5. Gambar di samping melukiskan sebuah pipa
U mula-mula diisi dengan zat cair dengan massa jenis ρ
1
, setelah kaki kiri pipa U diisi dengan zat cair dengan massa jenis ρ
2
se- tinggi h
2
, ternyata selisih tinggi permukaan zat cair pertama pada kaki kiri dan kaki
kanan setinggi h
1
. Berdasarkan hukum utama hidrostatis, buktikan bahwa:
ρ
1
. h
1
= ρ
2
. h
2
3. Hukum Pascal
Gambar 7.3 Alat penyemprot Pascal
Gambar 7.3 melukiskan bahwa jika klep penyumbat pada alat penyemprot pascal ditekan ternyata zat cair yang berada di dalam alat penyemprot Pascal
keluar melalui lubang dengan kecepatan yang sama. Hal tersebut menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair yang berada di dalam ruang
tertutup akan diteruskan oleh zat cair itu ke segala arah dengan sama rata.
Kegiatan 7.2
Diskusikan hal-hal berikut bersama kelompok Anda 1. Sebutkan 3 alat yang bekerja berdasarkan hukum Pascal
2. Gambar di samping melukiskan bejana
berhubungan diisi dengan zat cair dan ditutup dengan klep. Jika pada penam-
pang kecil dengan luas A
1
diberi gaya F
1
, maka penampang besar dengan luas A
2
, mendapat gaya F
2
. Berdasarkan hukum Pascal, buktikan
bahwa F
A F
A
1 1
2 2
=
A
1
F
2
F
1
A
2
h
2
h
1 A
B
ρ
1
ρ
1
Fisika SMAMA Kelas XI
153
Di unduh dari : Bukupaket.com
Fluida
154 4. Hukum Archimides
Jika kita mengangkat benda di dalam zat cair, terasa lebih ringan dibanding jika kita mengangkat benda tersebut di udara.
Hal tersebut dapat terjadi karena pada saat benda tersebut berada di dalam zat cair mendapat gaya ke atas yang disebut gaya archimides.
Seberapa besar gaya archimides tersebut? Lakukan percobaan berikut
Percobaan 7.1:
Gaya archimides
a b
c
Ukurlah berat beban dengan neraca pegas di udara gambar a dan catatlah hasil- nya, Wu = ... Newton. Ukurlah berat beban dengan neraca pegas di mana beban di
dalam air dalam gelas berpancur gambar b dan catatlah hasilnya, Wa = ... Newton. Ukurlah berat air yang tumpah pada gelas ukur dengan neraca duduk gambar c dan
catatlah hasilnya, W = ... Newton. Masukkan data-data yang Anda dapatkan di atas dalam tabel. Adapun kolom-kolom pada tabel yang dibuat adalah: Berat benda di
udara, Berat benda di air W
a
, Berat air yang dipindahkan benda W, dan W
u
- W
a
. Buatlah kesimpulan dari percobaan di atas
Catatan: selisih berat benda di udara dan berat benda di air sama dengan gaya archimides yang dialami benda di air.
Berdasarkan hukum archimides, Benda di dalam zat cair baik sebagian ataupun seluruhnya akan mengalami gaya ke atas sebesar berat zat cair yang
dipindahkan oleh benda tersebut.
1 2
3 4
5
15 11
12 13
14 10
9 7
8 5
6 2
3 4
1
beban
1111 2
4 5
1 2
4 5
1 2
3 4
5
1111 2
4 5
1 2
4 5
beban A
2
Di unduh dari : Bukupaket.com
Fisika SMAMA Kelas XI
155
F
A
= gaya archimides gaya ke atas V
c
= volume zat cair yang dipindah- kan benda
ρ = massa jenis zat cair
g = percepatan gravitasi
Catatan: a. Volum zat cair yang dipindahkan oleh benda sebesar volum benda yang
masuk ke dalam zat cair. b. Dalam keadaan seimbang F
A
= W W = berat benda
Percobaan 7.2:
Gaya Archimides Siapkan tabung kaca yang terbuka pada kedua ujungnya, tutup yang diikat
dengan benang, dan air dalam wadah secukupnya.
a b
c
Langkah-langkah: Tutuplah ujung bawah tabung kaca dengan penutup dan tahanlah dengan
memegang ujung benang yang bebas beberapa saat. Kemudian lepaskan ujung tali yang Anda pegang. Apa yang terjadi dengan penutup?
