Percobaan Archimedes

                                       PERCOBAAN ARCHIMEDES

A.    PENDAHULUAN

1.      Latar Belakang

Archimedes dikenal sebagai seorang ilmuwan yang berasal dari Yunani. Ia menemukan hukum tentang prinsip pengapungan di atas benda cair yang dikenal sebagai Hukum Archimedes. Hukum Archimedes ini berhubungan dengan gaya berat dan gaya ke atas suatu benda jika dimasukkan ke dalam air.

Ketika berjalan di dalam air, maka langkah akan semakin berat dibandingkan ketika berjalan di tempat biasa. Gejala ini disebabkan adanya tekanan dari zat cair kepada kaki yang tercelup ke dalam zat cair tersebut. Selain itu juga, sebagai contoh lain yaitu benda yang berada di dalam air akan terasa lebih ringan ketika diangkat dibandingkan ketika benda tersebut berada di udara atau di luar zat cair. Hal ini menunjukkan bahwa berat benda menjadi berkurang ketika berada di dalam zat cair.

Telaah yang dilakukan oleh Tipler pada tahun 1991 dalam bukunya Physics for Sciense and Engineers (third edition) menyatakan bahwa dari prinsip Archimedes sebuah benda akan mengapung jika kerapatan benda lebih kecil daripada kerapatan fluida maka gaya apung lebih besar dari berat benda dan benda akan dipercepat ke atas permukaan fluida kecuali ditahan. Untuk mengetahui lebih jauh lagi tentang peristiwa terapungnya benda dalam fluida maka dilakukanlah praktikum ini.

2.      Tujuan Praktikum

Tujuan dari percobaan Archimedes ini adalah sebagai berikut.

a.       Untuk menyelidiki perbedaan berat benda di udara dengan di dalam zat cair (fluida)

b.      Untuk menyelidiki hubungan gaya ke atas dengan berat zat cair yang dipindahkan.

B.     KAJIAN PUSTAKA

Salah satu hukum hidrostatika adalah prinsip Archimedes yang mengatakan bahwa setiap benda yang berada di dalam suatu fluida maka benda itu akan mengalami gaya ke atas yang disebut gaya apung. Sebesar zat cair yag dipindahkannya. Hal ini dapat diturunkan dari hukum Newton. Tinjau dari sebuah balok yang berada dalam zat cair seperti gambar 6.1

Gambar 6.1 Penerapan Hukum Archimedes

Gaya ke atas oleh zat cair pada balok adalah sama dengan

F = A (p_o + g z)             ………………..……………(6.1)

Sedangkan gaya ke bawah adalah gaya yang disebabkan oleh tekanan fluida pada bagian atas ditambah dengan gaya berat sebesar

F = A (p_o + g z)..…………………..………...(6.2)

Total gayanya menjadi

F_total = F – F^’ = Ag (z – z^’) …………..………(6.3)

Suku pertama adalah gaya Archimedes F_A yang menyatakan berat zat cair yang dipindahkan oleh balok dengan gaya berat benda W = ’gv, dengan ^, adalah rapat massa benda (Anonim, 2015).

  Seorang fisika bernama Archimedes mempelajari hal ini dengan 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 keatas (F_a). Gaya apung sama dengan berat benda di udara dikurangi dengan berat benda di dalam air (Putra, 2014).

             Hukum Archimedes tidak hanya berlaku pada zat cair, tetapi juga berlaku pada gas (udara). Sebagai contohnya naiknya balon udara. Secara umum hukum Archimedes dirumuskan ρgV. Persamaan ini diperoleh dari menurunkan persamaan hidrostatis (Purwanto, 2007).

              Benda seharusnya atau sebagian tenggelam dalam fluida mengalami gaya apung sebesar berat fluida yang dipindahkan. Gaya apung ini dianggap bekerja dalam arah vertikal ke atas dan melalui titik pusat gravitasi fluida yang dipindahkan. Gaya apung sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Gaya apung pada sebuah benda dengan volume V  yang keseluruhannya dicelupkan dalam zat alir (fluida) dengan massa jenis benda ρ_f adalah ρ_f Vg dan berat benda adalah Vg,  adalah massa jenis benda (Bueche, 2000).

 Tekanan pada setiap bagian permukaan benda sudah tentu tidak bergantung pada bahan benda. Fluida ini akan mengalami tekanan-tekanan yang bekerja pada benda yang yang tercelup tersebut dan akan berada dalam keadaan diam. Maka gaya resultan, yang mengarah ke atas pada benda tersebut akan menyamai beratnya dan akan bekerja secara vertikal yang arahya ke atas melalui pusat gravitasinya (Halliday, 1985).

