LAPORAN PRAKTIKUM HUKUM ARCHIMEDES

LAPORAN PRAKTIKUM FLUIDA

“HUKUM ARCHIMEDES”

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 “Hukum Archimedes” bertujuan untuk menyelidiki hubungan gaya keatas dengan berat zat cair yang dipindahkan. Metode yang digunakan adalah dengan memanipulasi massa beban, kemudian ditentukan berat benda sewaktu berada di udara dan sewaktu dicelupkan ke dalam zat cair kemudian diukur menggunakan neraca pegas. Dari percobaan ini, nilai gaya angkat ke atas sangat jauh berbeda dengan nilai berat zat cair yang dipindahkan. Dimana gaya ke atas dari zat cair pada masing-masing beban berbeda didapatkan nilai yang sama yaitu sebesar 0,1 N, sedangkan nilai berat zat cair yang dipindahkan pada saat menggunakan beban 50 gram, 100 gram, dan 150 gram masing-masing yaitu sebesar 44 N, 102 N, dan 154 N. Perbedaan nilai antara gaya angkat dengan berat zat cair yang dipindahkan yang sangat jauh tersebut dapat disebabkan oleh beberapa faktor seperti gaya gravitasi yang diasumsikan 10 m/s² padahal di laboratorium Pendidikan IPA FMIPA Unesa belum tentu tepat sebesar 10 m/s², tekanan di laboratorium juga belum tentu benar-benar 1 atm, dan faktor dalam misalnya ketidaktelitian praktikan dalam hal pembacaan skala pada neraca pegas maupun neraca ohauss.

Kata kunci : Gaya angkat, berat zat cair, Hukum Archimedes

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Kita mungkin pernah mengamati bahwa sebuah benda yang diletakan di dalam air terasa lebih ringan dibandingkan dengan beratnya ketika di udara. Jika benda dicelupkan dalam zat cair, sebenarnya berat benda itu tidak berkurang. Gaya tarik bumi kepada benda itu besarnya tetap. Akan tetapi zat cair memberikan gaya yang arahnya ke atas kepada setiap benda yang tercelup di dalamnya yang disebut dengan gaya angkat ke atas. Hal ini menyebabkan berat benda seakan-akan berkurang. Hukum Archimedes menyatakan bahwa sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya kedalam zat cair akan mengalami gaya keatas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan. Untuk mengetahui hubungan antara gaya keatas dengan berat zat cair yang dipindahkan berdasarkan hukum Archimedes, kami melakukan percobaan hukum archimedes yang membahas tentang gaya keatas pada zat cair.

B.     Rumusan Masalah

Dari latar belakang diatas, maka rumusan masalah kami, yaitu :

 “Bagaimana hubungan antara gaya keatas dengan berat zat cair yang dipindahkan?”

C.    Tujuan

Adapun tujuan kami dari rumusan masalah diatas, yaitu:

“Menyelidiki hubungan gaya keatas dengan berat zat cair yang dipindahkan.”

D.    Hipotesis

Gaya angkat keatas yang diberikan zat cair besarnya sama dengan zat cair yang dipindahkan.

BAB II

KAJIAN TEORI

Hukum Archimedes adalah sebuah hukum tentang prinsip pengapungan diatas benda cair yang ditemukan oleh Archimedes, seorang ilmuwan Yunani yang juga merupakan penemu pompa spiral untuk menaikan air yang dikenal dengan istilah Sekrup Archimede. Hukum Archimedes berhubungan dengan gaya berat dan gaya ke atas suatu benda jika dimasukan kedalam air.

Bunyi Hukum Archimedes:

“Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhya kedalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda ter

Rumus Hukum Archimedes 

Fa = ρa x Va x g

Keterangan:  Fa =  Gaya keatas yang dialami benda (N)    ρa=  Massa Jenis zat cair (kg/m3)             Va=  Volume air yang terdesak (m3)               g = Percepatan Gravitasi (m/det2)

Bila benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka ada 3 kemungkinan yang terjadi yaitu tenggelam, melayang, dan terapung.

