Penerapan Hukum Archimedes Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini

Bab 14 - Tekanan 187 Contoh: Sebuah benda di udara memiliki berat sebesar 30 N. Benda tersebut dimasukkan ke dalam air dengan gaya Archimedes yang terjadi sebesar 10 N. Tentukanlah: a. volume benda b. berat benda di air Penyelesaian: Diketahui : W benda = 30 N ; F a = 10 N Ditanya : a. volume benda b. berat benda di air Jawab: a. F a = ρ air V b g V b = ——— = ——————————— = 0,001 m 3 Jadi, volume benda tersebut adalah 0,001 m 3 . b. Berat benda di air merupakan berat semu benda, jadi: W semu = W benda – F a = 30 N – 10 N = 20 N Jadi, berat benda di air adalah 20 N. F a ρ air ⋅ g 10 N 1.000 kgm 3 ⋅ 10 ms 2 Gambar 14.4 Kapal selam bekerja sesuai dengan Hukum Archimedes S u m be r: go ogl e.c o.i d Gambar 14.5 Hidrometer S u m be r: go ogl e.c o.i d kran otomatis. Kran ini dibuat mengapung di air sehingga ia akan bergerak naik seiring dengan ketinggian air. Ketika air kosong, pelampung akan membuka kran untuk mengalirkan air. Sebaliknya, jika tangki sudah terisi penuh, pelampung akan membuat kran tertutup sehingga secara otomatis kran tertutup. b Kapal selam Pada kapal selam terdapat tangki yang jika di darat ia terisi udara sehingga ia dapat mengapung di permukaan air. Ketika kapal dimasukkan ke dalam air, tangki ini akan terisi air sehingga kapal dapat menyelam. c Hidrometer Hidrometer adalah alat yang digunakan untuk meng- ukur massa jenis zat cair. Alat ini berbentuk tabung yang berisi pemberat dan ruang udara sehingga akan terapung tegak dan stabil seketika. Hidrometer bekerja sesuai dengan prinsip Archimedes. Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMPMTs Kelas VIII 188 Jika kamu perhatikan, permukaan minyak dan permukaan air tidak mendatar dan kedua pemukaan tersebut tidak sejajar. Permukaan minyak akan lebih tinggi daripada permukaan air karena adanya perbedaan massa jenis zat cair dalam kedua pipa, yaitu massa jenis minyak yang lebih kecil daripada massa jenis air. Berdasarkan pengertian tekanan hidrostatis, maka tekanan yang dilakukan zat cair yang sejenis pada kedalaman yang sama adalah sama besar. Dengan menerapkan pengertian tekanan hidrostatis dan membuat bidang batas Gambar 14.7 Permukaan zat cair pada bejana berhubungan yang diisi oleh zat cair berbeda jenis air minyak air garis batas Gambar 14.6 Permukaan zat cair pada bejana berhubungan yang diisi oleh zat cair sejenis Tujuan: Menyelidiki permukaan zat cair tak sejenis dalam bejana berhubungan. Alat dan Bahan: Pipa berbentuk U, minyak, dan air. Cara Kerja: 1. Simpan pipa U dalam posisi berdiri tegak. Isi pipa U tersebut dengan air, lalu biarkan sampai permukaan air dalam kedua pipa sama tinggi. 2. Tuangkan minyak pada salah satu pipa. Amati apa yang terjadi 3. Buatlah kesimpulanmu tentang pengamatan ini. Aktivitas Siswa Suatu benda yang memiliki massa jenis 6 gcm 3 dimasukkan ke dalam 5 liter air. Jika massa semu benda adalah 120 N, berapakah massa benda sebenarnya? massa jenis air 1.000 kgm 3 M enguji Diri 3. Bejana Berhubungan Bejana berhubungan adalah suatu wadah atau bejana yang tidak memiliki sekat atau saling berhubungan. Jika bejana ini diisi zat cair yang sejenis, maka permukaan zat cair ini akan sama tinggi. Namun, jika zat cair yang diisikan berbeda jenis, maka permukaannya tidak akan sama tinggi. Untuk mengamati konsep ini, ikutilah kegiatan berikut. Bab 14 - Tekanan 189 Contoh: Ke dalam sebuah pipa U yang berisi air, dimasukkan alkohol pada salah satu lubang pipanya sepanjang 10 cm. Hitunglah selisih ketinggian permukaan zat cair pada kedua pipa U tersebut ρ alkohol = 800 kgm 3 : ρ air = 1.000 kgm 3 Penyelesaian : Diketahui : h 1 = 10 cm ρ 1 = 800 kgm 3 ρ 2 = 1.000 kgm 3 Ditanya : h 2 Jawab: ρ 1 h 1 = ρ 2 h 2 h 2 = h 1 —– = 10 cm ——————— = 8 cm Jadi, selisih ketinggian zat cair pada kedua pipa U adalah 8 cm. ρ 1 ρ 2 800 kgm 3 1000 kgm 3 Sebuah pipa U berisi dua jenis zat cair yang berbeda, yaitu air pada satu sisi dan raksa pada sisi lainnya. Perbedaan ketinggian kedua zat cair tersebut pada pipa U massa jenis air adalah 1.000 kgm 3 dan massa jenia raksa adalah 13.600 kgm 3 , berapakah ketinggian air dari garis batas? M enguji Diri dengan: ρ 1 = massa jenis zat cair pertama