dapat dideskripsikan keadaan benda didalam fluida,
yaitu:
Jika Οb > Οf, maka w > Fa β benda tenggelam
Jika Οb = Οf, maka w = Fa β benda melayang didalam fluida
Jika Οb < Οf, maka w < Fa β benda mengapung.
3
1.2.2 Hukum Utama Hidrostatis
Statika fluida, kadang disebut juga hidrostatika, adalah cabang ilmu yang
mempelajari fluida dalam keadaan diam, dan merupakan sub-bidang kajian
mekanika fluida. Istilah ini biasanya merujuk pada penerapan matematika pada
subyek tersebut. Statika fluida mencakup kajian kondisi fluida dalam keadaan
kesetimbangan yang stabil. Penggunaan fluida untuk melakukan kerja disebut
hidrolika, dan ilmu mengenai fluida dalam keadaan bergerak disebut sebagai
dinamika fluida.
Tekanan statik di dalam fluida karena sifatnya yang tidak dapat dengan mudah
dimampatkan, fluida dapat menghasilkan tekanan normal pada semua permukaan
yang berkontak dengannya. Pada keadaan diam (statik), tekanan tersebut bersifat
isotropik, yaitu bekerja dengan besar yang sama ke segala arah. Karakteristik ini
membuat fluida dapat mentransmisikan gaya sepanjang sebuah pipa atau tabung,
yaitu, jika sebuah gaya diberlakukan pada fluida dalam sebuah pipa, maka gaya
tersebut akan ditransmisikan hingga ujung pipa. Jika terdapat gaya lawan di ujung
pipa yang besarnya tidak sama dengan gaya yang ditransmisikan, maka fluida
akan bergerak dalam arah yang sesuai dengan arah gaya resultan.
Adanya tekanan di dalam zat cair disebabkan oleh gaya gravitasi yang bekerja
pada setiap bagian zat cair tersebut. Besar tekanan zat cair bergantung pada
kedalaman zat cair, semakin dalam letak suatu bagian zat cair, akan semakin besar
pula tekanan pada bagian itu. Tekanan di dalam zat cair yang tidak bergerak
sebagai akibat gaya gravitasi yang bekerja pada setiap bagian zat tersebut disebut
tekanan hidrostatika.
Tekanan Hidrostatis. Tekanan adalah gaya yang bekerja tegak lurus pada
suatu permukaan bidang dan dibagi luas permukaan bidang tersebut. Secara
matematis, persamaan tekanan dituliskan sebagai berikut.
P = F/ A
dengan:
F = gaya (N),
A = luas permukaan (m2), dan
P = tekanan (N/m2 = Pascal).
4
Persamaan diatas menyatakan bahwa tekanan P berbanding terbalik dengan
luas permukaan bidang tempat gaya bekerja. Jadi, untuk besar gaya yang sama,
luas bidang yang kecil akan mendapatkan tekanan yang lebih besar dari pada luas
bidang yang besar.
Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah air. Fluida yang
berada dalam suatu wadah memiliki gaya berat, akibat pengaruh gravitasi bumi.
Gaya berat fluida menimbulkan tekanan. Tekanan di dalam fluida tak mengalir,
yang diakibatkan oleh adanya gaya gravitasi ini disebut tekanan hidrostatis.
Tekanan hidrostatis disebabkan oleh fluida tak bergerak. Tekanan hidrostatis
yang dialami oleh suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida
yang berada di atas titik tersebut. Jika besarnya tekanan hidrostatis pada dasar
tabung adalah P, menurut konsep tekanan, besarnya P dapat dihitung dari
perbandingan antara gaya berat fluida (F) dan luas permukaan bejana (A).
P = F/A
Gaya berat fluida merupakan perkalian antara massa fluida dengan percepatan
gravitasi Bumi, ditulis
P = massa x gravitasi bumi / A
Oleh karena m = Ο V, persamaan tekanan oleh fluida dituliskan sebagai
P = ΟVg / A
Volume fluida di dalam bejana merupakan hasil perkalian antara luas
permukaan bejana (A) dan tinggi fluida dalam bejana (h). Oleh karena itu,
persamaan tekanan di dasar bejana akibat fluida setinggi h dapat dituliskan
menjadi
P = Ο(βh) g / A = Ο h g
Jika tekanan hidrostatis dilambangkan dengan Ph, persamaannya dituliskan
sebagai berikut.