1. Terapung

Benda dikatakan terapung jika sebagian benda masih muncul diatas permukaan zat cair, Pada benda terapung terdapat dua gaya yaitu Fa dan W. Dalam keadaan seimbang maka :

W = F_a
ρ_b . V_b . g = ρ_ZC . V₂ . g
ρ_b . V_b = ρ_ZC . V₂

karena V_b > V₂ maka : ρ_b < ρ_ZC

ρ_b = massa jenis benda
ρ_ZC = massa jenis zat cair

2. Melayang

Benda dikatakan melayang jika benda berada dalam zat cair, tetapi tidak berada di dasar zat cair. Pada benda melayang terdapat dua gaya yaitu: F_a dan W. Dalam keadaan seimbang maka :

W = F_a
ρ_b . V_b . g = ρ_ZC . V_b . g

ρ_b = ρ_zc

3. Tenggelam

benda dikatakan tenggelam jika berada didasar zat cair. Pada benda tenggelam terdapat tiga gaya yaitu :

W = gaya berat benda
F_a = gaya archimedes
N = gaya normal bidang

Dalam keadaan seimbang maka W = N + F_a 

sehingga :

W > F_a
m . g > ρ_ZC . V_b . g
ρ_b . V_b . g > ρ_ZC . V_b . g

ρ_b > ρ_zc

Penerapan Hukum Archimedes :

1.      Teknologi perkapalan seperti Kapal laut dan kapal Selam

Teknologi perkapalan merupakan contoh hasil aplikasi ata penerapan hukum Archimedes yang paling sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari.  Kapan laut terbuat dari besi atau kayu yang di buat berongga dibagian tengahnya. Rongga pada bagian tengah kapal laut ini bertujuan agar volume air laut yang dipindahkan badan kapal  besar. Aplikasi ini bedasarkan bunyi hukum Archimedes dimana gaya apung suatu benda sebanding dengan banyaknya air yang dipindahkan. Dengan menggunakan prinsip tersebut maka kapal laut bisa terapung dan tidak tenggelam.

Berbeda dengan kapal selam yang memang di kehendaki untuk bisa tenggelam di air dan juga mengapung di udara. Untuk itu pada bagian tertentu dari kapal selam di persiapkan sebuah rongga yang dapat menampung sejumlah air laut yang bisa di isi dan di buang sesuai kebutuhan. Saat ingin menyelam, rongga tersebut di isi dengan air laut sehingga berat kapal selam bertambah. Sedangkan saat ingin mengapung, air laut dalam rongga tersebut di keluarkan sehingga bobot kapal selam menjadi ringan dan mampu melayang di permukaan.

2.      Alat pengukur massa jenis (Hidrometer)

Hidrometer adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Hidrometer merupakan contoh penerapan hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari yang paling sederhana. Cara kerja hidrometer merupakan realisasi bunyi hukum archimede, dimana suatu benda yang dimasukan kedalam zat cair sebagian atau keseluruhan akan mengalami gaya keatas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan.Jika hidrometer dicelupkan ke dalam zat cair, sebagian alat tersebut akan tenggelam. Makin besar massa jenis zat cair, Makin sedikit bagian hidrometer yang tenggelam. Seberapa banyak air yang dipindahkan oleh hidrometer akan tertera pada skala yang terdapat pada alat hidrometer.

3.      Jembatan Poton

Jembatan poton adalah sebuah jembatan yang terbuat dari kumpulan drum-drum kosong yang melayang diatas air dan diatur sedemikian rupa sehingga menyerupai sebuah jembatan. Jembatan poton disebut juga jembatan apung. Untuk bisa di jadikan sebagai jembatan, drum-drum tersebut harus berada dalam kondisi kosong dan tertutup rapat sehingga udara di dalam drum tidak dapat keluar dan air tidak dapat masuk kedalam. Dengan cara itu berat jenis drum dapat diminimalkan sehingga bisa terapung di atas permukaan air.

4.      Teknologi Balon Udara

Balon udara adalah penerapan prinsip Archimedes di udara. Jadi ternyata aplikasi hukum Archinedes tidak hanya berlaku untuk benda cair tetapi juga benda gas. Untuk dapat terbang melayang di udara, balon udara harus diisi dengan gas yang bermassa jenis lebih kecil dari massa jenis udara atmosfer, sehingga, balon udara dapat terbang karena mendapat gaya keatas, misalnya diisi udara yang dipanaskan. Udara yang dipanaskan memiliki tingkat kerenggangan lebih besar daripada udara biasa. Sehingga masa jenis udara tersebut menjadi ringgan.

