MODUL I

HUKUM ARCHIMEDES

 

 

1. Tujuan
2. Membuktikan keberlakuan hukum Archimedes.
3. Menyelidiki hubungan gaya keatas dengan berat zat cair yang dipindahkan.
4. Membuktikan dan menentukan apakah benda akan terapung, melayang, dan tenggelam pada jenis fluida.

 

1. Teori

Hukum Archimedes mengatakan bahwa “Jika suatu benda dicelupkan ke dalam sesuatu zat cair, maka benda itu akan mendapat gaya ke atas yang sama besarnya dengan beratnya zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut”.

 

Ketika suatu benda dimasukkan ke dalam air, ternyata beratnya seolah-olah berkurang. Peristiwa ini tentu bukan berarti ada massa benda yang hilang, namun disebabkan oleh suatu gaya yang mendorong benda yang arahnya berlawanan dengan arah berat benda. Seorang ahli Fisika yang bernama Archimedes mempelajari hal ini dengan cara memasukkan dirinya pada bak mandi. Ternyata, ia memperoleh hasil, yakni beratnya menjadi lebih ringan ketika di dalam air. Gaya ini disebut gaya apung atau gaya ke atas (F_a). gaya apung sama dengan berat benda di udara dikurangi dengan berat benda di dalam air. Persamaan Hukum Archimedes :

F_a = w_u  – w_f

Keterangan:

F_a = gaya apung atau gaya ke atas (N)

w_u = gaya berat benda di udara (N)

w_f  = gaya berat benda di dalam air (N)

 

Besarnya gaya apung ini bergantung pada banyaknya air yang didesak atau dipindahkan oleh benda tersebut. Semakin besar air yang didesak maka semakin besar pula gaya apungnya. Hasil penemuannya dikenal dengan Hukum Archimedes yang menyatakan bahwa apabila suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair, baik sebagian atau seluruhnya, benda akan mendapat gaya apung (gaya ke atas) yang besarnya sama dengan berat zat cair yang didesaknya (dipindahkan) oleh benda tersebut. Secara matematis ditulis :

F_a = w_f
F_a = ρ_f . g . v_bf

Keterangan:

F_a =  Gaya keatas yang dialami benda (N)

ρ_f  =  Massa jenis zat cair (kg/m³)

v_bf =  Volume benda tercelup (m³)

g   =  Percepatan gravitasi (m/s²)

 

F_a = w_f

w_u – w_f = ρ_f . g . v_bf

 

1. Keadaan Benda

Dalam konsep hukum Archimedes ada tiga keadaan benda di dalam zat cair :

1. Benda terapung

Benda dikatakan terapung jika berat jenis benda lebih kecil daripada berat jenis zat cair dan berat benda sama dengan gaya ke atas zat cair.

 

Gambar 1.1: Benda Terapung

 

Pada peristiwa mengapung, hanya sebagian volume benda yang tercelup di dalam fluida sehingga volume fluida yang berpindah lebih kecil dari volume total benda yang mengapung. Karena v_bf (volume benda yang tercelup) lebih kecil daripada v_b (volume benda total), maka syarat benda mengapung adalah:

v_b > v_bf

ρ_b < ρ_f

 

2. Benda melayang

Benda dikatakan melayang jika berat jenis benda sama dengan berat jenis zat cair dan berat benda sama dengan gaya ke atas zat cair.

 

Gambar 1.2: Benda Melayang

 

Pada peristiwa melayang, volume fluida yang dipindahkan (volume benda yang tercelup) sama dengan volume total benda yang melayang. Karena v_bf (volume benda yang tercelup) sama dengan v_b (volume benda total), maka syarat benda melayang adalah:

v_b = v_bf

ρ_b = ρ_f

 

3. Benda Tenggelam

Benda dikatakan tenggelam jika berat jenis benda lebih besar daripada berat jenis zat cair dan berat benda lebih besar daripada gaya ke atas zat cair. perbedaan benda terapung tenggelam dan melayang dapat dibuatkan tabel berikut ini.

 

 

Gambar 1.3: Benda Tenggelam

 

Pada peristiwa tenggelam, volume benda yang tercelup di dalam fluida sama dengan volume total benda yang mengapung, namun benda bertumpu pada dasar bejana sehingga ada gaya normal dasar bejana pada benda sebesar N.

Karena v_bf  (volume benda yang tercelup) sama dengan v_b (volume benda total), maka syarat benda tenggelam adalah :

v_b = v_bf
ρ_b > ρ_f

 

III.  Alat dan Bahan Percobaan

1. Statif
2. Neraca pegas
3. Neraca digital
4. Beaker glass
5. Gelas berpancuran
6. Benda 1 (balok kayu)
7. Benda 2 (gabus, plastik)
8. Benda 3 (balok besi)
9. Air

Prosedur Percobaan

1. Persiapkan seluruh peralatan percobaan hukum Archimedes (mintalah petunjuk asisten).
2. . Ukurlah berat benda 1 di udara dengan menggunakan neraca pegas. Catat hasilnya.
3. Isi gelas berpancuran dengan air hingga ke bibir pancuran.
4. Celupkan benda 1 ke dalam air seluruhnya, dalam kondisi ini ukur dan catat beratnya.
5. Ukurlah massa dan volume fluida yang dipindahkan.
6. Ganti benda 1 dengan benda yang lainnya, lalu lakukanlah langkah 1 – 4 secara beurutan.
7. Buatlah tabel sebagai berikut:

                               Analisa Data

1. Perbedaan apakah yang nampak dalam pengukuran berat benda sebelum dan sesudah dicelupkan?
2. Apakah massa benda yang tumpah sama dengan volume benda yang dicelupkan?
3. Apakah eksperimen ini dapat digunakan untuk mengukur massa jenis masing-masing benda?, jelaskan secara rumus hasil percobaan yang dilakukan terhadap masing-masing benda, sehingga terbukti bahwa benda tersebut mengapung, melayang atau tenggelam!
4. Tuliskanlah jenis aplikasi apa saja yang tercipta dari penerapan hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari?

 Kesimpulan dan Saran

1. Tuliskanlah kesimpulan dari hasil percobaan yang telah dilakukan!
2. Tuliskanlah saran yang bersifat membangun, dari hasil percobaan yang telah dilakukan!

 

Data Hasil Percobaan:

Data 1 :

Jenis Benda = Silinder Besi

Jenis Fluida = Air

massa Gelas Kosong (m_k ) = 100 gram

 

Kondisi Benda Sebelum Dicelup :

Berat Benda di Udara (w_bu ) = 0,75 N

massa Benda di Udara (m_bu ) = 75 gram

 

Kondisi Benda Setelah Dicelup :

Berat Benda di dalam fluida (w_bf ) = 0,65 N

massa Benda di dalam fluida (m_bf ) = 65 gram

 

m_k + fluida yang tumpah = 109 gram

massa fluida (m_f ) =  (m_k + fluida yang tumpah) – (m_k)

=   109 gram – 100 gram

=   9 gram

Maka :

• Berapakah F_{a (gaya Archimedes)….?}
• Berapakah Volume fluida yang tumpah dalam satuan (m³)….?
• Berapakah massa fluida yang tumpah dalam satuan (kg)…..?

 

 

Jawaban :

Hukum Archimedes mengatakan bahwa :

“Jika suatu benda dicelupkan ke dalam sesuatu zat cair, maka benda itu akan mendapat gaya ke atas yang sama besarnya dengan beratnya zat cair yang tumpah oleh benda tersebut”.        

 

Tabel 1.1: Hasil Percobaan