PRAKTIKUM FISIKA DASARPROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

BAB VGAYA ANGKAT ZAT CAIR5.1. TujuanTujuan dari praktikum ini adalah:1. Menyelidiki gaya angkat dalam air.5.2. Dasar TeoriFluida statis mempelajari fluida yang tidak bergerak, sedangkan fluida dinamis mempelajari fluida bergerak (mengalir). Dengan mempelajari materi fluida, Anda dapat menjelaskan beberapa peristriwa sehari-hari yang terlihat aneh. Misalnya, makin dalam Anda menyelam, makin sakit telinga Anda. Mengapa kapal yang terbuat dari besi dapat mengapung, mengapa kapal selam dapat tenggelam, mengapung dan menyelam serta mengapa selang air yang ditutup sedikit airnya menjadi memancar (Nurachmandani, 2009).1. Gaya Angkat Zat Cair Suatu benda yang dicelupkan dalam zat cair mendapat gaya ke atas sehingga benda kehilangan sebagian beratnya (beratnya menjadi berat semu). Gaya ke atas ini disebut sebagai gaya apung (buoyancy), yaitu suatu gaya ke atas yang dikerjakan oleh zat cair pada benda. Dengan demikian berlaku :

Fa = Wu Wf(Persamaan 5.1.)

Keterangan :

Fa = gaya angkat

Wu = berat benda di udara

Wf = berat benda dalam zat cair(Kurvayanti, 2014)

Gaya apung terjadi karena makin dalam zat cair, makin besar tekanan hidrostatisnya. Ini menyebabkan tekanan pada bagian bawah benda lebih besar daripada tekanan pada bagian atasnya. Jadi gaya apung dapat dirumuskan sebagai:

Fa = . V . g (Persamaan 5.2.)Keterangan :Fa = gaya ke atas atau Archimedes (N)

= massa jenis fluida (kg/m3)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

V = volume benda yang tercelup (m3)

Dengan demikian gaya apung sama dengan berat fluida dipindahkan. Hal ini merupakan penemuan Archimedes (287-212 SM) dan disebut sebagai prinsip Archimedes. Gaya apung terjadi karena adanya perbedaan tekanan fluida pada kedalaman yang berbeda. Hukum Archimedes berbunyi: Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya di dalam fluida mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan.(Hariyadi, 2009)

Apabila sebuah benda padat dicelupkan ke dalam zat cair, maka ada tiga kemungkinan yang terjadi pada benda, yaitu tenggelam, melayang, atau terapung. a. Benda tenggelam

Benda dikatakan tenggelam, jika benda berada di dasar zat cair. Sebuah benda akan tenggelam ke dalam suatu zat cair apabila gaya ke atas yang bekerja pada benda lebih kecil daripada berat benda. Jadi, benda tenggelam jika massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis zat cair.wb > FA

mb.g > f .g.Vf

b.Vb.g > f .g.Vf

karena Vb >Vf , maka: b > f

b. Benda melayang

Benda dikatakan melayang jika seluruh benda tercelup ke dalam zat cair, tetapi tidak menyentuh dasar zat cair. Sebuah benda akan melayang dalam zat cair apabila gaya ke atas yang bekerja pada benda sama dengan berat benda.

wb = FA

mb.g = f .g.Vf

b.Vb.g = f .g.Vf

karena Vb = Vf , maka b = f

c. Benda terapung

Benda dikatakan terapung jika sebagian benda tercelup di dalam zat cair. Jika volume yang tercelup sebesar Vf, maka gaya ke atas oleh zat cair yang disebabkan oleh volume benda yang tercelup sama dengan berat benda.

wb < FA

mb.g < f .g.Vf

b.Vb.g < f .g.Vf

karena Vb < Vf , maka b < f2. Penerapan Hukum Archimedes

Beberapa alat yang bekerja berdasarkan Hukum Archimedes, antara lain kapal laut, galangan kapal, hidrometer, dan balon udara.

a. Kapal laut

Kapal laut terbuat dari baja atau besi, dimana massa jenis baja atau besi lebih besar daripada massa jenis air laut. Tetapi mengapa kapal laut bisa terapung? Berdasarkan Hukum Archimedes, kapal dapat terapung karena berat kapal sama dengan gaya ke atas yang dikerjakan oleh air laut, meskipun terbuat dari baja atau besi. Badan kapal dibuat berongga agar volume air yang dipindahkan oleh badan kapal lebih besar. Dengan demikian, gaya ke atas juga lebih besar. Ingat, bahwa gaya ke atas sebanding dengan volume air yang dipindahkan.

