Laporan praktikum gaya angkat zat cair

LAPORAN PRAKTIKUM FLUIDA

“GAYA ANGKAT ZAT CAIR”

Disusun Oleh :

Kelompok 7/ Pendidikan IPA B 2013

1.      Deassy Laily Paramita               (13030654043)

2.      Citra Sri Rahayu                        (13030654065)

3.      Faroh Novianti M.                      (13030654067)

4.      Dwi Rahmawaty                         (13030654073)

S1 PROGRAM STUDI PENDIDIKAN IPA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

2015

ABSTRAK

Percobaan tentang gaya angkat zat cair yang kami lakukan bertujuan untuk mengetahui gaya angkat dalam zat cair. Cara untuk  mengetahui  gaya  angkat  zat  cair adalah  menimbang berat  tabung plastic berpeluru di udara dengan neraca pegas. Lalu menimbang beban di dalam air dengan jarak dari permukaan air yang berbeda-beda yaitu 2 cm, 4 cm, 6 cm, 8 cm, dan 10 cm. Setelah itu menghitung gaya angkat zat cair dengan mengurangi berat benda di udara dengan berat benda yang ditunjukkan neraca pegas saat benda di air. Benda 1 N memiliki gaya angkat zat cair di kedalaman 2 cm, 4 cm, 6 cm, 8 cm, dan 10 cm masing-masing sebesar 0,2 N, 0,3 N, 0,4 N, 0,5 dan 0,5 N. Pada kedalaman 8 cm dan 10 cm, volume benda yang tercelup dalam air adalah sama yaitu seluruh benda. Sehingga gaya angkat ke atas benda bernilai sama yakni sebesar 0,5 N.

Kata kunci: berat benda, gaya angkat zat cair, dan kedalaman.

DAFTAR ISI

Halaman Cover................................................................................................ i

Abstrak............................................................................................................. ii

Daftar isi.......................................................................................................... iii

BAB I Pendahuluan......................................................................................... 1

A.    Latar Belakang...................................................................................... 1

B.     Rumusan Masalah................................................................................. 1

C.     Tujuan Percobaan.................................................................................. 1

D.    Hipotesis............................................................................................... 1

BAB II Kajian Teori........................................................................................ 2

BAB III Metode Percobaan............................................................................ 5

A.    Rancangan Percobaan........................................................................... 5

B.     Alat dan Bahan..................................................................................... 5

C.     Variabel Percobaan............................................................................... 6

D.    Alur Kerja............................................................................................. 6

BAB IV Data dan Analisis.............................................................................. 8

A.    Data...................................................................................................... 8

B.     Analisis................................................................................................. 8

C.     Pembahasan.......................................................................................... 8

BAB V Diskusi................................................................................................ 11

BAB VI Penutup............................................................................................. 12

A.    Kesimpulan........................................................................................... 12

B.     Saran..................................................................................................... 12

Daftar Pustaka................................................................................................. 13

Lampiran ......................................................................................................... 14

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar belakang

Dalam kehidupan sehari-hari kita tentu pernah merasakan rasanya berjalan di dalam air kolam atau air laut yang dangkal. Jika kita berjalan di air yang cukup dalam, misalkan permukaan air sampai di dagu kita, dan dengan sedikit menghentakkan kaki kita, maka tubuh kita akan mengambang ke  atas. Mengapa hal ini bisa terjadi? Hal ini dapat terjadi karena air memberikan gaya angkat terhadap tubuh kita. Suatu benda yang dicelupkan dalam zat cair mendapat gaya keatas sehingga benda kehilangan sebagian beratnya. Gaya ke atas ini disebut gaya apung (buoyancy), yaitu suatu gaya ke atas yang dikerjakan oleh zat cair pada benda. Munculnya gaya apung adalah konsekuensi dari tekanan zat cair yang meningkat dengan kedalaman. Dan untuk memahami hal ini, maka kami melakukan percobaan tentang “Gaya Angkat Zat Cair” untuk menyelidiki pengaruh kedalaman benda terhadap gaya angkat zat cair.