ρ 2 = massa jenis zat cair kedua h 1 = tinggi permukaan zat cair pertama di atas batas h 2 = tinggi permukaan zat cair kedua di atas batas P 1 = P 2 atau ρ 1 h 1 = ρ 2 h 2 antara zat cair yang berbeda jenis lihat Gambar 14.7, diperoleh: Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMPMTs Kelas VIII 190 Gambar 14.8 Barometer S u m be r: go ogl e.c o.i d Gambar 14.9 Tekanan udara di pegunungan lebih rendah dibanding di daerah pantai S u m be r: go ogl e.c o.i d C. Tekanan pada Gas Tekanan pada gas berbeda untuk ruangan terbuka dan ruangan tertutup. Untuk lebih jelasnya, pelajari uraian berikut ini. 1. Tekanan pada Gas dalam Ruang Terbuka Tekanan pada gas dalam ruang terbuka lebih akrab disebut dengan tekanan udara yang didefinisikan sebagai gaya per satuan luas yang bekerja pada suatu bidang oleh gaya berat kolom udara yang berada di atasnya. Tekanan udara diukur menggunakan alat yang disebut barometer. Alat ini pertama kali dibuat secara sederhana oleh Evangista Torricelli 1608- 1647. Saat ini, terdapat 4 macam barometer, yaitu barometer raksa sederhana sesuai yang dibuat oleh Torricelli, barometer Foertin barometer raksa yang dapat mengukur tekanan udara sampai dengan ketelitian 0,01 cmHg, barometer aneroid barometer kering tanpa zat cair, dan barometer air barometer yang menggunakan air sebagai pengganti raksa. Adanya perbedaan tekanan udara di suatu tempat dapat menimbulkan angin. Angin bertiup dari daerah yang tekanan udaranya tinggi ke daerah yang tekanannya lebih rendah. Pengaruh tekanan udara dapat dirasakan pada beberapa peristiwa, di antaranya: 1 Ketika memasak air, di pegunungan akan lebih cepat mendidih dibandingkan memasak air di pantai. Hal ini disebabkan tekanan udara di pegunungan lebih rendah daripada di pantai sehingga gas oksigennya pun lebih rendah. 2 Ketika kita pergi ke daerah yang lebih tinggi misalnya dari pantai ke pegunungan, pada ketinggian tertentu kita akan merasakan dengungan di telinga kita. Hal ini disebabkan oleh selaput gendang telinga yang lebih menekuk keluar pada tekanan udara yang lebih rendah. 3 Pada tekanan udara tinggi, suhu terasa dingin, tetapi langit cerah. Sebaliknya, saat tekanan udara rendah, dapat dimungkinkan terjadinya hujan, bahkan badai. Ketiga peristiwa di atas memberikan gambaran bahwa tekanan udara memiliki hubungan yang cukup erat dengan ketinggian suatu tempat. Hal ini ternyata telah dibenarkan melalui suatu penelitian yang dilakukan para ahli. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa setiap kenaikkan 10 m, tekanan udara berkurang 1mmHg sehingga makin tinggi suatu tempat dari permukaan air, makin rendah tekanan udaranya. Pernyataan ini dapat digunakan untuk memperkirakan ketinggian suatu tempat di atas permukaan laut, asalkan tekanan udara di sekitarnya diketahui. I nfo Tekanan udara adalah gaya per satuan luas yang bekerja pada suatu bidang oleh gaya berat kolom udara yang berbeda di atasnya. Bab 14 - Tekanan 191 2. Tekanan pada Gas dalam Ruang Tertutup Ilustrasi yang akan mudah membantumu memahami materi ini adalah tekanan pada balon gas yang telah diisi udara, kemudian perlahan-lahan kamu buat beberapa lubang pada balon tersebut. Setelah itu, kamu tekan balon dan rasakan tekanan gas yang keluar dari masing-masing lubang. Jika dalam tekanan udara digunakan barometer untuk mengukurnya, maka tekanan pada gas dalam ruang tertutup dapat diukur menggunakan manometer. Ada tiga macam manometer, yaitu manometer terbuka, manometer tertutup, dan manometer bourdon. 1. Tinggi sebuah gunung adalah 3.500 m. Berapakah tekanan udara di puncak gunung tersebut? 2. Tekanan udara di puncak Gunung Leuser adalah 40 cmHg. Berapakah ketinggian Gunung Leuser? M enguji Diri Contoh: Tekanan udara suatu kota yang ditunjukkan oleh sebuah alat ukur adalah 56 cmHg. Hitunglah ketinggian kota tersebut di atas permukaan laut Penyelesaian: Diketahui: P = 56 cmHg P o = 76 cmHg tekanan udara pada ketinggian 0 m Ditanya: h Jawab: ΔP = P o – P = 76 cmHg – 56 cmHg = 20 cmHg = 200 mmHg. Maka, H = ————— ⋅ 10 m = ———————–– ⋅ 10 m = 2000 m Jadi, ketinggian kota tersebut adalah 2.000 m di atas permukaan laut. ΔP 1 mmHg 200 mmHg 1 mmHg Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMPMTs Kelas VIII 192

