Benda Benda Melayang Benda Mengapung

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

Tenggelam Sebuah benda disebut tenggelam apabila seluruh bagian benda berada pada dasar fluida. Keadaan ini terjadi karena berat benda lebih besar daripada gaya apung fluida. Perhatikan Gambar 6.13. Ketika berada di dasar fluida, selain mendapatkan gaya ke atas, benda juga mendapatkan gaya normal dari dasar wadah. Dengan menggunakan Hukum I Newton, kita mendapatkan persamaan: Gambar 6.13 Benda tenggelam F a F a = w w Gambar 6.13 Benda melayang F B + N = w b ρ f gV b + N = ρ b gV b N = gV b ρ b − ρ f Berdasarkan persamaan tersebut, syarat benda agar tenggelam adalah: ρ b ρ f Jadi, agar benda dapat tenggelam pada suatu fluida, maka massa jenis- nya harus lebih besar daripada massa jenis fluida.

b. Benda Melayang

Sebuah benda dikatakan melayang bila posisi benda berada di tengah-tengah fluida atau benda tidak berada di dasar atau permukaan fluida. Perhatikan Gambar 6.13. Gambar tersebut memperlihatkan gaya- gaya yang bekerja pada benda yang melayang. Berdasarkan Hukum I Newton, kita mendapatkan persamaan: F a = w b ρ f gV b = ρ b gV b ρ f = ρ b Jadi, benda yang dimasukkan ke dalam fluida akan melayang apabila massa jenis benda sama dengan massa jenis fluida.