BAB III

METODE PERCOBAAN

A.    Alat dan Bahan

1.      Alat :

a.       Dasar statif                                  2 buah

b.      Kaki statif                                    1 buah

c.       Batang statif pendek                   1 buah

d.      Batang statif panjang                  2 buah

e.       Mistar                                          1 buah

f.       Neraca pegas                               1 buah

g.      Tabung berpancuran                    1 buah

h.      Balok pendukung                                    1 buah

i.        Jepit penahan                               1 buah

j.        Gelas kimia                                  1 buah

k.      Beban                                          3 buah

l.        Silinder ukur                                1 buah

m.    Neraca Ohauss                             1 buah

2.      Bahan:

Air                                                       secukupnya

B.     Desain Percobaan

Beban diturunkan hingga beban tercelup seluruhnya ke dalam air dan menunggu sampai air tidak tumpah, kemudian mengukur berat beban dalam air.

Beban digantungkan pada neraca pegas dan diukur massanya di udara terlebih dahulu

Statif

Neraca pegas

Silinder ukur

Tabung berpancuran

 

C.    Variabel yang Digunakan

1.      Variabel Manipulasi:   Massa beban

Definisi Operasional: Massa beban yang digunakan sebagai variabel manipulasi diwakili dengan banyaknya beban yang dicelupkan, yaitu 1 buah, 2 buah, dan 3 buah beban.

2.      Variabel Kontrol: Massa jenis beban, massa jenis zat cair, dangravitasi

Definisi Operasional: Jenis beban yang digunakan sama sehingga masa jenis beban sama. Jenis zat cair yang digunakan sama yaitu air sehingga masa jenis zat cair sama. ( ) dan nilai gravitasi yang digunakan adalah 10 .

3.      Variabel Respon: Berat zat cair yang dipindahkan (

Definisi Operasional: Berat zat cair yang dipindahkan dapat  diketahui melalui  zat cair yang tumpah  dari gelas ukur.

D.    Prosedur Percobaan

1.      Merakit peralatan.

2.      Menggantungkan sebuah beban pada neraca pegas dan mencatat beratbeban yang ditunjukkan oleh neraca pegas (Wo).

3.      Menimbang massa (Mo) silinder ukur dalam keadaan kosong denganneraca.

4.      Memasukkan air ke dalam tabung berpancuran dan menunggu sampaibeberapa saat sampai air tidak menetes dengan menggunakan gelas kimiauntuk menampung air yang tumpah.

5.      Menempatkan silinder ukur di bawah pipa pancur tabung berpancuran.

6.      Menurunkan balok pendukung sampai beban seluruhnya tercelup ke dalamair.

7.      Menunggu sampai air tidak tumpah lagi, kemudian dengan membacaneraca pegas, catat berat beban (W) saat berada di dalam air.

8.      Menimbang massa (m₁), yakni massa silinder ukur + massa air tumpahan.

9.      Mengulangi langkah 1 sampai langkah 6 untuk 2 buah beban dan 3 buahbeban.

10.  Menghitung massa air yang dipindahkan (m_a = m₁ – m₀).

11.  Dengan g = 10 m/s², menghitung berat air yang dipindahkan (w_a = m_a . g).

12.  Membandingkan Fa dengan w_a jika gaya ke atas F_a = w₀ – w₁.

E.     Alur Kerja

· Diturunkan hingga beban tercelup seluruhnya ke dalam air · Ditunggu sampai air tidak tumpah · Diukur berat beban dalam air

· Digantung pada neraca pegas · Ditimbang · Dicatat

Beban

Berat benda (Wo)

Balok pendukung

Berat beban  (W)

Gaya ke atas (Fa)

· Dihitung

Silinder ukur

· Ditimbang dengan neraca

Massa (Mo)

Air

· Ditempatkan di bawah pipa pancur tabung berpancuran

· Dimasukkan ke tabung berpancuran dan ditunggu beberapa saat sampai air tidak menetes · Ditampung ke dalam gelas kimia · Diukur dengan gelas ukur

Volume air yang tumpah

Massa air

· Ditimbang massa silinder + massa air yang tumpah

Massa 1

· Dihitung · Diulangi langkah 1-6

Massa air yang dipindahkan (Ma = M1 – Mo)