*Sumber: Anonim, 2014

Gambar 5.2.

Kapal Lautb. Galangan kapal

Untuk memperbaiki kerusakan pada bagian bawah kapal, maka kapal perlu diangkat dari dalam air. Alat yang digunakan untuk mengangkat bagian bawah kapal tersebut dinamakan galangan kapal. Setelah diberi topangan yang kuat sehingga kapal seimbang, air dikeluarkan secara perlahan-lahan. Kapal akan terangkat ke atas setelah seluruh air dikeluarkan dari galangan kapal.

*Sumber: Anonim, 2014

Gambar 5.3.

Galangan Kapal

c. Hidrometer

Hidrometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Semakin rapat suatu cairan, maka semakin besar gaya dorong ke arah atas dan semakin tinggi hidrometer. Hidrometer terbuat dari tabung kaca yang dilengkapi dengan skala dan pada bagian bawah dibebani butiran timbal agar tabung kaca terapung tegak di dalam zat cair. Jika massa jenis zat cair besar, maka volume bagian hidrometer yang tercelup lebih kecil, sehingga bagian yang muncul di atas permukaan zat cair menjadi lebih panjang, Sebaliknya, jika massa jenis zat cair kecil, hidrometer akan terbenam lebih dalam, sehingga bagian yang muncul di atas permukaan zat cair lebih pendek.(Hariyadi, 2009)

d. Jembatan Ponton

Jembatan ponton adalah kumpulan drum-drum kosong yang berjajar sehingga menyerupai jembatan. Jembatan pontoon merupakan jembatan yang dibuat berdasarkan prinsip benda terapung. Drum-drum tersebut harus tertutup rapat sehingga tidak ada air yang masuk ke dalamnya. Jembatan ponton digunakan untuk keperluan darurat. Apabila air pasang, jembatan naik. Jika air surut, maka jembatan turun. Jadi, tinggi rendahnya jembatan ponton mengikuti pasang surutnya air di bawah jembatan (Nurachmandani, 2009).

e. Balon udara

Udara (gas) termasuk fluida, sehingga dapat melakukan gaya ke atas terhadap benda. Gaya ke atas yang dilakukan benda sama dengan berat udara yang dipindahkan oleh benda. Agar balon dapat bergerak naik, maka balon diisi gas yang massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis udara. 5.3. Alat dan Bahan1. Dasar Statif, digunakan ketika merangkai alat statif. Berfungsi sebagai dasar penumpunya batang statif. Dasar statif ini terletak di bagian bawah alat statif.

*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014

Gambar 2.2.

Dasar statif

2. Batang Statif Panjang, digunakan untuk sebagai tiang-tiang penyangga pada alat statif. Batang statif ini dipasang pada dasar statif. Batang statif panjang diletakkan vertikal di lubang bagian tengah dasar statif.

*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014

Gambar 2.3.

Batang Statif Panjang

3. Batang Statif Pendek, pada lubang di bagian samping, batang statif pendek dipasang secara horizontal, lalu kemudian pada ujungnya dipasang kaki statif.

*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014Gambar 2.4.

Batang Statif Pendek

4. Balok Penahan, diletakkan pada batang statif panjang yang vertikal terhadap dasar statif. Pasang di bagian atas.

*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014Gambar 2.5.

Balok Penahan

5. Kaki Statif, dipasang pada ujung statif pendek. Berguna untuk menahan statif agar seimbang.

*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014Gambar 2.6.

Kaki Statif

6. Neraca Pegas 3.0 N, alat pengukur berat. Digunakan untuk mengukur massa beban dan menentukan gaya F.

*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014Gambar 2.9.

Neraca Pegas

7. Penggaris Logam (50 cm), digunakan untuk mengukur tinggi bidang miring pada statif.

*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014Gambar 2.12.