Ulangi kegiatan paragraf dua, kemudian masukkan tabung kaca yang tertutup ke dalam wadah yang berisi air, kemudian lepaskan ujung benang yang Anda pegang.
Apa yang terjadi dengan penutup? Dalam keadaan b isilah tabung kaca dengan air melalui ujung atas sampai sesaat tutup akan lepas dan perhatikan tinggi air dalam
tabung sampai saat tutup akan lepas. Berapakah tinggi air dalam tabung kaca? Apa kesimpulan Anda?
Gambar 7.4 Gaya archimides
F
A
= ρ . V
c
. g
F
A
V
1
V
2
W
Di unduh dari : Bukupaket.com
Dengan adanya gaya ke atas gaya archimides yang bekerja pada benda yang berada di dalam zat cair, maka ada 3 kemungkinan keadaan benda di
dalam zat cair, yaitu mengapung, melayang, atau tenggelam. Keterangan:
- Benda A terapung dalam zat cair
- Benda B melayang dalam zat cair
- Benda C tenggelam dalam zat cair
- Untuk benda A, dalam keadaan
seimbang
Gambar 7.5
F
A
= W ρ
c
. V
2
. g = ρ
b
. V
b
. g →ρc = massa jenis zat cair ρ
c
. V
2
= ρ
b
. V
b
ρ b = massa jenis benda
V
2
= volum benda yang tercelup di dalam zat cair V
b
= volum benda Karena V
2
V
b
maka ρ
c
ρ
b
Dengan demikian syarat benda terapung dalam zat cair jika ρ
c
ρ
b
Dari analogi di atas, buktikan syarat dari: a benda melayang di dalam zat cair jika ρ
c
= ρ
b
b benda tenggelam di dalam zat cair jika ρ
c
ρ
b
Contoh Soal 7.2
1. Pada sebuah pipa U mula-mula dimasukkan air, kemudian pada kaki kiri pipa U dimasukkan lagi suatu zat cair setinggi 20 cm yang menyebabkan
tinggi permukaan air pada kaki kanan pipa U lebih tinggi 16 cm terhadap permukaan air yang ada pada kaki kiri pipa U. Jika massa jenis air = 1
grcm
3
, maka berapakah massa jenis zat cair tersebut? Penyelesaian
Diketahui: h
1
= 16 cm ; h
2
= 20 cm ; ρ
1
= 1 grcm
3
Ditanya: ρ
2
Jawab: Pa = Pb
ρ
2
. h
2
= ρ
1
. h
1
ρ
2
. 20 = 1 . 16 ρ
2
= 0,8 grcm
3
zat cair β
ρ
1
a au
h h
1
h
2
F
A
V
1
V
2
W A
F
A
B W
F
A
N C
W
Fluida
156
Di unduh dari : Bukupaket.com
2. Sebuah dongkrak hidrolik mempunyai dua buah torak yang masing- masing luas penampangnya 25 cm
2
dan 45 cm
2
. Pada torak yang kecil diberi gaya sebesar 200 N ke bawah. Berapakah gaya yang bekerja pada
torak yang besar? Penyelesaian
Diketahui: A
1
= 25 cm
2
; A
2
= 45 cm
2
; F
1
= 200 N Ditanya: F
2
Jawab :
3. Sebuah kempa hidrolik dengan jari-jari penampang torak kecil dan besar yang berbanding sebagai 1: 4. Jika pada torak besar diletakkan beban sebe-
rat 800 N, maka berapakah gaya minimum yang harus diberikan pada torak kecil agar benda itu dapat terangkat?
Penyelesaian Diketahui: r
1
: r
2
= 1: 4 atau r
2
= 4r
1
F
2
= 800 N Ditanya: F
1
Jawab:
Uji Pemahaman 7.1 Kerjakan soal berikut
1. Segumpal es terapung di air dan ternyata volum es yang berada di udara 10 cm
3
maka jika massa jenis air = 1 grm
3
dan massa jenis es = 0,9 grm
3
, berapakah volum es keseluruhannya?
2. Sebuah benda pada saat ditimbang di udara beratnya 11 N dan setelah ditimbang dalam zat cair beratnya menjadi 9,5 N. Hitunglah gaya
Archimides yang bekerja pada benda tersebut? F
r F
r F
r r
F
1 1
2 2
2 2
1 1
2 1
2 1
800 16
50 =
= =
N F
A F
A F
F
1 1
2 2
2 2
200 25
45 360
= =
= N
Fisika SMAMA Kelas XI
157
Di unduh dari : Bukupaket.com
5. Adhesi dan Kohesi