c. Benda Mengapung

Sebuah benda akan disebut mengapung jika seluruh atau sebagian benda berada pada permukaan fluida. Perhatikan Gambar 6.14. Di unduh dari : Bukupaket.com Fluida 207 Keterangan: V c = volume benda yang tercelup V b = volume total benda Setyawan, Lilik H. 2004, hlm. 7 F a w F a = w Gambar 6.14 Benda mengapung Ketika sebuah benda terapung di permukaan fluida, maka ada bagian benda yang tercelup dan ada bagian yang di luar fluida. Kenyataan ini memberikan konsekuensi volume fluida yang dipindahkan tidak sama dengan volume benda. Volume fluida yang dipindahkan akan sama de ngan volume benda yang tercelup. Berdasarkan gambar tersebut, kita dapat menuliskan persamaan: F w gV g V V V a b f c b b c b f b = = = ρ ρ ρ ρ Dari persamaan tersebut, agar benda terapung maka volume benda yang tercelup lebih kecil daripada volume benda total. Ini memberikan konsekuensi massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis fluida, atau di tuliskan dalam bentuk ρ b ρ f Demikianlah penerapan hukum Archimedes pada kejadian benda mengapung, melayang, dan tenggelam. Untuk mengetahui penerapan Hukum Archimedes dalam penyelesaian soal-soal, pelajarilah contoh berikut. C o n t o h 1. Sebuah benda dimasukkan ke dalam gelas ukur yang berisi air hingga teng- gelam. Ketinggian air semula adalah 10 cm. Setelah benda dimasukkan, keting- gian air menjadi 12 cm. Jika luas alas gelas 7,2 cm 2 , tentukan volume benda tersebut. Penyelesaian: Diketahui: h 1 = 10 cm h 2 = 12 cm A = 7,2 cm 2 Ditanyakan: V b Jawab: Untuk mencari volume benda, yang harus diingat adalah volume benda sama dengan volume air yang dipindah kan. Jadi: V b = A h 2 - h 1 = 7,2 × 12 −10 = 14,4 cm 3 Jadi, volume benda tersebut 14,4 cm 3 . 2. Sebuah balok kayu berukuran 30 cm × 30 cm × 200 cm mengapung di lautan dengan 50 volumenya tercelup dalam air. Jika massa jenis air laut 1,025 × 10 3 kgm 3 , tentukan massa jenis kayu. Penyelesaian: Diketahui: V b = 30 × 30 × 200 = 180.000 cm 3 = 0,18 m 3 V c = 50 × 0,18 = 0,09 m 3 ρ f = 1,025 × 10 3 kgm 3 Ditanyakan: ρ b Jawab: Untuk mencari massa jenis benda, kita dapat menggunakan persamaan: Di unduh dari : Bukupaket.com Di unduh dari : Bukupaket.com Fluida 209 Gambar 6.15 Mekanisme mengapung dan tenggelam pada kapal selam. M o z a i k Keistimewaan Lumba-lumba Apakah hal yang teris- timewa dari lumba-lumba? Ternyata, lumba-lumba menjadi inspirasi tersendiri bagi para insinyur kapal selam Jerman. Para insinyur tersebut meniru desain kulit lumba- lumba untuk diterapkan pada lapisan luar kapal selam. Dengan lapisan yang sama seperti lumba- lumba, kapal selam dapat menaikkan kecepatan hingga 250 dari kecepat- an asalnya. terapung proses menyelam terapung katub terbuka udara keluar katub terbuka air laut masuk katub terbuka air laut keluar katup tertutup udara masuk melayang tenggelam proses mengapung Microsoft Encarta Premium 2006 Lalu, bagaimana cara kapal laut mengapung? Saat akan mengapung, air laut dalam rongga akan dipompa keluar dan digantikan dengan udara. Akibatnya, udara akan menekan air laut keluar melewati katup bagian bawah kapal. Dengan demikian, berat kapal selam akan lebih ringan, sehingga badan kapal dapat terapung. 3 Galangan Kapal Tidak berbeda dengan prinsip kerja kapal selam, pada galangan ka- pal juga berlaku Hukum Archimedes. Galangan kapal difungsikan untuk memperbaiki kapal yang rusak atau membuat kapal baru. Dalam hal ini, permukaan galangan kapal dibuat lebih luas sehingga volumenya lebih besar daripada kapal yang akan diangkat. Saat kapal akan dimasukkan, galangan kapal diisi dengan air laut terlebih dahulu sehingga turun ke dalam laut. Setelah itu, kapal laut dapat masuk. Setelah kapal masuk, air laut yang masuk di dalam galangan kapal dipompa keluar. Dengan demikian, galangan kapal dapat naik kembali ke permukaan dengan kapal ada di atasnya. Untuk selanjutnya, kapal dapat diperbaiki. 4 Balon Udara Telah kita ketahui jika udara juga termasuk fluida. Oleh karena itu, hukum-hukum yang terjadi pada fluida dapat pula terjadi pada udara. Dengan demikian, prinsip Archimedes dapat berlaku pula. Lalu, bagaima- na kaitannya dengan balon udara? Balon udara biasanya diisi dengan gas Helium He yang mempunyai massa jenis lebih kecil dibandingkan massa jenis udara di sekeliling balon. Karenanya, gaya apung udara lebih besar daripada berat balon itu sendiri, sehingga balon udara dapat bergerak naik saat dilepaskan. 