Ph = Ο gh
dengan:
Ph = tekanan hidrostatis (N/m2),
Ο = massa jenis fluida (kg/m3),
g = percepatan gravitasi (m/s2), dan
h = kedalaman titik dari permukaan fluida (m).
5
Ketika botol yang memiliki empat lubang diberi air hingga penuh, pancaran air
yang mendarat di atas tanah dari pinggiran botol memiliki jarak pancaran yang sama
pada keempat lubang tersebut. Dapat kita simpulkan bahwa semua titik yang terletak
pada bidang datar yang sama di dalam zat cair yang sejenis memiliki tekanan (mutlak)
yang sama. Pernyataan inilah yang kita sebut sebagai hukum pokok hidrostatika. Hukum
pokok hidrostatik yaitu semua titik yang terletak pada suatu bidang datar di dalam zat
cair yang sejenis memiliki tekanan yang sama. Tekanan di suatu titik di dalam suatu
fluida yang sebenarnya disebut tekanan absolut. Apabila tekanan atmosfer di permukaan
zat cair ( P0) tidak di abaikan maka tekanan hidrostatis pada titik yang berada pada
kedalaman (h) zat cair tersebut, dihitung dengan persamaan :
P = PO + Ph = PO + Ο g h
Po = tekanan atmosfer atau tekanan udara luar
Semakin tinggi dari permukaan Bumi, tekanan udara akan semakin berkurang.
Sebaliknya, semakin dalam Anda menyelam dari permukaan laut atau danau, tekanan
hidrostatis akan semakin bertambah. Mengapa demikian? Hal tersebut disebabkan oleh
gaya berat yang dihasilkan oleh udara dan zat cair. Anda telah mengetahui bahwa lapisan
udara akan semakin tipis seiring bertambahnya ketinggian dari permukaan Bumi
sehingga tekanan udara akan berkurang jika ketinggian bertambah. Adapun untuk zat
cair, massanya akan semakin besar seiring dengan bertambahnya kedalaman. Oleh
karena itu, tekanan hidrostatis akan bertambah jika kedalaman bertambah.
Rumus Hukum Utama Hidrostatis
Hukum Utama Hidrostatika βTekanan hidrostatik pada sembarang titik yang
terletak pada satu bidang datar di dalam satu jenis zat cair yang diam, besarnya sama.β
6
Pada gambar di atas, titik A dan B terletak pada satu garis horizontal yang melalui batas
kedua zat cair. Karena terletak satu garis horisontal tekanan hidrostatiknya sama: P1 = P2
Jika dalam bejana berbentuk pipa U yang diameternya seragam, mula-mula kita isi air
kemudian salah satu pipa kita masukan minyak.
Maka menurut hukum utama hidrostatis
Οβππ di A (h1)= Οβππ di B (h2)
Οβππ A = Οβππ B
Οπππβ1=Οππ¦.g.β2
Οπππ β1=Οππ¦ β2, karena Οπππ = 1
Οππ¦= β1
β2
7
BAB II
ALAT DAN BAHAN
2.1 Alat Praktikum
1. Benang
2. Bejana dari logam
3. Bejana berhubungan (pipa U)
4. Gelas Piala 500ml
5. Neraca
6. Pipet tetes
2.2 Bahan Praktikum
1. Air
2. Minyak goreng
3. Minyak tanah
8
BAB III
METODE PERCOBAAN
3.1 Hukum Archimedes
1. Disiapkan neraca, gelas piala yang sudah diisi air dan benda dari logam yang akan
diukur kerapatannya
2. Ditimbanglah benda diudara, nyatakan sebagai W
3. Digantungkan benda pada tali pada neraca dengan seutas benang lalu dimasukkan ke
dalam air. Diusahakan benda tenggelam seluruhnya, tetapi tidak menyentuh gelas.