Penggaris Logam

5.4. Prosedur Kerja

1. Siapkan alat dan bahan yang akan digunakan.

2. Rakit dasar statif, kaki statif, batang statif pendek dan panjang serta balok pendukung. 3. Pasang (tancapkan) jepit penahan pada balok pendukung, kemudian gantungkan dinamometer pada jepit penahan.

4. Tuangkan air bersih ke dalam tabung berpancuran sebanyak tinggi tabung, kemudian letakkan tabung berpancuran itu tepat di bawah dynamometer5. Isilah tabung plastik bertutup dengan peluru yang tersimpan dalam tabung plastic berpeluru. Gantungkan (kaitkan) tabung plastic bertutup pada dinamometer. Atur jumlah pelurunya sehingga diperoleh w pada skala dinamometer mencapai nilai 0,5 N.

6. Turunkan balok pendukung sehingga alas tabung plastik bertutup masuk ke dalam air pada kedalaman 2 cm.

7. Tentukan berat semu w dengan cara mengamati penunjukan skala dinamometer. Catat nilai w ke dalam tabel.

8. Ulangi langkah b dan c untuk keadaan alas tabung berada di air pada kedalaman 4 cm dan 6 cm.

9. Tambahkan peluru di dalam tabung, sehingga dihasilkan w (skala dynamometer menunjukkan nilai) sebesar 1 N.

10. Ulangi langkah b sampai dengan d.

11. Kemasi alat-alat yang telah digunakan dan diskusikan seluruh isi tabel.

5.5. Hasil Pengamatan

Tanpa tambahan bebanTinggi h (m)w (N)F (N)

110,6O,1

220,60,2

330,60,3

Dengan tambahan beban 50 gramTinggi h (m)w (N)F (N)

111,60,4

221,60,8

331,61,2

Dengan tambahan beban 150 gramTinggi h (m)w (N)F (N)

111,70,3

221,70,6

331,71,1

5.6. Pengolahan Data

Menurut hasil percobaan, cara perhitungan untuk mendapatkan hasil energi dan usaha yang sudah dilakukan dengan diketahui berat benda serta gaya pada ketinggian tertentu pada rangkaian tersebut.

Untuk mencari energi dalam percobaan tanpa penambahan beban benda pada ketinggian (h) dengan berat benda (w) dapat dihitung dengan rumus :

E=w.h (Persamaan 2.7.)Untuk mencari usaha yang dihasilkan dalam percobaan tersebut, dalam percobaan tanpa beban benda dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

Usaha=FR.I (Persamaan 2.8.)Maka didapat hasil seperti pada tabel dan untuk pengamatan selanjutnya dengan beban tambahan menggunakan rumus yang sama. Semakin besar ketinggian bidang miring maka semakin besar usaha yang dilakukan.Tanpa tambahan bebanTinggi h (m)w (N)w.h(Joule)F (N)Usaha=F . l(Joule)

110,66,60,15

220,613,20,210

330,619,80,315

Dengan tambahan beban 50 gramTinggi h (m)w (N)w.h(Joule)F (N)Usaha=F . l(Joule)

111,617,60,420

221,635,20,840

331,652,81,260

Dengan tambahan beban 150 gramTinggi h (m)w (N)w.h(Joule)F (N)Usaha=F . l(Joule)

111,718,70,315

221,737,40,630

331,756,11,155

1.7. Pembahasan

Pada praktikum ini didapat hasil pengamatan yaitu usaha menyatakan hubungan antara gaya dan energi yang menyebabkan perpindahan suatu benda. Bila ada gaya yang menyebabkan perpindahan suatu benda, maka dikatakan gaya tersebut telah melakukan usaha terhadap benda.Usaha dikatakan positif jika gaya dan perpindahan berarah sama dan usaha dikatakan negatif jika gaya dan perpindahan berlawanan arah Kita bisa menentukan besar usaha dengan menambahkan beban pada katrol dan mengatur tinggi statif sesuai keinginan. Semakin tinggi suatu bidang miring maka gaya yang diberikan semakin besar dan usaha yang dihasilkan semakin besar juga.Abdurrahman HanafiH1C114071