Fluida
149
Anda telah mengetahui bahwa suatu benda yang berada di dalam fluida dapat terapung, melayang, atau tenggelam. Agar Anda dapat mengingat
kembali konsep Fisika dan persamaan yang digunakan untuk menyatakan ketiga perisiwa tersebut, pelajarilah uraian berikut.
a. Terapung
Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan terapung jika massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis fluida
ρ
b
ρ
f
. Massa jenis benda yang terapung dalam fluida memenuhi persamaan berikut.
= ρ
ρ
bf b
f b
V V
7–10 atau
= ρ
ρ
bf b
f b
h h
7–11 dengan: V
bf
= volume benda yang tercelup dalam fluida m
3
, V
b
= volume benda m
3
, h
bf
= tinggi benda yang tercelup dalam fluida m, h
b
= tinggi benda m,
ρ
b
= massa jenis benda kgm
3
, dan
ρ
f
= massa jenis fluida kgm
3
. Sebuah balok kayu
ρ
= 0,6 kgm
3
bermassa 60 g dan volume 100 cm
3
dimasukkan ke dalam air. Ternyata, 60 cm
3
kayu tenggelam sehingga volume air yang dipindahkan sebesar 60 cm
3
0,6 N .
b. Melayang
Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan melayang jika massa jenis benda sama dengan massa jenis fluida
ρ
b
=
ρ
f
. Dapatkah Anda memberikan contoh benda-benda yang melayang di dalam zat cair?
c. Tenggelam
Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan tenggelam jika massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis fluida
ρ
b
ρ
f
. Jika benda yang dapat tenggelam dalam fluida ditimbang di dalam fluida tersebut, berat
benda akan menjadi w
bf
= w – F
A
7–12 atau
w
bf
=
ρ
b
–
ρ
f
V
b
g 7–13
dengan: w
bf
= berat benda dalam fluida N, dan w
= berat benda di udara N.
6. Isilah kedua bejana identik dengan air sampai penuh. Kemudian, secara perlahan masukkan beban ke dalam salah satu bejana, sambil menampung air
yang tumpah dari dalam bejana. 7. Amatilah posisi neraca sama lengan setelah beban berada di dalam salah satu
bejana. 8. Hitunglah volume beban yang digunakan, kemudian bandingkan volume
tersebut dengan volume air yang dipindahkan ketika beban dimasukkan ke dalam air.
9. Apakah yang dapat Anda simpulkan? 10. Diskusikanlah bersama teman kelompok dan guru Fisika Anda.
Gambar 7.13
Balok kayu bervolume 100 cm
3
dimasukkan ke dalam air.
100 cm
3
Sumber: icroso t ncarta, 2004
Praktis Belajar Fisika untuk Kelas XI
150
Gambar 7.14
a Balok aluminium dengan volume 100 cm
3
di udara. b Balok aluminium dengan
volume 100 cm
3
ditimbang di dalam air Apakah
beratnya sama?
100 cm
3
100 cm
3
a b
Sumber: icroso t ncarta, 2004
Perhatikanlah Gambar 7.14. Aluminium
ρ
= 2,7 gcm
3
yang bermassa 270 g dan memiliki volume 100 cm
3
, ditimbang di udara. Berat aluminium tersebut sebesar 2,7 N. Ketika penimbangan dilakukan di dalam air, volume
air yang dipindahkan adalah 100 cm
3
dan menyebabkan berat air yang dipindahkan sebesar 1 N m =
ρ
V dan w = mg. Dengan demikian, gaya ke
atas F
A
yang dialami aluminium sama dengan berat air yang dipindahkan, yaitu sebesar 1 N. Berat aluminium di dalam air menjadi
w
bf
= w – F
A
= 2,7 N – 1 N = 1,7 N
Sebuah batu memiliki berat 30 N Jika ditimbang di udara. Jika batu tersebut ditimbang di dalam air beratnya = 21 N. Jika massa jenis air adalah 1 gcm
3
, tentukanlah:
a. gaya ke atas yang diterima batu,
b. volume batu, dan
c. massa jenis batu tersebut.
Jawab Diketahui: w = 30 N, w
bf
= 21 N, dan
ρ
air
= 1 gcm
3
. w
= 30 N
N m s
w → =
= =
2
30 3
10 m
g
kg
ρ
air
= 1 gcm
3
= 1.000 kgm
3
a. w
bf
= w – F
A
21 N = 30 N – F
A
F
A
= 9 N b.
