Dongkrak Hidrolik atau Lift Hidrolik

Fisika Kelas XI 202 dok. PIM M o z a i k Blaise Pascal 1623-1662 adalah ahli fisika yang berasal dari Prancis. Selain penemu Hukum Pascal, Ia juga dikenal sebagai bapak probabilitas, ahli matematika, filsafat, sas- trawan, dan biarawan. Ketika berumur 12 tahun, ia sudah dapat menguasai dalil dan ajaran Euclides. Umur 16 tahun, ia menulis buku tentang kerucut. Ia juga menciptakan kalkula- tor pertama di dunia. www.philothek.de Setyawan, Lilik Hidayat, 2004, hlm. 125 Skema pada Gambar 6.11 dan persamaan tersebut merupakan prin- sip kerja dari pelbagai peralatan, misalnya pompa hidrolik, rem hidrolik, dan dongkrak hidrolik.

a. Dongkrak Hidrolik atau Lift Hidrolik

Perhatikan Gambar 6.10. Gambar tersebut adalah gambar dongkrak mobil hidrolik yang dapat digunakan untuk mengangkat mobil. Dong- krak hidrolik bekerja berdasarkan Hukum Pascal. Bisakah kalian menjelas- kan cara kerja dongkrak mobil tersebut? Ketika menggunakan dongkrak mobil, hal pertama yang dilakukan adalah memompa untuk memperbesar tekanan. Ketika tekanan udara di dalam dongkrak meningkat, maka udara akan mendorong penyangga ke atas, sehingga dapat mengangkat mobil. Inilah salah satu kelebihan Hu- kum Pascal. Kita dapat mengangkat mobil yang berat hanya dengan alat yang begitu kecil. Dongkrak mobil yang lebih besar biasanya digunakan dibengkel. Skema dongkrak ini sama dengan Gambar 6.9. Supaya pengetahuan kalian lengkap, perhatikan contoh berikut ini. Gambar 6.9 Dongkrak mobil. Kita ambil contoh bejana berhubungan berbentuk U yang masing- masing permukaan dilengkapi dengan piston. Perhatikan Gambar 6.11. Ketika tekanan ditambahkan pada fluida dengan cara menekan piston pertama piston 1 dengan luas permukaan A 1 maka tekanan ini akan diteruskan ke segala arah dengan besar yang sama. Hal inilah yang pertama kali ditemukan oleh ilmuwan Perancis, Blaise Pascal 1623-1662. Ia menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada suatu fluida dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Pernyataan ini dikenal dengan Hukum Pascal. Perhatikan kembali Gambar 6.8. Jika gaya F 1 diberikan pada piston A 1 , maka tekanan fluida akan bertambah. Akibatnya, piston kedua A 2 akan mendapatkan tekanan yang sama dengan tekanan yang diberikan pada A 1 . Jadi, pada kedua piston berlaku persamaan: P P F A F A F A A F 1 2 1 1 2 2 2 2 1 1 = = = Keterangan: F 1 = gaya pada piston 1 N F 2 = gaya pada piston 2 N A 1 = luas piston 1 m 2 A 2 = luas piston 2 m 2 Di unduh dari : Bukupaket.com Di unduh dari : Bukupaket.com Fisika Kelas XI 204 Selain itu, gaya apung suatu benda akan sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. Archimedes, ahli matematika Yunani, adalah orang yang menemukan kejadian tersebut, sehingga orang menamakannya Hukum Archimedes. B. Tujuan Percobaan Melalui eksperimen ini, kalian diharapkan mampu: 1. menemukan berat benda di fluida lebih kecil daripada berat benda di udara, 2. menemukan gaya apung ke atas sama dengan berat fluida yang dipindahkan, 3. membuktikan kebenaran Hukum Archimedes. C. Alat dan Bahan 1. gelas beker besar 2. gelas ukur 3. neraca timbangan atau neraca pegas 4. air 5. beberapa balok kayu kecil dengan massa berbeda D. Langkah Kerja 1. Isilah gelas beker besar dengan menggunakan air sampai penuh. 2. Letakkan gelas ukur di bawah moncong bibir dari gelas beker- besar. Pastikan pula jika ada air yang tumpah dari gelas beker besar dapat mengalir ke gelas ukur 3. Kemudian, ambillah satu balok kecil sebagai beban. Timbanglah beban tersebut di udara dengan menggunakanneraca pegas. Catat hasil yang kalian peroleh. 4. Masukkan beban yang masih terkait dengan neraca pegas ke dalam gelas beker yang berisi air. Amati dan catat skala yang ditunjukkan neraca pegas. 5. Amati dan ukurlah volume air yang tumpahdipindahkan pada gelas ukur saat balok masuk ke dalam gelas beker besar. 