Laporan Praktikum Fluida Statis dan Hukum Archimedes

Praktikum hukum Archimedes bertujuan untuk mengukur besar gaya apung yang dialami oleh benda yang tenggelam dalam sebuah zat fluida. Menurut Archimedes, besar gaya apung yang dialami setara dengan berat dari zat cair yang pindahkan.

Fluida Statis dan Hukum Archimedes

Bab. Pendahuluan

A. Latar Belakang

Fluida berasal dari bahasa yunani yang berarti mengalir atau zat yang mengalir. Zat-zat yang dapat mengalir secara umum terdiri dari 2 wujud yakni cair (liquid) dan gas. Sebuah zat dapat dikategorikan sebagai fluida ketika partikel-partikel nya bisa dengan mudah berpindah.

Besar gaya apung dari sebuah fluida bergantung dari ukuran benda dan kerapatan benda itu sendiri. Gaya apung pertama kali diamti oleh Archimedes sekitar 2 abad SM. Archimedes menemukan gaya ini secara tidak sengaja ketika ia berendam dalam kolam dan melihat sejumlah besar air keluar dari kolam setiap kali ia turun. Hal ini membaut Archimedes menemukan prinsip bahwa besar gaya apung yang dialami oleh benda yang tercelup sebagaian atau seluruh nya ke dalam zat cair sama dengan berat zait yang cair yang dipindahkan.

F_a = W_f

Prinsip Archimedes ini kemudian diterapkan di banyak bidang teknik. Salah satunya adalah pembuatan kapal baik kapal yang terapung dan kapal selam. Princip Archimedes membuktikan bahwa massa jenis total sistem ikut berperan dalam menentukan posisi tenggelam atau tidaknya benda di fluida. Prinsip kemudian diperbaiki oleh Newton dimana sebuah benda dapat terapung jika gaya apung lebih besar dari gaya berat benda.

B. Rumusan Masalah

1. Seberapa besarkah berat zat cair yang dipindahkan ketika sebuah benda tercelup ke dalam sebuah Fluida?
2. Seberapa besarkah berat benda yang tercelup ke dalam Fluida?
3. Bagaimanakah hubungan antara berat fluida yang dipindahkan dan gaya apung benda?

C. Tujuan Praktikum

1. Menukur berat zair yang dipindahkan ketika sebuah benda dicelupkan ke dalam sebuah benda
2. Mengukuran berat benda yang tercelup ke dalam fluida
3. Mengetahui hubungan antara berat fluida yang dipindahkan dan gaya apung benda.

Bab II. Landasan Teori

A. Fluida

Fluida merupakan fase dimana sebuah zat dapat mengalir. Pada umumnya Fluida berbentuk cair dan gas. Kedua fase dari zat ini memiliki gaya tarik antar partikel yang lemah sehingga bisa dengan berpindah dari satu tempat ke tempat lain. (Giancoli, 2014). Fluida dapat ditinjau dalam dua bentuk yakni fluida statis atau fluida dalam keadaan diam dan fluida dalam keadaan bergerak atau fluida dinamis.

Fluida Statis adalah fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam) atau fluida dalam keadaan bergerak tetapi tak ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut atau bisa dikatakan bahwa partikel-partikel fluida tersebut bergerak dengan kecepatan seragam sehingga tidak memiliki gaya geser (Malik, 2014).

B. Karakteristik Fisis Fluida

a. Massa Jenis

Massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya (Malik, 2014). Secara matematis, massa jenis dituliskan sebagai berikut.

\rho =\frac{m}{V}

Keternagan

m : Massa (kg)
V : Volume (m³)
ρ : Massa jenis (kg/m³)

Satuan Sistem Internasional untuk massa jenis adalah kilogram per meter kubik (kg/m3). Untuk satuan CGS alias centimeter, gram dan sekon, satuan Massa jenis dinyatakan dalam gram per centimeter kubik (gr/cm3) (Lohat, 2009).