Berat air yang dipindahkan (Wa = m.g)

· Dihitung

 

BAB IV

DATA, ANALISIS, DAN PEMBAHASAN

A.    Data

Tabel 1. Data HasilPercobaanHukum Archimedes

HasilPercobaan	Massa Beban (m ± 0,1) gr
	50,0	100,0	150,0
Berat (w0) beban di udara (w0±0,1) N	0,7	1,2	1,6
Berat (w1) beban di dalam air (w1±0,1) N	0,6	1,1	1,5
Massa (m0) silinderukurkosong (m0±0,1) gr	39,0	39,0	39,0
Massa (m1) silinderukur + air tumpahan (m1±0,1) gr	43,4	49,2	54,4
Massa air yang dipindahkan (ma=m1–m0) (ma±0,1) gr	4,4	10,2	15,4
Berat air yang dipindahkan (wa=ma.g) (wa±0,1) N	44,0	102,0	154,0
Gaya keatasdari air (Fa=w0-w1) (Fa±0,1) N	0,1	0,1	0,1

Keterangan:

Percepatangravitasi (g) = 10 m/s²

B.     Analisis

           Dari data hasilpercobaandi atas dapat diketahui bahwamassa beban yang digunakan ada 3 beban, yaitu dengan massa 50 gram, 100 gram, dan  150 gram. Denganmenggunakan3 beban yang berbeda, diperoleh beratbeban di udara(w₀) secara berturut-turut sebesar 0,7 N; 1,2 N; dan 1,6 N.Dan beratbeban di dalam air(w₁) secara berturut-turut sebesar 0,6 N; 1,1 N; dan 1,5 N. Adapun massasilinderukuryang masih kosong(m₀) adalah 39,0 gram. Kemudian setelah 3 beban yang berbeda dicelupkan ke dalam air, didapatkan massa (m₁) silinderukur + air tumpahan secara berturut-turut sebesar43,4 gram; 49,2 gram; dan 54,4 gram. Kemudian dengan menggunakan rumus m_a=m₁–m₀, didapatkan massa air yang dipindahkan yaitu 4,4 gram; 10,2 gram; dan 15,4 gram. Selanjutnya dengan menggunakan rumus w_a=m_a.g dimana g = 10 m/s²diperoleh nilai berat zat cair yang dipindahkan yaitu masing-masing sebesar 44 N, 102 N, dan 154 N. Dan dengan menggunakan rumus Fa= w₀ – w₁didapatkan gaya ke atas dari zat cair pada masing-masing beban berbeda yang besarnya sama yaitu sebesar 0,1 N.

C.    Pembahasan

Dari data hasilpercobaandi atas dapat diketahui bahwamassa beban yang digunakan ada 3 beban, yaitu dengan massa 50 gram, 100 gram, dan  150 gram. Denganmenggunakan3 beban yang berbeda, diperoleh beratbeban di udara(w₀) secara berturut-turut sebesar 0,7 N; 1,2 N; dan 1,6 N.Dan beratbeban di dalam air(w₁) secara berturut-turut sebesar 0,6 N; 1,1 N; dan 1,5 N. Dan dengan menggunakan rumus Fa= w₀ – w₁ didapatkan gaya ke atas dari zat cair pada masing-masing beban berbeda yang besarnya sama yaitu sebesar 0,1 N. Dari data ini dapat diketahui bahwabenda yang  dimasukkanpadazat cair mempunyaiberat yang lebihkecildaripadasaatberada di luarzatcair. Namun, sebenarnya berat di dalam air adalahtetap, tetapidengan adanya gayake atas dari air sehingga dapat mengakibatkan bendaterasalebihringan.

Dan untuk mendapatkan nilai gaya angkat yang diberikan oleh zat cair tersebut, hal yang harus dilakukan yaitu dengan menimbang massasilinderukuryang masih kosong(m₀) terlebih dahulu, dan diperoleh massanya yaitu 39,0 gram. Kemudian setelah 3 beban yang berbeda dicelupkan ke dalam air, didapatkan massa (m₁) silinderukur + air tumpahan secara berturut-turut sebesar 43,4 gram; 49,2 gram; dan 54,4 gram. Dan dengan menggunakan rumus m_a=m₁–m₀atau massa silinderukur + air tumpahan  dikurangi dengan silinderukuryang masih kosong, didapatkan massa air yang dipindahkan yaitu masing-masing sebesar 4,4 gram; 10,2 gram; dan 15,4 gram. Selanjutnya dengan menggunakan rumus w_a=m_a.g dimana g = 10 m/s²diperoleh nilai berat zat cair yang dipindahkan yaitu masing-masing sebesar 44 N, 102 N, dan 154 N.