Lalu timbang berat benda di dalam air ini, nyatakan sebagai berat semu.
4. Dihitunglah berapa kerapatan benda (Οb) menurut persamaan (5) dan hitung
volumenya menurut persamaan
ππ =π
ππ. π
5. Diulangi percobaan 1 β 4 oleh mahasiswa yang hingga 5 kali
6. Dilakukan percobaan yang sama dengan logam yang lain
3.2 Hukum Utama Hidrosatis
1. Disiapkan pipa U, air, minyak goreng dan minyak tanah
2. Diisi pipa U dengan air secukupnya (kira β kira 10 cm)
3. Ditambahkan 10 tetes minyak goreng pada salah satu pipa dengan pipet, sehingga
seperti terlihat pada gambar 3
4. Dihitung berapa kerapatan minyak goring dengan menggunakan persamaan
βπππ
βππππ¦ππ
5. Ditambahkan lagi minyak goreng dan ukur kembali tinggi masing β masing zat cair
tersebut serta hitung kerapatannya. Lakukanlah penambahan dan perhitungan ini
hingga lima kali
6. Dilakukan percobaan 1 β 5 dengan menggunakan minyak tanah
9
BAB IV
HASIL DAN PENGAMATAN
4.1 Data Pengamatan
Keadaan ruangan P (cm)Hg T (C) C(%)
Sebelum percobaan 75,5 cmHg 27C 72%
Sesudah percobaan 75,5 cmHg 27C 74%
Minyak Tanah πl iteratur = 0,805 g/cm3
No Tetesan h air (cm) h minyak (cm) π minyak (gr/cm3)
1 20 2,4 cm 3,1 cm 0,774 gr/cm3
2 30 1,3 cm 1,6 cm 0,8125 gr/cm3
3 40 1,2 cm 1,6 cm 0,75 gr/cm3
4 50 1,9 cm 2,4 cm 0,791 gr/cm3
5 60 2,6 cm 3,3 cm 0,787 gr/cm3
6 70 3,1 cm 4,1 cm 0,756 gr/cm3
π± 0,778 gr/cm3
Minyak Goreng πl iteratur = 0,904 g/cm3
No Tetesan h air (cm) h minyak (cm) π minyak (gr/cm3)
1 20 2,1 cm 2,3 cm 0,913 gr/cm3
2 30 1,8 cm 2.2 cm 0,818 gr/cm3
3 40 2,9 cm 3,2 cm 0,906 gr/cm3
4 50 3,8 cm 4,4 cm 0,863 gr/cm3
5 60 4,4 cm 5,1 cm 0,862 gr/cm3
6 70 5,2 cm 5,8 cm 0,896 gr/cm3
π± 0,876 gr/cm3
4.2 Perhitungan
1. Minyak Tanah
Percobaan pertama
Jumlah tetesan = 20
h air = batas bawah minyak β batas atas air = 9,6 cm β 7,2 cm
= 2,4 cm h minyak = batas bawah minyak β batas atas minyak
=9,6 cm β 6,5 cm
= 3,1 cm
10
Massa jenis = π =βπππ
βππππ¦ππ
2,4
3,1 = 0,774 gr/cm3
Percobaan kedua
Jumlah tetesan = 30
h air = batas bawah minyak β batas atas air = 9,7 cm β 8,4 cm = 1,3 cm
h minyak = batas bawah minyak β batas atas minyak =9,7 cm β 8,1 cm
= 1,6 cm
Massa jenis = π =βπππ
βππππ¦ππ
1,3
1,6 = 0,8125 gr/cm3
Percobaan ketiga
Jumlah tetesan = 40 h air = batas bawah minyak β batas atas air
= 10,8 cm β 9,6 cm
= 1,2 cm h minyak = batas bawah minyak β batas atas minyak
=10,8 cm β 9,2 cm = 1,6 cm
Massa jenis = π =βπππ
βππππ¦ππ
1,2
1,6 = 0,75 gr/cm3
Percobaan keempat
Jumlah tetesan = 50 h air = batas bawah minyak β batas atas air
= 11,4 cm β 9,5 cm = 1,9 cm
h minyak = batas bawah minyak β batas atas minyak =11,4 cm β 9 cm = 2,4 cm
Massa jenis = π =βπππ
βππππ¦ππ
1,9
2,4 = 0,791 gr/cm3
Percobaan kelima
Jumlah tetesan = 60
h air = batas bawah minyak β batas atas air = 12 cm β 9,4 cm
= 2,6 h minyak = batas bawah minyak β batas atas minyak
