Proyek Archimedes

BAB I

PENDAHULUAN

1.1       Latar Belakang

Dalam kehidupan sehari-hari, sering ditemukan prinsip dari Hukum Archimedes ini yang mana benda yang dimasukkan ke dalam air (fluida), memiliki berat yang lebih kecil daripada ketika benda tersebut berada di udara. Hal ini disebabkan karena adanya gaya apung. Berdasarkan teori tersebut, maka tim pengamat membuat karya ilmiah ini guna untuk mengetahui perbedaan antara berat benda di udara dan berat benda di fluida ketika dihitung menggunakan neraca pegas dan rumus.

            Dalam percobaan ini, tim pengamat akan mengukur besarnya gaya apung atau gaya tekan ke atas pada fluida dengan mengukur berat air yang dipindahkan (terdorong kesamping) oleh benda tersebut ketika dimasukkan dalam air menggunakan rumus. Sehingga, tim pengamat akan mengetahui perbedaan antara berat benda diudara dan berat benda yang sama didalam air. Kami juga akan mengamati hubungan antara rapatan (massa jenis) fluida dan gaya apungnya.

            Hal yang melatarbelakangi tim pengamat memilih proyek fisika dengan judul “Gaya Tekan ke Atas oleh Fluida” ini adalah karena tim pengamat ingin mengetahui gaya apung yang dimiliki oleh suatu benda yang terapung. Selain itu, percobaan ini juga terbilang sederhana dan mudah untuk dilakukan. Tetapi, walaupun sederhana, analisis data yang dimiliki percobaan ini cukup jelas. Kemudian dalam percobaan ini juga, alat-alat yang dibutuhkan cukup mudah untuk didapat. Sehingga, kami berusaha untuk memanfaatkan barang barang bekas yang berada disekitar kita.

1.2       Rumusan Masalah

            Berdasarkan latar belakang diatas, maka rumusan masalah dalam karya ilmiah ini adalah:

1.        Bagaimana hubungan antara rapatan (massa jenis) dengan gaya apungnya?
2.        Berapa berat air yang diperoleh dengan menggunakan rumus tanpa alat bantu?
3.        Berapa berat air yang diperoleh dengan menggunakan neraca pegas?
4.      Apakah terjadi perbedaan dalam pengukuran berat air menggunakan neraca pegas serta tanpa menggunakan neraca pegas?

1.3       Maksud dan Tujuan

          Maksud dari pernulisan karya ilmiah ini adalah untuk memenuhi pratikum bidang pembelajaran fisika.

Adapun tujuan pembuatan karya ilmiah ini adalah:

a.       Mengetahui hubungan antara rapatan (massa jenis) dan gaya apungnya.

b.  Mengukur berat air yang dipindahkan oleh benda, ketika benda tersebut dimasukkan kedalam air tanpa alat bantu dengan menggunakan rumus.

c.       Mengukur berat yang dipindahkan oleh benda, ketika benda tersebut dimasukkan kedalam air dengan alat bantu berupa neraca pegas.

d.      Mengetahui faktor-faktor yang menyebabkan perbedaan pada pengukuran berat air antara menggunakan alat (neraca pegas) serta tanpa menggunakan alat.

1.4       Batasan Masalah

Dari latar belakang yang telah tim pengamat kemukakan, maka tim pengamat membatasi masalah dalam penelitian ini hanya sampai pada pembahasan gaya apung sesuai dengan Hukum Archimedes yang mana membuktikan berlakunya Hukum Archimedes pada gaya apung serta melakukan pengukuran berat air yang dipindahkan oleh benda ketika benda tersebut dimasukkan kedalam air dengan menggunakan alat berupa neraca pegas serta tanpa menggunakan alat.

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1       Hukum Archimedes

            Seringkali kita mengamati bahwa sebuah benda yang diletakkan di dalam air terasa lebih ringan dibandingkan beratnya ketika di udara. Hal ini disebabkan karena tekanan semakin bertambah dengan  bertambahnya kedalaman, gaya pada bagian bawah benda yang berada di dalam air lebih besar daripada gaya yang bekerja pada bagian atas benda. Akibatnya, ada selisih gaya yang bekerja pada benda, yang selanjutnya disebut gaya apung.  