F
A
=
ρ
air
V
batu
g 9 N = 1.000 kgm
3
V
batu
10 ms
2
V
batu
= 9 × 10
–4
m
3
c.
batu
kg m ρ
−
= =
= × ×
4 3
4 3
3 kg 1
10 9 10 m
3 m
V = 3.333,3 kgm
3
.
Contoh
7.6
Sebuah bola logam padat seberat 20 N diikatkan pada seutas kawat dan dicelupkan ke dalam minyak
ρ
minyak
= 0,8 gcm
3
. Jika massa jenis logam 5 gcm
3
, berapakah tegangan kawat?
Jawab Diketahui: w
bola
= 20 N,
ρ
minyak
= 0,8 gcm
3
, dan
ρ
logam
= 5 gcm
3
. Berdasarkan uraian gaya-gaya yang bekerja pada bola, dapat dituliskan persamaan
T + F
A
= w T
= w – F
A
= w –
ρ
minyak
V
bola
g T
= w –
ρ
minyak
m ρ
⎛ ⎞
⎜ ⎟
⎝ ⎠
bola bola
g T
= 20 N – 800 kgm
3
kg kg cm
⎛ ⎞
⎜ ⎟
⎝ ⎠
3
2 5.000
10 ms
2
T = 16,8 N.
T m
w F
A
Contoh
7.7
Fluida
151
Sebuah benda dimasukkan ke dalam air. Ternyata, 25 dari volume benda terapung di atas permukaan air. Berapakah massa jenis benda tersebut?
Jawab:
Diketahui: V
benda terapung
= 25. w
benda
= F
A
mg =
ρ
air
V
benda tercelup
g
ρ
air
V
benda
g =
ρ
air
V
benda tercelup
g
ρ
benda
benda tercelup air
benda
ρ =
V V
= 1 gcm
3
75 100
= 0,75 gcm
3
. W
25
75 F
A
Contoh
7.9
Sebuah benda memiliki volume 20 m
3
dan massa jenisnya = 800 kgm
3
. Jika benda tersebut dimasukkan ke dalam air yang massa jenisnya 1.000 kgm
3
, tentukanlah volume benda yang berada di atas permukaan air.
Jawab Diketahui: V
benda
= 20 m
3
,
ρ
benda
= 800 kgm
3
, dan
ρ
air
= 1.000 kgm
3
. Volume air yang dipindahkan = volume benda yang tercelup
F
A
=
ρ
air
V
air-pindah
g = berat benda =
ρ
air
V
bagian tercelup
g = mg
ρ
air
V
bagian tercelup
=
ρ
benda
V
benda
1 kgm
3
V
bagian tercelup
= 800 kgm
3
20 m
3
V
bagian tercelup
= 16 m
3
V
muncul
= 20 m
3
– 16 m
3
= 4 m
3
.
Contoh
7.8
Penaik air ini adalah alat yang diciptakan oleh Archimedes
untuk menaikkan air dari sungai atau kanal. Prinsip dasar dari
alat ini adalah bidang miring yang disusun menjadi pilinan
heliks. Apabila pegangan di ujung tabung di putar, pilinan
tersebut akan mengangkat air ke atas.
Sumber: Jendela Iptek,
Penaik Air
J e l a j a h
F i s i k a
7. Aplikasi Hukum Archimedes
Hukum Archimedes banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari, di antaranya pada hidrometer, kapal laut, kapal selam, balon udara, dan
galangan kapal. Berikut ini prinsip kerja alat-alat tersebut.
a. Hidrometer
Hidrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Proses pengukuran massa jenis zat cair menggunakan hidrometer
dilakukan dengan cara memasukkan hidrometer ke dalam zat cair tersebut. Angka yang ditunjukkan oleh hidrometer telah dikalibrasi sehingga akan
menunjukkan nilai massa jenis zat cair yang diukur. Berikut ini prinsip kerja hidrometer.
Gaya ke atas = berat hidrometer F
A
= w
hidrometer
ρ
1
V
1
g = mg
Oleh karena volume fluida yang dipindahkan oleh hidrometer sama dengan luas tangkai hidrometer dikalikan dengan tinggi yang tercelup maka
dapat dituliskan ρ
1
Ah
1
= m h
1
=
f
m A
ρ 7–14
Sumber: Jendela Iptek, 1997
Gambar 7.15
Hidrometer