=12 cm β 8,7 cm
= 3,3 cm
Massa jenis = π =βπππ
βππππ¦ππ
2,6
3,3 = 0,787 gr/cm3
11
Percobaan keenam
Jumlah tetesan = 70
h air = batas bawah minyak β batas atas air = 12,7 cm β 9,6 cm
= 3,1 cm h minyak = batas bawah minyak β batas atas minyak
=12,7cm β 8,6 cm
= 4,1 cm
Massa jenis = π =βπππ
βππππ¦ππ
3,1
4,1 = 0,756 gr/cm3
Rata-rata massa jenis minyak tanah
xΜ = 0,774+0,8125+0,75+0,791+0,787+0,756
6
xΜ = 0,778 Tingkat ketelitian minyak tanah, dapat dihitung dengan menggunakan cara :
= (1 β [Ο literaturβ Ο percobaan
Ο literatur]) π₯ 100%
= (1 β [0,805β0,778
0,805]) π₯ 100%
= 96,7%
2. Minyak goreng
Percobaan pertama
Jumlah tetesan = 20
h air = batas bawah minyak β batas atas air = 9,2cm β 7,1 cm = 2,1 cm
h minyak = batas bawah minyak β batas atas minyak = 9,2cm-6,9cm
= 2,3
Massa jenis = π =βπππ
βππππ¦ππ
2,1
2,3 = 0,913 gr/cm3
Percobaan kedua
Jumlah tetesan = 30 h air = batas bawah minyak β batas atas air
= 9,9 cm β 8,1 cm
= 1,8 cm h minyak = batas bawah minyak β batas atas minyak
=9,9 cm β 7,7 cm = 2,2 cm
Massa jenis = π =βπππ
βππππ¦ππ
1,8
2,2 = 0,818 gr/cm3
12
Percobaan ketiga
Jumlah tetesan = 40
h air = batas bawah minyak β batas atas air = 10,4cm β 7,5cm
= 2,9cm h minyak = batas bawah minyak β batas atas minyak
=10,4cm-7,2cm
= 3,2 cm
Massa jenis = π =βπππ
βππππ¦ππ
2,9
3,2 = 0,906 gr/cm3
Percobaan keempat
Jumlah tetesan = 50 h air = batas bawah minyak β batas atas air
= 11cm-7,2cm = 3,8cm
h minyak = batas bawah minyak β batas atas minyak
= 11cm-6,6cm = 4,4cm
Massa jenis = π =βπππ
βππππ¦ππ
3,8
4,4 = 0863 gr/cm3
Percobaan kelima
Jumlah tetesan = 60
h air = batas bawah minyak β batas atas air = 11,5cm-7,1cm = 4,4cm
h minyak = batas bawah minyak β batas atas minyak = 11,5cm-6,4cm
= 5,1cm
Massa jenis = π =βπππ
βππππ¦ππ
4,4
5,1 = 0,862 gr/cm3
Percobaan keenam
Jumlah tetesan = 70 h air = batas bawah minyak β batas atas air
= 12,1cm-6,9cm
= 5,2cm h minyak = batas bawah minyak β batas atas minyak
= 12,1cm-6,3cm = 5,8
Massa jenis = π =βπππ
βππππ¦ππ
5,2
5,8 = 0,896 gr/cm3
Rata β rata massa jenis minyak tanah
xΜ = 0,913+0,818+0,906+0,863+0,862+0,896
6
xΜ = 0,876
13
tingkat ketelitian minyak goreng, dapat dihitung dengan menggunakan cara :
= (1 β [Ο literaturβ Ο percobaan
Ο literatur]) π₯ 100%
= (1 β [0,904β0,876
0,904]) π₯ 100%
= 97%
14
BAB V
PEMBAHASAN
Pada praktikum kali ini dibutuhkan ketelitian yang tinggi, karena berkurang atau
bertambahnya 1ml saja mempengaruhi hasil ketelitian. seperti yang kita ketahui massa jenis
air lebih besar dibanding massa jenis minyak tanah dan minya goreng. hal ini dibuktikan pada
saat praktikum air selalu berada dibawah dan minyak berada diatas. Hukum Archimedes dan
hukum utama hidrostatis terjadi pada air, dimana pada saat benda dimasukkan dalam air
terjadi gaya angkat keatas dan adanya tekanan pada air.