6. Ulangi langkah 3 sampai 5 untuk balokbeban yang berbeda-beda. Amati dan catat hasilnya. E. Pembahasan 1. Tulislah besaran-besaran yang kalian amati dan catat dalam tabel berikut. Kemudian, hitung beberapa besaran yang ada. Perlu diketahui jika massa jenis air ρ F = 1 kgm 3 dan percepatan gravitasi g = 9,8 ms 2 . Keterangan: w u = berat balok di udara w a = berat balok di air w 1 ’ = selisih berat balok di udara dan di air w 2 ’ = berat air yang dipindahkan ke dalam gelas ukur V’ = volume air yang dipindahkan ke dalam gelas ukur = volume balok di dalam air 2. Bahaslah perbandingan selisih berat balok di udara dan berat balok di air w 1 ’ dengan berat air yang dipindahkan ke dalam gelas ukur w 2 ’. 3. Apa yang memengaruhi gaya apung balok ketika di dalam gelas beker besar? 4. Buat kesimpulan dari eksperimen yang kalian lakukan ini. Laporkan di depan teman dan guru kalian. No. w u N w a N V’ m 3 w 1 ’ = w u - w a w 2 ’ = ρ F gV’ N 1. 2. 3. dst. Di unduh dari : Bukupaket.com Fluida 205 h 2 h 1 F 1 A F 2 h = h 2 - h 1 Apa hasil yang kalian peroleh pada Eksperimen di atas? Apabila kalian melakukannya dengan baik, kalian akan mendapatkan pengetahuan baru yang menakjubkan. Kalian dapat membuktikan Hukum Archimedes. Per- hatikan uraian berikut. Dari hasil percobaan, kalian mendapatkan bahwa berat benda di udara berbeda dengan berat benda di dalam fluida. Suatu benda yang diukur beratnya di dalam fluida lebih ringan daripada ketika diukur di udara. Ini disebabkan karena ketika di dalam fluida, benda mendapatkan gaya ke atas, yang disebut gaya apung. Sementara, jika benda yang diukur di udara hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi saja. Hasil Eksperimen membuktikan bahwa, besarnya gaya apung meru- pakan selisih gaya yang disebabkan tekanan fluida dari bawah benda den- gan tekanan fluida dari atas benda. Perhatikan Gambar 6.11. Berdasarkan gambar tersebut, kita dapat merumuskan besarnya gaya apung sebagai berikut. F a = F 2 − F 1 F a = ρ f gA h 2 − h 1 F a = ρ f gAh Gambar 6.11 Di dalam fluida, selain mendapatkan gaya gravitasi ke bawah, benda juga mendapatkan gaya apung ke atas. F a = ρ f gV b Dari persamaan tersebut, V b adalah volume benda, sedangkan ρ f adalah massa jenis fluida. Sementara itu, ρ f gV b = m f g yang tidak lain adalah berat fluida yang dipindahkan dengan volume sama dengan volume benda. Dengan demikian, dapat diambil kesimpulan bahwa: Besarnya gaya apung yang bekerja pada benda yang dimasukkan ke dalam fluida, sama dengan berat fluida yang dipindahkannya. Inilah yang telah ditemukan Archimedes 287-212 SM. Hukum tersebut kemudian disebut sebagai Hukum Archimedes. Untuk mengetahui penerapan Hukum Archimedes, pahamilah contoh di bawah ini. C o n t o h Sebuah batu dimasukkan ke dalam bejana yang berisi penuh fluida. Jika fluida yang tumpah setelah batu dimasukkan sebesar 0,2 m 3 dan massa jenis fluida 1,5 kgm 3 serta per- cepatan gravitasi bumi = 9,8 ms 2 , berapakah gaya apung yang dialami oleh batu? Penyelesaian: Diketahui: ρ = 1,5 kgm 3 V = 0,2 m 3 g = 9,8 ms 2 Ditanyakan: F a Jawab: Untuk mencari besar gaya apung yang dialami batu, gunakan persamaan: F a = ρ g V = 1,5 × 9,8 × 0,2 = 2,94 N Jadi, gaya apung yang dialami batu adalah 2,94 N. Keterangan: F a = gaya apung N ρ f = massa jenis fluida kgm 3 V b = volume benda di dalam fluida m 3 Di unduh dari : Bukupaket.com Fisika Kelas XI 206 F a w F a w M o z a i k Archimedes 287-212 SM adalah ilmuwan Yunani yang tinggal di Syracuse, Sisilia. “Eureka” adalah kata yang pertama muncul ketika ia dapat memecah- kan cara mengukur berat kandungan emas yang terdapat dalam mahkota rajanya. www.inria.fr Ada beberapa kejadian yang berkaitan dengan Hukum Archimedes. Di depan telah disebutkan bahwa apabila benda dimasukkan ke dalam sebuah fluida, maka ada tiga keadaan yang mungkin, yakni terapung, melayang, atau tenggelam. Di depan kita telah membahas syarat sebuah benda dapat mengapung, melayang, atau tenggelam. Nah, sekarang kita akan meninjau syarat tersebut berdasarkan Hukum Archimedes.

a. Benda