5 Hidrometer Hidrometer merupakan alat yang berfungsi untuk mengukur kerapat- an zat cair atau massa jenis zat cair. Hidrometer ini terbuat dari tabung kaca berskala yang ujung bawahnya dibebani butiran timbal. Gambar 6.18 Mekanisme kerja galangan kapal a Saat dinding rangkap masih berisi air b Saat dinding rangkap telah kosong Di unduh dari : Bukupaket.com h m A bf f = ρ Di unduh dari : Bukupaket.com Fluida 211 E u r e k a Kalian telah mempelajari Hukum Pascal dan Hukum Archimedes. Tugas kalian sekarang adalah merancang suatu alat yang dapat di- gunakan untuk membuktikan kebenaran Hukum Pascal dan Hukum Archimedes. Buatlah rancangan kalian sedemikian rupa sehingga layak disebut sebagai karya ilmiah. Kalian dapat menggunakan beberapa bahan yang ada di sekitar kalian, sehingga tidak perlu membeli. Leng- kapilah rancangan percobaan kalian dengan dasar teori yang kuat dan kerangka berpikir yang rasional. Setelah alat kalian jadi, ambillah data secukupnya untuk membuktikan bahwa alat kalian sudah sesuai dengan Hukum Pascal dan Hukum Archimedes. Jangan lupa untuk selalu me - ng onsultasikan setiap langkah yang ditempuh kepada guru kalian. Kerjakan tugas ini selama kurang lebih tiga bulan. Kumpulkan hasil rancangan beserta laporan data percobaan kalian kepada guru. Guru akan menilai hasil atau produk kalian sebagai tugas proyek di semester ini. Sebagai tugas proyek kalian di semester ini, kerjakan Eureka berikut bersama kelompok kalian. Kalian telah mempelajari penjelasan mengenai hukum dasar fluida statis secara panjang lebar. Untuk menguji kompetensi yang kalian kuasai, kerjakan soal-soal pada Uji Kompetensi berikut. U j i K o m p e t e n s i 1. Sebuah dongkrak hidrolik terdiri dari dua buah tabung yang saling berhubungan. Masing-masing tabung mempunyai sebuah peng- hisap. Diameter penghisap tabung pertama sebesar 7 cm dan dia- meter penghisap tabung kedua sebesar 42 cm. Bila sebuah mobil berbobot 2,4 ton berada di atas tabung kedua, berapa gaya yang diperlukan pada tabung pertama supaya mobil dapat terangkat? diketahui: g = 9,8 ms 1 2. Sebuah dongkrak hidrolik terdiri dari dua buah tabung yang saling berhubungan. Diameter tabung kedua dua kali lebih besar daripada tabung pertama. Jika sebuah mobil yang mempunyai bobot 2 ton berada di atas tabung kedua, berapa gaya yang diperlukan pada tabung pertama supaya mobil dapat terangkat? percepatan gravi- tasi bumi g 9,8 ms 3. Sebuah tabung yang berdiameter 25 cm diisi dengan air. Kemudian, sebuah balok besi dimasukkan ke dalam tabung tersebut hingga tinggi airnya bertambah 2 cm. Hitunglah volume balok besi dan gaya apung yang dialami balok. 4. Sebuah balok kayu dimasukkan ke dalam air. Bila balok kayu mem- punyai massa jenis 0,7 grcm 3 dan volumenya 12 cm 3 , apakah balok kayu tersebut mengapung, mengambang atau tenggelam? Berapa volume kayu yang berada di dalam air? Di unduh dari : Bukupaket.com Fisika Kelas XI 212 E u r e k a Diskusikan beberapa peristiwa yang sering kita temukan dalam kehidu- pan sehari-hari berikut. 1. Ketika bermain balon sabun, kita dapat membuat lapisan tipis air sabun pada alat peniupnya. Menunjukkan apakah kejadian ini? 2. Pada saat menggunakan kompor, minyak yang berada di bawah dapat naik pada sumbu. Menurut kalian, bagaimanakah hal ini terjadi? 3. Ketika kita memasukkan benda tertentu ke dalam air, mungkin benda ini akan tenggelam. Akan tetapi, jika dimasukkan ke dalam oli atau cairan yang lebih kental, benda belum tenggelam. Faktor apakah yang menyebabkannya? Konsultasikan hasil diskusi kalian kepada guru. C Gejala Fluida Statis Fluida statis atau fluida yang diam, ternyata juga mempunyai gejala-gejala tertentu. Untuk mengenali gejala-gejala pada fluida statis, coba kalian diskusikan beberapa peristiwa pada Eureka berikut. Beberapa peristiwa pada Eureka yang telah kalian diskusikan, meru- pakan beberapa contoh gejala pada fluida statis. Gejala tersebut antara lain tegangan permukaan, kapilaritas, dan kekentalan zat cair. Berikut akan kita bahas satu per satu gejala tersebut.

1. Tegangan Permukaan