Tabel 1. Massa Jenis atau Kerapatan Massa (Density)

b. Tegangan permukaan

Tegangan permukaan adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis.Tegangan permukaan disebabkan oleh interaksi molekul-molekul zat cair dipermukaan zat cair (Malik, 2014)..

c. Kapilaritas

Kapilaritas merupakan Kenaikan atau penurunan zat cair pada suatu benda disebabkan oleh adanya tegangan permukaan yang bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa (Malik, 2014)

d. Viskositas

Viskositas merupakan pengukuran dari ketahanan fluida yang diubah baik dengan tekanan maupun tegangan. Seluruh fluida (kecuali superfluida) memiliki ketahanan dari tekanan dan oleh karena itu disebut kental, tetapi fluida yang tidak memiliki ketahanan tekanan dan tegangan disebut fluide ideal (Malik, 2014).

B. Tekanan Hidrostatis

Menurut Malik, (2014). Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah air. 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).

Rumus:  p= F/A

p= massa x gravitasi bumi / A

m = ρ V,

persamaan tekanan oleh fluida dituliskan sebagai : p =  ρVg / 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 = \rho (Ah)\frac{g}{A}=ρgh

Jika tekanan hidrostatis dilambangkan dengan ph, persamaannya dituliskan sebagai berikut.

 dengan:

p_h = tekanan hidrostatis (N/m²),

ρ = massa jenis fluida (kg/m³),

g = percepatan gravitasi (m/s²), dan

h = kedalaman titik dari permukaan fluida (m).

C. Hukum Archimedes

Menurut Ksissantono, dkk. (2012), Hukum Archimedes menyatakan bahwa “gaya ke atas pada suatu benda yang dicelupkan dalam sebuah fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut”.

Secara matematis, dapat ditulis sebagai berikut:

Prinsip Archimedes

Prinsip hukum archimedes ketika kita menimbang batu di dalam air, berat batu yang terukur pada timbangan pegas menjadi lebih kecil dibandingkan dengan ketika kita 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. (Malik, 2014)

Benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tengggelam, melayang, dan terapung tergantung massa jenisnya.

1. Benda terapung

Gaya Apung adalah gaya berarah keatas yang dikerjakan fluida pada benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya dalam fluida. Gaya apung adalah selisih berat benda di udara dengan berat benda dalam fluida

Hukum Turunan Archimedes

Hukum turunan archimedes berdasarkan bunyi dan rumus hukum Archimedes, suatu benda yang akan terapung, tenggelam atau melayang didalam zat cair tergantung pada gaya berat dan gaya keatas. Maka dari itu, berdasarkan hukum diatas, terciptalah 3 hukum turunan dari hukum Archimedes yang berbunyi:

1. Benda akan terapung jika massa jenis benda yang dimasukan kedalam air lebih kecil dari massa jenis zat cairnya
2. Benda akan melayang jika massa jenis benda yang dimasukan kedalam air sama dengan massa jenis zat cairnya
3. Benda akan tenggelam jika massa jenis benda yang dimasukan kedalam air lebih besar dari pada massa jenis

D. Hukum Pascal

Prinsip Pascal menyatakan bahwa “tekanan yang diberikan pada cairan dalam suatu tempat tertutup akan diteruskan sama besar ke setiap bagian fluida dan dinding wadah” (Lohat, 2009)

Secara matematis dapat ditulis:

P₁ = P₂

Penerapan Prinsip Pascal

Berpedoman pada prinsip Om Pascal ini, manusia telah menghasilkan beberapa alat, baik yang sederhana maupun canggih untuk membantu mempermudah kehidupan. Beberapa di antaranya adalah Dongkrak Hidrolik, Lift Hidrolik, Rem Hidrolik dkk (Lohat, 2009).

Bab III. Metode Praktikum

A. Alat dan Bahan

1. Alat

1. Neraca Pegas
2. Statif dan Klem
3. Beker Gelas 250 mL
4. Beker Gelas 500 mL
5. Beker Gelas 1000 mL
6. Pengaduk

2. Bahan

1. Telur
2. Benang
3. Air
4. Minya Gorang
5. Garam
6. Kaca
7. Bata Merah
8. Batu
9. Kayu
10. Kunci
11. Es Batu
12. Deterjen

B. Langkah Kerja

1. Praktikum 1

1. Menyiapkan seluruh alat dan bahan yang akan digunakan
2. Memasang statif dan meletakkan klem diujung statif kemudian memadang spring balance newton.
3. Mengikat bahan yang akan digunakan menggunakan benang. Bahan yang akan digunakan yaitu: kaca, bata merah, batu, telur, kayu, dan kunci
4. Menggantungkan kaca yang telah diikat benang pada spring balance newton.
5. Mengukur berat benda di udara (Wu) dalam satuan newton, kemudian mencatat dalam tabel.
6. Mengukur berat benda di air (Wa) dalam satuan newton, dengan cara memasukkan benda kedalam gelas beker yang telah terisi air dengan posisi benda melayang. Kemudian mencatat dalam tabel.
7. Langkah d-f diulang untuk benda yang lain (batu merah.batu,telur, dan kayu).

Tabel 1. Pengukuran Volume Benda yang Tidak Beraturan

2. Praktikum 2

1. Menyiapkan alat dan bagan yang akan digunakan.
2. Mengisi 3 gelas beker ukuran 500 ml dengan air sebanyak 300 ml untuk masing-masing gelas beker.
3. Memberi tanda untuk masing-masing gelas beker.
4. Memasukkan garam sebanyak 3 sendok kedalam gelas 2, selanjutnya mengaduk air + garam sampai merata.
5. Memasukkan garam sebanyak 6 sendok kedalam gelas 3, selanjutnya mengaduk air + garam sampai merata.
6. Memasukkan satu telur kedalam masing-masing gelas beker.
7. Mengamati reaksi telur yang terjadi, selanjutnya mencatat hasil pengamatan ke dalam tabel 2.
8. Mengeluarkan telur dari dalam gelas.
9. Menambahkan air hingga volume air yang tanpa diberi garam dengan larutan garam memiliki volume sama yaitu 350 ml, selanjutnya mengaduk kembali larutan garam.
10. Memasukkan kembali telur yang sama kedalam masing-masing gelas beker, selanjutnya menulis hasil pengamatan ke dalam tabel 2.

Tabel 2. Pengamatan Reaksi Benda dalam Zat Cair

3. Praktikum 3

1. Menyiapakan alat dan bahan yang akan digunakan.
2. Memotong es batu kecil-kecil dengan ukuran yang hampir sama.
3. Memberi tanda pada tiga gelas beker ukuran 250 ml
4. Mengisi gelas beker satu dengan 100 ml air
5. Mengisi gelas beker dua dengan 50 ml air + 50 ml minyak
6. Mengisi gelas beker tiga dengan 100 ml minyak
7. Memasukkan es batu kedalam gelas satu
8. Mengamati reaksi yang terjadi, selanjutnya mencatat hasil pengamatan ke dalam tabel 3.
9. Melakukan langkah g – h untuk gelas 2 dan 3.
10. Menambahkan deterjen kedalam gelas satu yang kemudian disebut gelas empat sampai volume gelas mencapai 200 ml
11. Memasukkan es batu kedalam gelas empat
12. Mengamati reaksi yang terjadi, selanjutnya mencatat hasil pengamatan ke dalam tabel 3.
13. Menambahkan detergen  kedalam gelas dua yang kemudian disebut gelas lima sampai volume gelas mencapai 150 ml dan mengaduk sampai rata.
14. Memasukkan es batu kedalam gelas lima.
15. Mengamati reaksi yang terjadi, selanjutnya mencatat hasil pengamatan ke dalam tabel 3.

Tabel 3. Pengamatan Reaksi Benda dalam Zat Cair

Bab IV. Pembahasan

A. Hasil Percobaan

1. Pengukuran Volume Benda yang tidak Beraturan Menggunakan Hukum Archimedes

Tabel 1. Pengukuran Volume Benda yang Tidak Beraturan

2. Mengamati Reaksi Benda berupa Telur yang Dicelupkan ke dalam Zat Cair berupa Air dan Larutan Garam Berdasarkan Prinsip Hukum Archimesdes

Tabel 2. Pengamatan Reaksi Telur dalam Zat Cair

3. Mengamati Reaksi Benda berupa Es Batu yang Dicelupkan ke dalam Zat Cair berupa Air, Minyak, Detergen Berdasarkan Prinsip Hukum Archimesdes

Tabel 3. Pengamatan Reaksi Es Batu dalam Zat Cair

B. Analasis Data

Menghitung volume benda tidak beraturan di dalam air dapat dilakukan sebagai berikut. Menghitung Volume Kaca di dalam Cat Zair

Diketahui :

 = 0,2 N

  = 0,1 N

g = 9,8 m/

 = 1000 kg/m³

Ditanya :

Jawab :

=  –
= 0,2 – 0,1
= 0,1 N

= 1000(9,8)
= 0,1 : 980
= 0,000102 m³

Berdasarkan hasil perhitungan di atas dapat diketahui volume benda berupa kaca adalah 0,000102 m³

Selain menghitung volume kaca dilakukan juga perhitungan volume benda yang lain dengan langkah-langkah yang serupa.

B. Pembahasan

Berdasarkan praktikum satu, dapat diketahui bahwa berat benda diudara lebih ringan dibandingkan dengan berat benda saat dimasukkan ke dalam zat cair berupa air. Berdasarkan lima benda dengan berat berbeda yang memiliki berat di udara paling besar adalah telur 0,7 N dan terendah adalah kayu 0,05 N. Sedangkan, berat benda di dalam zat cair paling besar adalah batu dan batu merah 0,2 N dan terendah adalah kayu 0N. berat benda di udara dan berat benda di dalam zat cair dapan digunakan untuk menentukan gaya apung benda. Semakin besar gaya apung suatu benda maka volume benda akan semakin besar dan semakin kecil gaya apung suatu benda maka volume benda akan semakin kecil.

Berdasarkan praktikum dua, dapat diketahui bahwa telur yang dimasukkan kedalam air mineral akan menyebabkan telur tenggelam, hal ini dapat disebabkan karena masa jenis air lebih kecil dari pada masa jenis telur. Pada saat telur dimasukkan ke dalam gelas dua maka telur akan melayang, hal ini disebabkan karena masa jenis air sama dengan massa jenis larutan garan digelas dua. Sedangkan, pada saat telur dimasukkan ke dalam gelas tiga maka telur akan mengapung, hal ini dikarenakan kadar garam dalam larutan garam digelas tiga sangat tinggi dan massa jenis air lebih tinggi lebih besar dibandingkan dengan larutan garam dalam gelas tiga. Sehingga, dapat diketahui bahwa massa jenis benda mempengaruhi terhadap reaksi suatu benda.

Berdasarkan praktikum tiga, dapat diketahui bahwa es batu yang dimasukkan ke dalam air akan tenggelam, dimasukkan ke dalam air yang dicampur minyak akan melayang, dimasukkan ke dalam minyak akan tenggelam, dimasukkan ke dalam air yang dicampur dengan deterjen akan terapung, dan es batu yang dimasukkan ke dalam air yang dicampur dengan minyak dan deterjen akan terapung. Hal ini disebabkan karena massa jenis benda yang berbeda seperti halnya pada praktikum dua.

Bab V. Penutup

Berdasarkan praktikum di atas dapat dibuktikan kebenaran prinsip hukum Archimedes. Ketika kita menimbang benda di dalam air, berat benda yang terukur pada timbangan pegas menjadi lebih kecil dibandingkan dengan ketika kita menimbang batu di udara (tidak di dalam air). Benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tengggelam, melayang, dan terapung tergantung massa jenisnya. Jika massa jenis zat cair lebih besar dibagingkan dengan massa jenis benda maka benda akan terapung, massa jenis zat cair lebih kecil dibandingkan massa jenis benda maka benda akan tenggelan, sedangkan apabila massa jenis zat cair sama dengan massa jenis benda maka benda akan melayang.

DAFTAR PUSTAKA

Giancoli, Douglas C.. 2014. Fisika: Prinsip dan Aplikasi Edisi ke 7 Jilid 1. Jakarta: Erlangga

Krissantono, dkk. 2012. Fisika. Solo: CV. HaKaMJ

Lohat, Alexander San. 2009. Modul Fluida Statis. GuruMuda.com. diakses pada tanggal 27 Maret 2015.

Malik. 2014. Laporan Fluida Statis. http://bunpedek.blogspot.com/2014/03/laporan-praktikum-fisika-tentang-fluida.html. diakses pada tanggal 27 Maret 2015.

Munasir. 2004. Modul Fluida Statis. Kode Fis.13. Bagian Proyek Pengembangan Kurikulum, Dikdasmen, Departemen Pendidikan Nasional.

Syafar, Asyfa. 2013. Makalah Fisika Dasar Fluida Statis dan Dinamis. http://asfarsyafar.blogspot.com/2013/10/makalah-fisika-dasar-fluida-statis-dan.html