Dari hasil yang kami peroleh belum sesuai dengan teori yang ada, dimana Hukum Archimedes yang berbunyi bahwa gaya angkat keaatas sama dengan berat air yang dipindahkan. Namun, hasil yang kami peroleh didapatkan bahwa nilai gaya angkat ke atas sangat jauh berbeda dengan nilai berat zat cair yang dipindahkan. Dimana gaya ke atas dari zat cair pada masing-masing beban berbeda didapatkan nilai yang sama yaitu sebesar 0,1 N, sedangkan nilai berat zat cair yang dipindahkan pada saat menggunakan beban 50 gram, 100 gram, dan 150 gram masing-masing yaitu sebesar 44 N, 102 N, dan 154 N. Perbedaan nilai antara gaya angkat dengan berat zat cair yang dipindahkan yang sangat jauh tersebut dapat disebabkan oleh faktor lingkungan maupun dari human errornya sendiri. Faktor lingkungan seperti gaya gravitasi yang diasumsikan 10 m/s² padahal di laboratorium Pendidikan IPA FMIPA Unesa belum tentu tepat sebesar 10 m/s², tekanan di laboratorium juga belum tentu benar-benar 1 atm, dan faktor dalam misanya ketidaktelitian praktikan dalam hal pembacaan skala pada neraca pegas maupun neraca ohauss. Dari beberapa faktor tersebut, sehingga dapat mempengaruhi hasil percobaan yang kami lakukan.

BAB V

DISKUSI

Sebuah kotak empat persegi panjang massanya 60 kg, terbuka di bagian atas ukuran bagian dasar 1 m x 80,8 m dan kedalaman 0,50 m. Hitung berat alat dari pemberat yang diperlukan agar kotak dapat tenggelam ke kedalaman 30 cm!

Jawaban:

Diketahui:

m = 60 kg

A = 80,8 m²

h = 0,30 m

Ditanya:

W = F = …?

Jawab:

W = F = ρ_f. g . A . h

            = 1 . 10³ . 10 . 80,8 . 0,30

            = 24,24 . 10⁴ N

Jadi, berat alat dari pemberat yang diperlukan agar kotak dapat tenggelam ke kedalaman 30 cm adalah 24,24 . 10⁴ N.

BAB VI

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Dari percobaan Hukum Archimedes yang telah kami lakukan, dapat diambil kesimpulanbahwa berat benda di dalam air lebih ringan daripada di udara karena di dalam air memiliki gaya ke atas, benda itu akan mendapat tekanan ke atas yang sama besarnya dengan berat zat cair yang terdesak oleh benda tersebut.Semakin besar beban yang dicelupkan semakin besar pula gaya angkat benda tersebut.

B.     Saran

Adapun saran yang dapat kami berikan pada percobaan “Hukum Archimedes” adalah pentingnya mengkalibrasi neraca ohauss sebelum digunakan untuk mengukur massa suatu benda dalam percobaan karena jika alat tersebut tidak dikalibrasi terlebih dahulu maka hasil yang didapat tidak sesuai.

DAFTAR PUSTAKA

ANONIM. 2015. Hukum Archimedes dan Aplikasinya. (online)http://www.informasi-pendidikan.com/2015/03/hukum-archimedes-dan-aplikasinya.html, Diakses pada tanggal 15 Mei 2015 pukul 17.00 WIB.

Tim. 2015. Modul Praktikum Fluida. Surabaya: Prodi Pendidikan IPA UNESA.

Zaka, Afdan. 2012. Penerapan Hukum Archimedes tentang Konsep Benda Terapung, Melayang, dan Tenggelam dalam Teknologi (Online). https://pustakafisika.wordpress.com/2012/01/27/penerapan-hukum-archimedes-tentang-konsep-benda-terapung-melayang-dan-tenggelam-dalam-teknologi/. Diakses pada tanggal 15 Mei 2015 pukul 16.00 WIB.