C.    METODE PRATIKUM

1.      Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini dapat dilihat pada Tabel 6.1 berikut.    

Tabel  6.1 Alat dan Bahan Percobaan Archimedes

No	Alat dan Bahan	Fungsi
1	1 set statif	Sebagai penyangga
2	Balok Pendukung	Untuk tempat tuas dan jepit penahan
3	Beban	Sebagai objek pengamatan
4	Dinamometer (1,5)	Untuk mengukur berat beban
5	Wadah Air	Untuk menyimpan air
6	Silinder ukur	Untuk menampung air yang tumpah
7	Air	Sebagai Fluida
8	Tabung Pancuran	Sebagai tempat pancuran
9	Neraca Analitik	Untuk mengukur massa air
10	Jepit Penahan	Untuk menggantungkan dynamometer
11	Tuas	Untuk menyeimbangkan beban

2.      Prosedur Kerja

Adapun prosedur kerja yang dilakukan pada percobaan ini adalah sebagai berikut.

a)      Prosedur kerja pertama

1)      Merakit alat  seperti pada gambar 6.1 di bawah ini

 

Gambar 6.1 Rangkaian pengamatan berat benda di udara dan di fluida

2)      Mengisi air pada wadah A sampai penuh. Kemudian menyeimbangkan dengan beban yang telah yang telah disediakan pada wadah B.

3)      Mencatat massa beban yang dimasukkan pada wadah B.

4)      Memasukkan beban pada wadah A dan mencatat bagaimana keadaan timbangan setelah beban dimasukkan.

5)      Menimbang tumpahan air pada wadah dan mencatat hasil timbangannya.

b)      Prosedur kerja kedua

1)      Mencatat berat beban di udara yang ditunjukkan oleh skala dinamometer, misalkan sebesar W_0.

2)      Menuangkan air dari wadah air  ke dalam tabung pancuran sampai ada sedikit air yang ditumpahkan ke silinder ukur lewat pipa tabung berpancuran. Setelah air tak menetes lagi. Menimbang dan mencatat massa silinder ukur yang telah berisi air, misalkan m_0.

3)      Menempatkan kembali silinder ukur dibawah pipa tabung berpancuran. Menurunkan beban sehingga beban seluruhnya terendam ke dalam air dan membiarkan air dari tabung mengalir ke silinder ukur.

4)      Setelah tidak ada lagi air yang menetes, mengamati dan mencatat penunjukkan skala dinamometer tentang berat benda setelah dipengaruhi air, misalkan W₁ . Menimbang dan mencatat pula massa silinder ukur ditambah air tumpahan, misalkan m_1.

5)      Mengulangi langkah (1) dan (4) untuk 2 beban dan 3 beban.

6)      Melengkapi seluruh isian tabel.

D.    HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

1.      Hasil Pengamatan

a.       Data pengamatan

Data  pengamatan pada percobaan Archimedes dapat di lihat pada Tabel 6.2 berikut.

                  Tabel 6.2 Data Pengamatan Percobaan Archimedes

No	Jumlah Beban	1 Buah	2 Buah	3 Buah
1	Berat benda di udara (Wo)	0,5 N	1 N	1,5 N
2	Berat beban saat di dalam air (Wu)	0,4 N	0,9 N	1,4 N
3	Massa (silinder ukur + air awal) (M0)	0,04109 Kg	0,04104 Kg	0,04189 Kg
4	Massa (silinder ukur + air akhir) (M1)	0,04961 Kg	0,0571 Kg	0,06501 Kg

b.      Analisis data

Berikut adalah analisis data percobaan Archimedes, yaitu :

1)      Gaya ke atas oleh air (F_a)

a)      Satu buah benda

              

                                   

     

b)      Dua buah benda

     

         

c)      Tiga buah benda

                                    

       

2)      Massa air yang dipindahkan (m_a)

a)      Satu buah benda

     

     

b)      Dua buah benda

     

     

c)      Tiga buah benda

     

     

3)      Berat benda yndahkan (Ma)

4)      ta percobaan Archimedes, yaitu :

5)      at pada tabel mengalami gaya keatas yang besarnya sama dengan zat caiang dipindahkan (W_a)

a)      Satu buah benda

       

       

b)      Dua buah benda

     

     

c)      Tiga buah benda

       

       

2.      Pembahasan

Setelah melakukan percobaan dan berdasarkan hasil yang diperoleh, sebuah benda yang telah diukur berat awalnya di udara, kemudian digantungkan pada dinamometer yang digantungkan pada tuas. Dalam keadaan tuas setimbang, beban kemudian dimasukkan ke dalam tabung pancuran berisi air. Hal yang terjadi adalah posisi tuas yang tadinya setimbang mengalami perubahan. Posisi tuas bergeser ke atas dari posisi setimbangnya, yang berarti bahwa berat benda ketika dimasukkan ke dalam tabung pancuran sudah tidak sama dengan berat benda di udara, sebelum dimasukkan ke dalam tabung pancuran berisi air. Untuk menyelidiki perbedaan berat benda di udara dan di dalam fluida yaitu benda yang berada di udara lebih berat daripada ketika berada di dalam fluida. Hal ini karena berat benda di udara dipengaruhi oleh gaya gravitasi. Sedangkan berat benda di dalam fluida dipengaruhi oleh gaya gravitasi dan gaya apung sehingga memberi gaya ke atas terhadap benda tersebut. Inilah yang menyebabkan berat benda berkurang didalam fluida.

Hasil pengamatan kedua, untuk 1 buah benda, 2 buah benda, dan 3 buah benda yaitu 0,5 N, 1 N, dan 1,5 N. Sedangkan berat benda di dalam fluida yaitu 0,4 N, 0,9 N, 1,4 N. Dengan massa awal air untuk 1 buah benda, 2 buah benda, dan 3 buah benda berturut-turut yaitu 0,04109 kg, 0,04104 kg, dan 0,04189 kg . Dan massa akhirnya secara berturut-turut yaitu 0,04961 kg, 0,0571 kg, dan 0,06501. Berdasarkan data-data tersebut diperoleh gaya keatas yang sama yakni 0,1 N untuk 1 buah benda, 2 buah benda dan 3 buah benda. Massa air yang dipindahkan diperoleh hasil secara berturut-turut yakni 0,083496 N, 0,157358 N, dan 0,226576 N.

Berdasarkan analisis data diperoleh kesimpulan dari hubungan gaya keatas dengan berat zat cair yang dipindahkan yaitu pada 1 buah benda dan 2 buah benda sudah sama besarnya. Namun, pada 3 buah benda diperoleh hasil yang berbeda. Hal ini dikarenakan kurang telitinya praktikan. Walaupun demikian, tetapi sudah mendekati dan dapat dikatakan bahwa percobaan yang kami lakukan sesuai dengan teori hukum Archimedes yang menyatakan bahwa benda yang berada di dalam suatu fluida akan mengalami gaya ke atas yang disebut gaya apung sebesar berat benda yang dipindahkannya.

E.     KESIMPULAN DAN SARAN

1.      Kesimpulan

Kesimpulan pada percobaan Archimedes adalah.

a.       Berat benda diudara dengan didalam fluida berbeda, setiap benda yang berada didalam zat cair (fluida) akan lebih ringan dibandingkan dengan berat benda diudara. Karena di dalam fuida terdapat gaya apung dan gaya gravitasi yang arahnya berlawanan sehingga menyebabkan benda terasa ringan.

b.      Hubungan gaya ke atas dengan berat zat cair yang diberikan oleh zat cair terhadap suatu benda sama besar dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda, dalam hal ini gaya ke atas sebanding dengan berat zat cair.

2.      Saran

Saran yang dapat saya ajukan pada praktikum ini, yaitu :

a.       Untuk pengelola laboratorium, agar mengganti alat-alat yang telah rusak.

b.      Untuk asisten pembimbing, cara menjelaskannya sudah bagus, tetapi sebaiknya ditingkatkan lagi.

c.       Untuk teman-teman praktikan, agar tetap tenang dalam pelaksanaan praktikum

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2015. Fisika Dasar 1.Universitas Halu Oleo. Kendari.

Bueche. 2000. Fisika Dasar. Pakar Raya. Jakarta.

Halliday, David dan Resnik, Robert.1985. Fisika Jilid I Edisi Ketiga. Erlangga. Jakarta.

Purwanto. 2007. Bahan Ajar Fisika Universitas. ITB. Bandung.

Putra, Gutami. 2014. Perancang dan Penerapan Neraca Digital untuk Percobaan Menentukan Massa Jenis Zat Padat. UNESA. Surabaya