Dengan adanya praktikum kali ini menggunakan hukum archimdes dan hukum utama
hidrostatis untuk mencari massa jenis. Untuk mendapatkan massa jenis tersebut, kita harus
meenghitung ketinggian air dan ketinggian minyak. Menghitung ketinggian air dengan cara
βbatas bawah minyak βbatas atas airβ sedangkan menghitung ketinggian minyak dengan cara
βbatas bawah minyak β batas atas minyakβ setelah kita mendapatkan hasilnya maka gunakan
rumus :
π =βπππ
βππππ¦ππ
Massa jenis suatu fluida dapat bergantung pada banyak factor seperti temperatur
fluida dan tekanan yang mempengaruhi fluida. Sehingga pada saat kita mengganti minyak
goreng dengan minyak tanah, pencucian pipa U Harus dicuci dengan bersih, agar pada saat
percobaan air dengan minyak tanah dapat dilakukan dengan baik dan benar. sehingga tingkat
ketilitan yang didapatkanpun sesuai dengan ππππ‘ππππ‘π’π minyak tanah dan minyak goreng.
Hasil tingkat ketelitian tidak boleh kurang dari 90%, jika iya maka ada kesalahan saat
praktikum. tidak hanya itu saja pada saat mencari massa jenis, hasil yang didapatkan tidak
akan jauh dari ππππ‘ππππ‘π’π minyak tanah dan minyak goren yang mana. massa jenis minyak
tanah πl iteratur = 0,805 g/cm3 dan massa jenis minyak goring πl iteratur = 0,904 g/cm3
15
BAB VI
KESIMPULAN
Dari hasil percobaan yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan:
1. Setiap fluida memiliki massa jenis yang berbeda-beda dan tidak akan sama dengan zat
yang lainnya.
2. Air yang berada didalam pipa U akan berubah ketinggiannya pada saat meneteskan
minyak goreng atau minyak tanah. ketinggia air dapat dihitung dengan mengurangi
batas bawah minyak dengan batas atas air dan ketinggian minyak sendiri dapat dihitung
dengan mengurangi batas bawah minya dan batas atas minyak
3. Massa jenis didapatkan dari hasil ketinggian air dibagi ketinggian minyak tanah/minyak
goreng.
4. Apabila kita kurang teliti pada saat melakukan percobaan, pada saat meneteskan
minyak goreng atau minyak tanah tiap tetesnya mempengaruhi hasil dan jika dari awal
sudah salah, maka hasil berikutnya pun akan didapatkan data yang salah juga.
5. Tiap ml nya mempengaruhi hasil massa jenis, dan semakin besar massa jenis yang
didapatkan atau melebihi massa jenis literature minyak tanah dan minyak goreng maka
tingkat ketelitian akan semakin jauh.
16
DAFTAR PUSTAKA
Alonso, Marcello dan Edward J. Finn. 1980. Dasar-Dasar Fisika Universitas. Jakarta:
Erlangga
Yas, Ali. 2013. Fisika 2 untuk SMA Kelas XI. Edisi kedua. Quadra
Bird, Tony. 1987. Kimia Fisik Untuk Universitas. Jakarta : PT. Gramedia