B.     Rumusan masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, dapat diambil suatu rumusan masalah sebagai berikut:

“Bagaimanakah pengaruh kedalaman benda terhadap gaya angkat benda dalam air?”

C.    Tujuan

Adapun tujuan dari percobaan ini adalah sebagai berikut:

1.      Untuk menyelidiki gaya angkat zat cair.

2.      Untuk menyelidiki pengaruh kedalaman benda terhadap gaya angkat benda dalam air.

D.    Hipotesis

Dari rumusan masalah di atas, dapat diambil suatu hipotesis yaitu sebagai berikut:

“Jika kedalaman benda yang tercelup semakin dalam maka gaya angkatnya juga semakin besar”.

BAB II

KAJIAN TEORI

Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas, dimana gaya F dipahami bekerja tegak lurus terhadap permukaan A. Konsep tekanan utamanya berguna dalam membahas fluida. Dari fakta eksperimental, fluida memberikan tekanan kesegala arah. Hal ini diketahui dari perenang dan penyelam yang merasakan tekanan air didalam tubuh mereka. Pada setiap titik, pada fluida diam (statis), besarnya tekanan dari segala arah adalah sama. Tekanan pada satu sisi harus sama dengan tekanan disisi sebaliknya. Jika hal ini tidak terjadi maka akan ada gaya total, sehingga benda dapat bergerak. Artinya, dalam fluida statis, tekanan-tekanannya harus sama besar.

Sifat penting lainnya dari fluida yang berada dalam keadaan diam adalah gaya yang disebabkan oleh tekanan fluida selalu bekerja tegak lurus terhadap permukaan yang bersentuhan dengannya. Jika ada komponen gaya yang sejajar dengan permukaan, makamenurut hukum newton ketiga bahwa permukaan akan memberikan gaya kembali pada fluida yang juga akan memiliki komponen sejajar dengan permukaan. Komponen ini akan menyebabkan fluida mengalir. Dengan demikian gaya yang disebabkan oleh tekanan pada fluida statis selalu tegak lurus terhadap permukaan.

Suatu benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akaan mendapatkan gaya angkat ke atas sehingga benda kehilangan sebagian beratnya. Gaya ke atas ini disebut  gaya  apung  (buoyancy),  yaitu  gaya  tekan  keatas  dari  cairan  terhadap sebuah benda yang berlawanan dengan massa benda dan efek gravitasi. Atau dalam  bahasa  sederhana,buoyancy adalah  kemampuan  mengapung  dari  sebuah benda pada cairan tertentu (misalnya air, raksa dan lain-lain).

	Sumber: en.wikipedia.org

 

Besarnya tekanan air tergantung pada kedalamannya, semakin dalam (jauh dari permukaan) maka semakin besar tekanannya. Setiap benda pasti memiliki ketebalan. Jika berada di dalam air, bagian bawah benda akan tercelup lebih dalam daripada bagian atasnya. Hal ini menyebabkan tekanan air di bagian bawah benda lebih besar, sehingga benda akan tertekan ke atas.

Wsemu = Wbenda – Fa

Akibat adanya gaya apung, berat benda dalam zat cair akan berkurang. Benda  yang  diangkat  dalam  zat  cair  akan  terasa  lebih  ringan  dibandingkan diangkat  di  darat.  Berat  ini  disebabkan  berat  semu  dan  dirumuskan  sebagai berikut:

dengan:

W_semu  = berat benda dalam zat cair (Kg·m/s)

W_benda = berat benda sebenarnya (Kg·m/s)

Fa       = gaya apung (N)

Besar  gaya  apung  tersebut  menentukan  apakah  sebuah  benda  akan terapung atau tenggelam di dalam suatu fluida. Jika gaya apung lebih kecil daripada berat benda tersebut, benda itu akan tenggelam. Jika gaya apung tersebut sama dengan berat benda, benda tersebut terapung. Kadang-kadang gaya apung pada  sebuah  benda  lebih  besar  daripada  berat  benda  tersebut.  Besarnya  gaya apung dirumuskan sebagai berikut:

Fa = ρcair Vb g

dengan:

ρcair = massa jenis zat cair (kg/m3)

Vb = volume benda yang tercelup (m3)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

atau bisa juga dijabarkan :

Dengan P adalah besar tekanan, A.h adalah volume benda, ρ adalah massa jenis zat cair (dianggap konstan), dan g adalah percepatan gravitasi (10m/s2).

Pada kapal laut yang memiliki massa berton-ton, tetapi kapal dapat mengapung di air laut. Jika kamu memasukkan uang logam ke dalam bak mandi berisi air, uang logam tersebut akan tenggelam. Massa kapal laut jauh lebih besar daripada massa uang logam. Akan tetapi, kapal laut dapat mengapung di permukaan air laut, sedangkan uang logam tenggelam.

Ketika kaleng kosong dimasukkan ke dalam wadah berisi air, kaleng tersebut akan mengapung di air tersebut. Meskipun massa jenis kaleng bekas minuman ini lebih besar daripada air, kaleng tersebut mengapung di air. Hal ini dikarenakan pada kaleng tersebut bekerja gaya apung yang menahan kaleng tetap mengapung. Besar gaya apung ini sebanding dengan volume zat cair yang dipindahkan. Pada percobaan ini volume air yang dipindahkan adalah volume air yang tertampung pada gelas ukur.

Jika kaleng berisi air dimasukkan ke dalam air dalam wadah. Kaleng akan tenggelam  karena  gaya  apung  tidak  cukup  kuat  untuk  menahan  kaleng  tetap

terapung. Jika air yang tertampung dalam gelas ukur dari pencelupan kaleng berisi air dimasukkan ke dalam kaleng  yang telah dikosongkan,  air dari  gelas ukur tersebut akan mengisi penuh kaleng tersebut. Besarnya gaya apung pada kaleng ini sama dengan berat air yang dipindahkan. Hukum Archimedes menyatakan bahwa suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami  gaya apung  yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut.

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

A.    Rancangan Percobaan

Gambar rancangan percobaan gaya angkat zat cair.

B.     Alat dan Bahan

1.      Alat

a)    Dasar statif                                    1 buah

b)    Kaki statif                                                 1 buah

c)    Batang statif pendek                     1 buah

d)   Batang statif panjang                    1 buah

e)    Mistar                                            1 buah

f)     Necara pegas                                 1 buah

g)    Tabung berpancuran                      1 buah

h)    Balok pendukung                          1 buah

i)      Jepit panahan                                1 buah

j)      Gelas kimia                                   1 buah

k)    Tabung plastik dengan tutup        1 buah

l)      Tabung plastik dengan peluru       2 buah

2.      Bahan

a)      Air                                                (Secukupnya)

C.    Variabel Pecobaan

Variabel manipulasi                 :   Kedalaman tabung plastik berpeluru.

Definisi Operasional               : kedalaman tabung plastik berpeluru ketika tercelup di dalam air yaitu 2 cm, 4 cm, 6 cm, 8 cm, dan 10 cm dari permukaan air.

Variabel kontrol                      :   massa tabung plastik berpeluru dan jumlah air.

Definisi Operasional               :    pada percobaan ini massa tabung plastik berpeluru yang digunakan ketika ditimbang di udara yaitu sebesar 1 N. Sedangkan jumlah air dalam gelas kimia disini yang digunakan ketika percobaan yaitu sebanyak 200 ml.

Variabel Respon                      :   Massa tabung plastik berpeluru dalam air.

Definisi Operasional               : Massa tabung plastik berpeluru dalam air diperoleh dari massa dari tabung plastik berpeluru ketika tercelup di dalam air.

D.    Prosedur Percobaan

1. Persiapan Percobaan

a.       Merakit peralatan sesuai dengan rancangan percobaan.

b.      Memasang balok pendukung pada batang statif panjang.

c.       Memasang jepit panahan dan memasang neraca pegas pada balok pendukung.

d.      Mengisi tabung plastik dengan peluru (diatur sehingga 1 N). Kemudian menggantungkan tabung tersebut pada neraca pegas.

e.       Menuangkan 200 ml air ke dalam gelas kimia dan meletakkan gelas kimia tepat di bawah tabung plastik yang telah tergantung.

2. Langkah Percobaan

a.       Mengisi gelas kimia 250 ml dengan air kira-kira 3/4 nya.

b.      Menimbang berat tabung plastik berpeluru di udara dengan neraca pegas, misalnya w.

c.       Menurunkan balok pendukung, sehingga alas tabung pastik berpeluru tercelup ke air sedalam 2 cm.

d.      Mengamati dan mencatat hasil penunjukkan neraca pegas.

e.       Menglangi langkah 3 dan 4 untuk keadaan alas tabung plastik tercelup ke air sedalam 4 cm, 6 cm, 8 cm, dan 10 cm.

3. Alur Perocbaan

 

       

BAB IV

DATA, ANALISIS, DAN PEMBAHASAN

A.    Data

Tabel Hasil Percobaan Gaya Angkat Zat Cair

No.	Kedalaman Benda (h ± 0,1) cm	Berat Benda dalam Air (Wa ± 0,1) N
1.	2,0	0,8
2.	4,0	0,7
3.	6,0	0,6
4.	8,0	0,5
5.	10,0	0,5

Keterangan:

Berat benda di udara (W ± 0,1) N = 1,0 N

Volume air yang digunakan = 900 mL.

B.     Analisis

Dari hasil percobaan “Gaya Angkat Zat Cair”, diperoleh bahwa pada saat wadah berpeluru tercelup ke air dengan kedalaman benda 2 cm berat benda dalam air sebesar 0,8 N. Pada kedalaman 4 cm berat benda dalam air sebesar 0,7 N. Pada kedalaman 6 cm berat benda dalam air sebesar 0,6 N. Pada kedalaman 8 cm berat benda dalam air sebesar 0,5 N. Pada kedalaman 10 cm berat benda dalam air sebesar 0,5 N. Berat benda di udara adalah 1,0 N. Dalam percobaan ini digunakan air dengan volume 900 mL.

C.    Pembahasan

Dari hasil percobaan yang kami peroleh, kemudian dengan menggunakan rumus F_a = w - w_{a ,} maka diperoleh nilai F_a sebagai berikut:

Tabel Hasil Pengamatan Percobaan Gaya Angkat Zat Cair

No.	Kedalaman Benda (h ± 0,1) cm	Berat Benda dalam Air (Wa ± 0,1) N	Gaya Angkat (Fa ± 0,1) N
1.	2,0	0,8	0,2
2.	4,0	0,7	0,3
3.	6,0	0,6	0,4
4.	8,0	0,5	0,5
5.	10,0	0,5	0,5

Berdasarkan data pada tabel tersebut diperoleh hasil bahwa pada kedalaman 2 cm, 4 cm, 6 cm, 8 cm, dan 10 cm berat benda dalam air berturut-turut adalah 0,8 N; 0,7 N; 0,6 N; 0,5 N, dan 0,5 N. Hasil untuk gaya angkat pada kedalaman 2 cm, 4 cm, 6 cm, 8 cm, dan 10 cm didapat gaya angkat berturut-turut adalah 0,2 N; 0,3 N; 0,4 N; 0,5 N dan 0,5 N. Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa jika benda tercelup dalam air semakin dalam atau nilai kedalamanya semakin besar, terjadi penurunan nilai berat benda dalam air, dan untuk gaya angkatnya semakin besar nilainya ketika benda dimasukkan dalam air dengan kedalaman yang semakin besar.

Hasil penimbangan yang berbeda antara penimbangan di udara dan air disebabkan karena ketika di dalam air, tidak hanya gaya berat yang  berpengaruh. Tapi juga gaya angkat dari zat cair, yang menyebabkan  beratnya ketika di air berkurang. Besarnya gaya tekan ke atas dapat ditentukan dengan konsep tekanan hidrostatik. Gaya total yang  disebabkan oleh tekanan fluida merupakan gaya apung atau gaya tekan ke atas yang besarnya: F_a = ρ.g.h.A. Berdasarkan persamaaan tersebut maka hubungan antara kedalaman benda terhadap gaya angkat zat cair yaitu sebanding/berbanding lurus sehingga kedalaman benda berpengaruh terhadap besar gaya angkat zat cair. Dari hasil percobaan yang kami lakukan menunjukkan bahwa hasil tersebut sesuai dengan teori dimana semakin besar kedalaman benda maka semakin besar pula gaya angkat zat cair nya. Hal ini terbukti, pada saat kedalaman benda  2 cm, gaya angkat yang terjadi sebesar 0,2 N sedangkan pada kedalaman 4 cm, gaya angkat fluida sebesar 0,3 N dan untuk benda yang dimasukkan ke dalam air dengan kedalaman 6 cm besar gaya angkatnya sebesar 0,4 N. Pada data hasil timbangan kedalaman 8, dan 10 cm di dapatkan gaya angkat yang sama besar yaitu 0,5 N. Hal ini tidak sesuai dengan teori yang menyatakan gaya apung berbanding lurus dengan kedalaman. Hal ini dikarenakan pada kedalaman ini, tidak lagi terjadi gaya apung. Benda tidak lagi terapung, namun keseluruhan volume benda sudah masuk ke dalam air. Akan tetapi, meskipun sama-sama semua bagian benda sudah tercelup ke dalam air belum tentu pada kedalaman yang berbeda nilai berat benda dalam air dan gaya angkatnya sama. Sehingga yang berlaku adalah hukum archimedes yang sesuai dengan data yang diperoleh. Yaitu semakin besar kedalaman maka semakin besar pula gaya angkat zat cair. Hal tersebut disebabkan karena tekanan fluida bertambah terhadap kedalaman. Semakin dalam fluida (zat cair), semakin besar tekanan fluida tersebut, sehingga semakin besar kedalaman benda di dalam zat cair maka semakin besar pula tekanan fluida. Tekanan fluida berbanding lurus dengan gaya sehingga semakin besar tekanan maka semakin besar pula gayanya.

BAB V

DISKUSI

Sebuah batu memiliki berat 30 N jika ditimbang di udara. Jika batu tersebut ditimbang di dalam air beratnya = 21 N. Jika massa jenis air adalah 1 gr/cm³, hitung massa jenis batu tersebut!

Pembahasan:

Diketahui       :   w = 30 N

w_a = 21 N

ρ_f  = 1 gr/cm³

Ditanya          :   ρ_b = …?

Jawab                        :

Jadi, massa jenis batu yaitu sebesar gr/cm³.

BAB VI

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Dari hasil percobaan yang telah dilakukan dapat diketahui bahwa kedalaman benda saat dicelupkan ke dalam zat cair berbanding terbalik dengan berat benda dalam zat cair, dimana semakin tinggi kedalaman benda yang tercelup maka berat benda dalam zat cair akan semakin berkurang. dan jika berat benda dalam zat cair semakin berkurang, hal ini akan  mengakibatkan gaya angkat yang dialami benda justru akan semakin bertambah. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa kedalaman benda yang tercelup dalam zat cair berbanding lurus dengan gaya angkat yang diberikan oleh zat cair pada benda tersebut, sehingga semakin dalam/ tinggi kedalaman benda yang tercelup maka gaya angkat yang diberikan zat cair pada benda tersebut akan semakin besar.

B.     Saran

Dalam melakukan percobaan tentang gaya angkat zat cair ini, praktikan harus bisa lebih cermat/ teliti dalam membaca skala yang terdapat pada neraca pegas, maupun dalam mengukur kedalaman benda, sehingga data hasil percobaan yang dilakukan akan lebih akurat dan tepat.

DAFTAR PUSTAKA

Edwinganadi. 2013. Gaya Apung (Buoyant Force). (Online), http://edwinganadhi.wordpress.com/2013/06/04/gaya-apung-11-buoyant- force-11/, diakses tanggal 10 Mei 2015)

Gabriel, J.F. 1996. Fisika Kedokteran. Jakarta: EGC

Giancoli. 1999. Fisika Jilid 1 edisi kelima. Jakarta : Erlangga.

Widodo, Wahono dan Tutut Nurita. 2015. Modul Praktikum Fluida. Surabaya : Unesapress.