b. Manometer Tertutup

Prinsip kerja manometer tertutup hampir sama dengan manometer terbuka. Hanya saja, jika pada manometer terbuka, salah satu ujungnya terhubung dengan udara luar sehingga pada manometer ini ujung tersebut ditutup. Dengan demkian, perbedaan tinggi yang terjadi akibat masuknya gas dari ruangan yang akan diukur tekanannya secara langsung menunjukkan tekanan udara ruangan tersebut. Secara matematis dapat ditulis: dengan: P gas = tekanan udara yang diukur mm Hg h = perbedaaan ketinggian raksa setelah gas masuk P gas = h

c. Manometer Bourdon

Manometer ini terbuat dari logam bahannya bukan zat cair yang digunakan untuk mengukur tekanan uap gas yang sangat tinggi, seperti uap dalam pembangkit listrik tenaga uap. Di masyarakat, secara umum alat ini digunakan untuk memeriksa tekanan udara dalam ban oleh para penambal ban. Gambar 14.11 Manometer Bourdon S u m be r: go ogl e.c o.i d Gambar 14.10 Manometer terbuka S u m be r: go ogl e.c o.i d dengan: P gas = tekanan udara yang diukur mmHg P o = tekanan udara atmosfer mmHg h = perbedaaan ketinggian raksa setelah gas masuk mm P gas = P o + h

a. Manometer Terbuka

Alat ini berbentuk tabung U yang kedua ujungnya terbuka. Tabung ini diisi dengan zat cair biasanya raksa karena mempuyai massa jenis tinggi. Salah satu ujung tabung selalu berhubungan dengan udara luar sehingga tekanannya sama dengan tekanan atmosfer. Ujung yang lain dihubungkan dengan ruangan yang akan diukur tekanannya. Saat ujung tabung dihubungkan dengan ruangan, ketinggian raksa pada kedua ujungnya akan berubah. Besar tekanan gas ruangan yang menyebabkan ketinggian raksa dapat berubah dapat dihitung dengan rumus: Bab 14 - Tekanan 193 Tekanan pada suatu ruangan tertutup adalah 2 cmHg. Volume gas yang ada pada ruangan tersebut adalah 0,4 l. Jika tekanan ruangan tersebut diperbesar tiga kali, hitunglah volume gas pada ruangan tersebut M enguji Diri PV = konstan atau P 1 V 1 = P 2 V 2 = .... Contoh: Suatu ruangan tertutup mengandung gas dengan volume 200 ml. Jika tekanan ruangan tersebut adalah 60 cmHg, hitunglah tekanan gas pada ruangan yang volumenya 150 ml? Penyelesaian: Diketahui: V 1 = 200 mL ; P 1 = 60 cmHg ; V 2 = 150 ml Ditanya : P 2 Jawab: P 1 V 1 = P 2 V 2 atau P 2 = —–— P 2 = —————————– = 80 cmHg Jadi, tekanan gas pada ruangan yang volumenya 150 ml adalah 80 cmHg. Penerapan Hukum Boyle terdapat pada prinsip kerja pompa. Pompa adalah alat yang digunakan untuk memindahkan gas atau zat cair. Berdasarkan prinsip kerja ini, pompa dikelompokkan menjadi dua jenis, yaitu pompa hisap dan pompa tekan. P 1 V 1 V 2 200 ml ⋅ 60 cmHg 150 ml S ahabatku, Ilmuwan Robert Boyle 1627-1691 adalah ahli filsafat alami dan salah satu pendiri prinsip kimia modern yang berasal dari Inggris. Ia terkenal dengan Hukum Boyle, yaitu hukum fisika yang menjelaskan bagaimana kaitan antara tekanan dan volume suatu gas. Ia merupakan pendiri Royal Society, yaitu organisasi Britania yang dibuat untuk memajukan ilmu pengetahuan. Boyle juga merupakan pelopor dalam menggunakan eksperimen dan metode ilmiah untuk menguji teorinya. 3. Hukum Boyle Robert Boyle 1627-1691 telah melakukan penelitian untuk mengetahui hubungan antara tekanan dan volume gas pada suhu yang konstan. Dari hasil penelitiannya, ia menyatakan bahwa: “Hasil kali tekanan dan volume gas dalam ruangan tertutup adalah tetapkonstan”. Secara matematis dapat ditulis: