Hukum Archimedes

HUKUM ARCHIMEDES

A.    Tujuan

Menentukan selisih berat benda di udara dan di air.

B.     Dasar Teori

Menurut Arif Priambada (2012) menjelaskan bahwa hukum Archimedes adalah ketika sebuah benda tercelup seluruhnya atau sebagian di dalam zat cair, zat cair akan memberikan gaya ke atas (gaya apung) pada benda, di mana besarnya gaya ke atas (gaya apung) sama dengan berat zat cair yang dipindahkan. Misalnya air mempunyai volume tertentu, jika sebuah benda dimasukkan ke dalam air tersebut, maka permukaan air akan terdesak atau naik. Dengan kata lain, berat benda seolah-olah menjadi lebih ringan. Jika rapat massa fluida lebih kecil daripada rapat massa telur maka agar telur berada dalam keadaan seimbang,volume zat cair yang dipindahkan harus lebih kecil dari pada volume telur. Artinya tidak seluruhnya berada terendam dalam cairan dengan perkataan lain benda mengapung.

Besarnya gaya ke atas menurut Hukum Archimedes ditulis dalam persamaan (Anonimous, 2010): F_A = p v g

Keterangan: F_A = gaya ke atas (N)

V = volume benda yang tercelup (m3)

p = massa jenis zat cair (kg/m3)

g = percepatan gravitasi (N/kg)

Berikut apabila benda tenggelam, melayang dan terapung bila dicelupkan ke zat cair:

a.       Tenggelam

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat benda (W) lebih besar dari gaya ke atas (F­_A).

W > F_A

_pb V_b g  > p_f V_f g

_pb > _pf

Volume bagian benda yang tenggelam bergantung dari rapat massa zat cair (p)

b.      Melayang

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan melayang jika berat benda (W) sama dengan gaya ke atas (F_A) atu benda tersebut tersebut dalam keadaan setimbang

W = F_A

_pb V_b g  = p_f V_f g

p_b = p_f

Pada 2 benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku : _EA = _Eb

c.       Terapung

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung jika berat benda (W) lebih kecil dari gaya ke atas (F_A).

W > F_A

_pb V_b g  > _pf V_f g

_pb > _pf

Ketika dalam air, benda dikatakan memiliki berat semu, dinyatakan dengan:

Ws = wu – Fa

Keterangan:

ws berat semu (N)

wu berat sesungguhnya (N)

Fa gaya angkat keatas (N)

Gaya angkat ke atas disebut juga gaya apung. Gaya apung merupakan gaya yang dikerjakan fluida pada benda yang timbul karena selisih gaya hidrostatik yang dikerjakan fluida antara permukaan bawah dnegan permukaan atas.

Gaya apung terjadi karena adanya perbedaan tekanan fluida pada kedalaman yang berbeda. Semakin dalam fluida (zat cair), semakin besar tekanan fluida tersebut. Ketika sebuah benda dimasukkan ke dalam fluida, maka akan terdapat perbedaan tekanan antara fluida pada bagian atas benda dan fluida pada bagian bawah benda. Fluida yang terletak pada bagian bawah benda memiliki tekanan yang lebih besar daripada fluida yang berada di bagian atas benda.

Fluida yang berada dibagian bawah benda memiliki tekanan yang lebih besar daripada fluida yang terletak pada bagian atas benda. Hal ini disebabkan karena fluida yang berada di bawah benda memiliki kedalaman yang lebih besar daripada fluida yang berada di atas benda (h₂ > h₁).

Apabila benda yang dimasukkan ke dalam fluida, terapung, di mana bagian benda yang tercelup hanya sebagian maka volume fluida yang dipindahkan = volume bagian benda yang tercelup dalam fluida tersebut. Tidak peduli apapun benda dan bagaimana bentuk benda tersebut, semuanya akan mengalami hal yang sama (Priambeda, 2012).

Panji Prayogaswara (2011) memaparkan bila tekanan fluida pada sisi atas dan sisi bawah benda yang mengapung masing-masing p1 dan p2, maka gaya yang dikerjakan pada balok pada sisi atas dan bawah adalah:

F1 =  p 1A

F2 = p 2A

Gaya ke atas yang bekerja pada balok merupakan resultan gaya F1 dan F2.

Fa = ∑F

Fa = F2 – F1

Fa = p1A – p 1A

Fa = (p2A - p1)A

C.    Alat dan Bahan

1.      Alat

a.       Neraca pegas

b.      Tali

c.       Balok benda (Tembaga,  besi, kuningan, alumunium)

d.      Gelas kimia

2.      Bahan

a.       Aquades

b.      Gliserin

c.       Minyak

D.    Langkah Kerja

1.      Dihitung volume dan massa jenis masing-masing benda.

2.      Ikat masing-masing benda dengan tali dan digantungkan dengan neraca pegas, catat massa benda sebagai massa awal (massa di udara).

3.      Dicelupkan benda ke dalam masing-masing zat cair (aquades, gliserin, minyak), dan catat perubahan massa benda sebagai massa akhir (massa di zat cair) yang terlihat pada neraca pegas.

4.      Dihutung gaya ke atas benda menggunakan rumus.

E.     Hasil Pengamatan

Tabel Pengamatan Vb (volume benda)

No	Jenis benda	Skala Utama	Skala Nonius	Hasil	Vb
1	Alumunium	2	0,09	2,09	9,13
2	Tembaha	2	0,09	2,09	9,13
3	Besi	2	0,09	2,09	9,13
4	Kuningan	2	0,09	2,09	9,13

Tebel Pengamatan massa jenis benda

No	Jenis zat fluida	Massa jenis fluida (ρf)	Volume fluida (vf)	Jenis benda	Volume benda	Massa jenis (ρf)	W	Wˈ	FA
1	Air	1 kg/m3	250 ml	Alumunium	9,13.10-4	27,38.10-6	0,15 N	0,05 N	0,1 N
				Tembaga	9,13.10-4	27,38.10-6	0,6 N	0,55 N	0,05 N
				Besi	9,13.10-4	27,38.10-6	0,55 N	0,45 N	0,5 N
				Kuningan	9,13.10-4	27,38.10-6	0,45 N	0,5 N	-0,05 N
2	Gliserin	0,9 kg/m3	150 ml	Alumunium	9,13.10-4	14,79.10-6	0,15 N	0,6 N	-0,45 N
				Tembaga	9,13.10-4	14,79.10-6	0,6 N	0,55 N	0,5 N
				Besi	9,13.10-4	14,79.10-6	0,55 N	0,45 N	0,1 N
				Kuningan	9,13.10-4	14,79.10-6	0,55 N	0,5 N	0,4 N
3	Minyak	1,3.10-3 kg.m3	200 ml	Alumunium	9,13.10-4	28,48.10-9	0,15 N	0,05 N	0,1 N
				Tembaga	9,13.10-4	28,48.10-9	0,6 N	0,6 N	0
				Besi	9,13.10-4	28,48.10-9	0,5 N	0,5 N	0,05
				Kuningan	9,13.10-4	28,48.10-9	0,5 N	0,5 N	0,05

           

            Perhitungan

1.      Dik: ρ_f = 1 kg/m³

Dit: ρ_b?

ρ_b =  =   = 27,38 . 10^-6

2.      Dik: ρ_p = 0,9 kg/m³

Dit: ρ_b?

ρ_b =  =   = 14,79 . 10^-6

3.      Dik: ρ_f = 1,3 . 10 ^-3 kg/m³

Dit: ρ_b?

ρ_b =  =   = 28.48 . 10^-6

1.      Air

a.       Alumunium

Dik:     W = 0,15 N

Wˈ= 0,05 N

Dit F_A ?

Jawab: F_A = W - Wˈ

                = 0,15 – 0,05 = 0,1 N

b.      Tembaga

Dik:     W = 0,6 N

Wˈ= 0,55 N

Dit F_A ?

Jawab: F_A = W - Wˈ

                = 0,6 – 0,45 = 0,05 N

c.       Besi

Dik:     W = 0,55 N

Wˈ= 0,45 N

Dit F_A ?

Jawab: F_A = W - Wˈ

                = 0,55 – 0,45 = 0,1 N

d.      Kuningan

Dik:     W = 0,45 N

Wˈ= 0,5 N

Dit F_A ?

Jawab: F_A = W - Wˈ

                = 0,45 – 0,5 = -0,05 N

2.      Gliserin

a.       Alumunium

Dik:     W = 0,15 N

Wˈ= 0,6 N

Dit F_A ?

Jawab: F_A = W - Wˈ

                = 0,15 – 0,6 = 0,45 N

b.      Tembaga

Dik:     W = 0,6 N

Wˈ= 0,55 N

Dit F_A ?

Jawab: F_A = W - Wˈ

                = 0,6 – 0,55 = 0,05 N

c.       Besi

Dik:     W = 0,55 N

Wˈ= 0,45 N

Dit F_A ?

Jawab: F_A = W - Wˈ

                = 0,55 – 0,45 = 0,1 N

d.      Kuningan

Dik:     W = 0,55 N

Wˈ= 0,15 N

Dit F_A ?

Jawab: F_A = W - Wˈ

                = 0,55 – 0,15 = 0,4 N

3.      Minyak

a.       Alumunium

Dik:     W = 0,15 N

Wˈ= 0,05 N

Dit F_A ?

Jawab: F_A = W - Wˈ

                = 0,15 – 0,05 = 0,1 N

b.      Tembaga

Dik:     W = 0,6 N

Wˈ= 0,6 N

Dit F_A ?

Jawab: F_A = W - Wˈ

                = 0,6 – 0,6 = 0 N

c.       Besi

Dik:     W = 0,55 N

Wˈ= 0,5 N

Dit F_A ?

Jawab: F_A = W - Wˈ

                = 0,55 – 0, 5 = 0,05 N

d.      Kuningan

Dik:     W   = 0,55 N

Wˈ = 0,5 N

Dit F_A ?

Jawab: F_A = W - Wˈ

                = 0,55 – 0,5 = 0,05 N

F.     Pembahasan

Hukum Archimedes merupakan tercelupnya seluruh ata sebagian benda ke dalam zat cair, zat cair akan memberikan gaya ke atas atau gaya apung. Baik benda tersebut terapung, melayang ataupun tenggelam. Massa benda ketika di udara berbeda ketika benda tersebut dicelupkan ke dalam zat cair. Oleh karena itu, dalam pembahasan hukum Archumedes kali ini adalah perbedaan massa benda di udara dan di air. Adapun benda yang digunakan ialah balok besi, tembaga, alumunium dan kuningan. Benda tersebut dicelupkan ke dalam zat cair berupa air, minyak dan gliseral. Untuk menghitung massanya digunakan neraca pegas.

Untuk massa jenis zat cair: air bernilai 1 kg/m³, gliseral 0,9 kg/m³¸ dan minyak 1,3 x10^-3 kg.m³. dan volume masing-masing adalah 250 ml, 150 ml dan 200 ml. Sebelum menda dicelupkan, terlebih dahulu di diukur massanya di udara dan volume benda tersebut. Massa alumunium di udara sebesar 0,15 N, tembaga 0,6 N, besi 0,55 N, kuningan 0,45 N. Sebelumnya massa jenis benda dihitung terlebih dahulu dengan menggunakan rumus ρ_b = .

Setelah didapat barulah benda tersebut dicelupkan ke dalam zat cair. Terlihat ketika benda ersebut dimasukkan ke dalam zat cair, maka permukaannya akan terdesak atau naik. Menurut hukum Archimedes zat cair akan memberikan gaya ke atas (gaya apung) pada benda, di mana besarnya gaya ke atas (gaya apung) sama dengan berat zat cair yang dipindahkan.

Dengan kata lain, benda yang dicelupkan beratnya seolah-olah menjadi lebih ringan. Berat benda pun berbeda-beda ketika dimasukan ke dalam zat cair yang berbeda. Alumunium ketika dicelupkan pada air adalah  0,05 N, gliserin 0,6 N, minyak 0,05 N. Untuk besi ketika dicelupkan pada air adalah  0,45 N, gliserin 0,45 N, minyak 0,5 N. Sedang untuk tembaga ketika dicelupkan pada air adalah  0,55 N, gliserin 0,55 N, minyak 0,6 N. Dan untuk kuningan ketika dicelupkan pada air adalah  0,5 N, gliserin 0,5 N, minyak 0,5 N.

Bisa dilihat massa benda di udara dan massa benda ketika dicelupkan ke dalam zat cair mengalami perubahan. Hal ini karena massa jenis minyak lebih besar dari air dan gliserin, sehingga benda yang dicelupkan ke air lebih ringan. Hal tersebut juga karena adanya gaya apung pada benda. Gaya apung terjadi karena adanya perbedaan tekanan fluida pada kedalaman yang berbeda. Dan bisa dihitung menggunakan rumus: F_A = p v g. Dimana V adalah volume benda yang tercelup, p adalah massa jenis zat cair, g adalah percepatan gravitasi.

Semakin dalam fluida (zat cair), semakin besar tekanan fluida tersebut. Ketika sebuah benda dimasukkan ke dalam fluida, maka akan terdapat perbedaan tekanan antara fluida pada bagian atas benda dan fluida pada bagian bawah benda. Fluida pada bagian bawah benda memiliki tekanan yang lebih besar daripada fluida yang berada di bagian atas benda. Hal ini disebabkan karena fluida yang berada di bawah benda memiliki kedalaman yang lebih besar daripada fluida yang berada di atas benda.

Dari hasil pengamatan benda yang dicelupkan tenggelam. Hal ini karena berat benda (W) lebih besar dari gaya ke atas (F­_A), W > F_A. Akan tetapi adanya persamaan antara W dan F_A. Dikarenakan adanya kesalahan, yaitu kurangnya ketelitian ketika pengamatan, juga pada neraca pegas karena kurang ketelitian dalam menunjukan ukuran massa benda tersebut.

G.    Kesimpulan

Dari praktikum di atas dapat disimpulkan bahwa massa benda di dalam fluida lebih ringan dari pada massa benda di udara. Massa alumunium di udara sebesar 0,15 N, tembaga 0,6 N, besi 0,55 N, kuningan 0,45 N. Dan massa Alumunium di dalam air adalah  0,05 N, gliserin 0,6 N, minyak 0,05 N. Besi ketika pada air adalah  0,45 N, gliserin 0,45 N, minyak 0,5 N. Sedang untuk tembaga pada air adalah  0,55 N, gliserin 0,55 N, minyak 0,6 N. Dan untuk kuningan ketika dicelupkan pada air adalah  0,5 N, gliserin 0,5 N, minyak 0,5 N

DAFTAR PUSTAKA

Anonimous, 2010. “Laporan praktikum Archimedis” [online] tersedia:

 http://networkedblogs.com/6FZPO diakses pada 23 April 2014

Prayogaswara, Panji. “Laporan Praktikum  Fisika Dasar Hukum Archimedis”

[online] tersedia: http://panjiprayogaswara.blogspot.com/2011/01/laporan-praktikum-fisika-dasar-hukum.html diakses pada 23 April 2014

Priambada, Arif. “Laporan Praktikum  Fisika Dasar Hukum Archimedis” [online]

tersedia: http://muapsein.blogspot.com/2012/11/laporan-praktikum-fisika-hukum_8011.html diakses pada 23 April 2014