Wednesday, February 20, 2013
Hukum Archimedes
Hukum Archimedes
Hukum Archimedes
Pernahkah melihat kapal laut ? jika belum pernah melihat
kapal laut secara langsung, mudah-mudahan pernah melihat kapal laut melalui
televise. Coba bayangkan, kapal yang massanya sangat besar tidak tenggelam,
sedangkan sebuah batu yang ukurannya kecil dan terasa ringan bisa tenggelam.
Aneh bukan? Mengapa bisa demikian ?
Jawabannya sangat mudah jika memahami konsep pengapungan dan prinsip Archimedes. Pada kesempatan ini
kami ingin membimbing untuk memahami apa sesungguhnya prinsip archimedes.
Sebelum
membahas prinsip Archimedes lebih jauh, kami ingin mengajak kalian untuk
melakukan percobaan berikut ini.
1.3.1.
Tenggelam
Sebuah
benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat benda (w) lebih
besar dari gaya ke atas (Fa).
w
> Fa
ρb
X Vb X g > ρa X Va X g
ρb
> ρa
Volume
bagian benda yang tenggelam bergantung dari rapat massa zat cair (ρ)
1.3.2.
Melayang
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 = ρa X Va X g
ρb
= ρa
Pada
2 benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku :
(FA)tot
= Wtot
rc
. g (V1+V2+V3+V4+…..) = W1 + W2 + W3 + W4 +…..
1.3.3.
Terapung
Sebuah
benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung jika berat benda (w) lebih
kecil dari gaya ke atas (Fa).
w
= Fa
ρb
X Vb X g = ρa X Va X g
ρb
< ρa
Misal
: Sepotong gabus ditahan pada dasar bejana berisi zat cair, setelah dilepas,
gabus tersebut akan naik ke permukaan zat cair (terapung) karena :
FA
> Wrc . Vb . g > rb . Vb . grc $rb
Selisih
antara W dan FA disebut gaya naik (Fn).
Fn
= FA - W
Benda
terapung tentunya dalam keadaan setimbang, sehingga berlaku :
FA’
= Wrc . Vb2 . g = rb . Vb . g
Dengan
:
Ø FA’
= Gaya ke atas yang dialami oleh bagian benda yang tercelup di dalam zat cair.
Ø Vb1
= Volume benda yang berada dipermukaan zat cair.
Ø 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 :
·
Daya apung positif (positive bouyancy) : bila
suatu benda mengapung.
·
Daya apung negatif (negative bouyancy) : bila
suatu benda tenggelam.
·
Daya apung netral (neutral bouyancy) : bila
benda dapat melayang.
Bouyancy adalah suatu faktor yang sangat penting di dalam
penyelaman. Selama bergerak dalam air dengan scuba, penyelam harus
mempertahankan posisi neutral bouyancy.
a. Konsep
Melayang, Tenggelam dan Terapung.
Kapankah suatu benda dapat terapung, tenggelam dan melayang ?
·
Benda dapat terapung bila massa jenis benda
lebih besar dari massa jenis zat cair.
(miskonsepsi).
(miskonsepsi).
·
Benda dapat melayang bila massa jenis benda sama
dengan massa jenis zat cair.
(konsepsi ilmiah)
(konsepsi ilmiah)
·
Benda dapat tenggelam bila massa jenis benda lebih
besar dari massa jenis zat cair.
(konsepsi ilmiah).
·
Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi
oleh volume benda. (miskonsepsi).
·
Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi
oleh berat dan massa benda
b. Penerapan
Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-hari
1. Hidrometer
Hidrometer
adalah alat yang dipakai untuk mengukur massa jenis cairan. Nilai massa jenis
cairan dapat kita ketahui dengan membaca skala pada hidrometer. Misalnya,
dengan mengetahui massa jenis susu, maka dapat ditentukan kadar lemak dalam
susu, dan dengan mengetahui massa jenis zat cairan anggur, dapat ditentukan
kadar alkohol dalam cairan anggur.
Hidrometer umumnya digunakan untuk memeriksa muatan aki mobil.
Hidrometer terbuat dari tabung kaca dan desainnya memiliki tiga bagian.
Agar tabung kaca
terapung tegak di dalam zat cair, bagian bawah tabung haruslah dibebani dengan
butiran timbel. Diameter bagian bawah tabung juga harus dibuat lebih besar
supaya volum zat cair yang dipindahkan hidrometer lebih besar. Jadi, gaya apung
yang dihasilkan menjadi lebih besar sehingga hidrometer dapat mengapung di
dalam zat cair.
Perbedaan bacaan
pada skala untuk berbagai jenis cairan menjadi lebih jelas karena tangkai
tabung kaca didesain supaya perubahan kecil dalam berat benda yang dipindahkan
menghasilkan perubahan besar pada kedalaman tangkai yang tercelup di dalam
cairan.
Ø Prinsip
kerja Hidrometer :
Gaya ke atas = berat hidrometer
Vbf ρfg = w, w
hidrometer konstan
(Ahbf) ρf g = mg, sebab Vbf
= Ahbf
Ø Persamaan
Hidrometer :
hbf =
|
m
|
|
Aρf
|
|
|
|
|
|
Ket : hbf = tinggi tangkai yang tercelup (m)
m = massa hidrometer (kg)
A = luas tangkai (m2)
ρf =
massa jenis cairan (kg/m3)
Massa hidrometer
m dan luas tangkai A adalah tetap, sehingga tinggi tangkai yang tercelup di
dalam cairan hbf berbanding terbalik dengan massa jenis cairan ρf.
Jika massa jenis cairan kecil (ρf
kecil), tinggi hidrometer yang tercelup di dalam cairan besar (hbf besar).
Akan didapat bacaan skala yang menunjukkan angka yang lebih kecil.
2. Kapal
Laut
Massa jenis besi
lebih besar daripada massa jenis air laut, tetapi mengapa kapal laut yang
terbuat dari besi mengapung di atas air? Badan kapal yang terbuat dari besi
dibuat berongga. Ini menyebabkan volum air laut yang di pindahkan oleh badan
kapal menjadi sangat besar. Gaya apung sebanding dengan volum air yang
dipindahkan, sehingga gaya apung menjadi sangat besar. Gaya apung ini mampu
mengatasi berat total kapal sehingga kapal laut mengapung di permukaan laut.
Jika dijelaskan berdasarkan konsep massa jenis, maka massa jenis rata-rata besi
berongga dan udara yang menempati rongga masih lebih kecil daripada massa jenis
air laut. Itulah sebabnya kapal laut mengapung.
Ø Titik penting dalam stabilitas kapal
Diagram stabilitas kapal, pusat
gravitasi (G), pusat daya apung (B), dan Metacenter (M) pada posisi kapal tegak dan miring. Sebagai catatan, G pada posisi tetap sementara B dan M
berpindah kalau kapal miring. Ada tiga
titik yang penting dalam stabilitas kapal, yaitu:
§
G adalah titik pusat gravitasi
kapal.
§
B adalah titik pusat apung kapal.
§
M adalah metacenter kapal (titik
perpotongan garis vertikal B dengan garis pusat kapal).
Ø Bagaimana
kapal laut bisa tenggelam?
Jika M di bawah G, kopel menghasilkan torsi yang
searah dengan jarum jam. Torsi ini justru membuat kapal lebih miring lagi, dan
keseimbangan menjadi tidak stabil sehingga dapat membuat kapal tenggelam. Untuk
kestabilan maksimal, haruslah G rendah dan M tinggi.
3.
Kapal
Selam
Kapal selam adalah kapal laut yang dapat berada dalam
tiga keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam. Ketiga keadaan ini
dapat dicapai dengan cara mengatur banyaknya air dan udara dalam badan kapal
selam.
Pada badan kapal selam terdapat tangki pemberat yang
dapat diisi udara atau air. Tangki ini terletak di antara lambung sebelah dalam
dan lambung sebelah luar. Ketika kapal selam ingin terapung maka tangki
tersebut harus berisi udara. Ketika akan melayang, udaranya dikeluarkan dan
diisi dengan air sehingga mencapai keadaan melayang. Jika ingin tenggelam maka
airnya harus lebih diperbanyak lagi.
4. 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.
Secara sepintas, mungkin kamu tidak melihat hubungan
antara balon udara yang naik tinggi di angkasa dengan kapal selam yang menyelam
di lautan. Sebenarnya, kapal selam maupun balon udara harus diatur beratnya
untuk naik, turun, ataupun melayang pada ketinggian atau kedalaman tertentu.
Beratnya diatur berdasarkan besar gaya apungnya.
Catatan :
·
Pada cairan bisa
terjadi hanya sebagian benda yang tercelup dalam cairan, hingga Vbf
belum tentu sama dengan Vb. Dalam udara, volum benda yang tercelup
selalu sama dengan volum benda (Vbf = Vb).
·
Massa jenis gas
panas lebih kecil daripada massa jenis udara
0 Response to "Hukum Archimedes"
Post a Comment