            Perhatikan gambar yang menunjukkan sebuah benda berbentuk silinder  yang dibenamkan ke dalam fluida yang memiliki massa jenis ρ. Tim pengamat akan menghitung gaya apung atau gaya tekan ke atas yang bekerja pada silinder tersebut. Bagian atas silinder berada pada kedalaman h_1, sedangkan bagian bawahnya pada kedalaman h_2. Karena luas penampang bagian atas dan bawah sama besar yaitu A, maka besar gaya ke bawah adalah   F₁ =  p₁A dengan p₁ = p_atm + ρgh₁ sedangkan besar gaya ke atas adalah F₂ = p₂A dengan p₂ = p_atm + ρgh_2. Dengan demikian, selisih gaya yang bekerja pada silinder adalah yang bertindak sebagai gaya apungnya, yang besarnya adalah:

F_apung   = F₂ – F₁

            = p₂A – p₁A

            = (p_atm + ρgh₂)A – (p_atm + ρgh₁)A

            = ρgA(h₂ – h₁)

Dari gambar kita tahu bahwa A(h2 – h1) adalah volume silinder, sehingga

F_apung = ρgV

Ketika kita membenamkan sebuah benda yang memiliki volume V ke dalam fluida, sebagian fluida akan dipindahkan sebanyak volume benda yang dibenamkan. Dengan demikian, volume fluida yang dipindahkan adalah V. Dengan demikian, massa yang dipindahkan adalah m = Ρv. Dan akhirnya persamaan dapat ditulis

F_apung = mg

Dengan mg adalah berat fluida yang dipindahkan. Kesimpulan yang dapat diambil adalah sesuai defngan Hukum Archimedes yang mengatakan bahwa: “Benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida (cair atau gas) mengalami gaya ke atas sebesar berat fluida yang dipindahkan oleh benda yang tercelup tersebut”.

2.2       Persamaan Archimedes

            Setekah uraian turunan rumus diatas dapat disimpulkan bahwa persamaan Archimedes adalah sebagai berikut:

F_apung     = W_f

F_apung = mg

F_apung = ρ_fV_fg

2.3       Aplikasi Persamaan Archimedes

m_Fg = w_F = berat fluida yang memiliki volume yang sama dengan volume benda yang tercelup. Berdasarkan persamaan di atas, kita bisa mengatakan bahwa gaya apung pada benda sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Ingat bahwa yang dimaksudkan dengan fluida yang dipindahkan di sini adalah volume fluida yang sama dengan volume benda yang tercelup dalam fluida. Pada gambar di atas, kita menggunakan ilustrasi di mana semua bagian benda tercelup dalam fluida (air). Jika dinyatakan dalam gambar maka akan tampak sebagai berikut :

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. Ini adalah buah karya Archimedes yang saat ini diwariskan kepada kita dan lebih dikenal dengan julukan “Prinsip Archimedes”. Prinsip Archimedes menyatakan bahwa :

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.

Kita bisa membuktikan prinsip Archimedes dengan melakukan percobaan kecil-kecilan berikut. Masukan air ke dalam sebuah wadah Usahakan sampai meluap sehingga ember tersebut benar-benar penuh terisi air. Setelah itu, silahkan masukan sebuah benda ke dalam air. Setelah benda dimasukan ke dalam air, maka sebagian air akan tumpah. Volume air yang tumpah = volume benda yang tercelup dalam air tersebut. Jika seluruh bagian benda tercelup dalam air, maka volume air yang tumpah = volume benda tersebut. Tapi jika benda hanya tercelup sebagian, maka volume air yang tumpah = volume dari bagian benda yang tercelup dalam air Besarnya gaya apung yang diberikan oleh air pada benda = berat air yang tumpah (berat air yang tumpah = w = m_airg = massa jenis air x volume air yang tumpah x percepatan gravitasi). Volume air yang tumpah = volume benda yang tercelup dalam air.

BAB III

PENGAMATAN

          Dengan melakukan pengamatan ini, maka tim pengamat menyertai dengan alat dan bahan serta cara kerj sebagai berikut:          

Alat dan Bahan:

 Botol  plastik kosong berkapasitas 2 liter

•  Gunting
•  Pelubang kertas
• Sedotan plastik
• Cangkir ukur (250 ml)
• Botol
• Air berwarna
• Cangkir Kertas
• Kelereng (5 buah)
• Neraca Pegas

Cara Kerja

•       Potong bagian atas botol plastik. Buang bagian atasnya dan simpan bagian bawah botol.  
•      Gunakan pelubang kertas untuk membuat lubang pada botol plastik sekitar 5 cm dari                  lingkaran atas botol.
•      Masukkan ujung sedotan yang pendek kedalam lubang sehingga sedotan membentuk sudut        90⁰ 
•      Tempatkan cangkir ukur dibawah ujung sedotan yang satunya.
•      Gunakan botol untuk menuangkan air berwarna kedalam botol hingga ketinggian air tepat         diatas sedotan. Air akan mengalir melalui sedotan kecangkir ukur.
•      Ketika air berhenti mengalir, kosongkan cangkir ukur, dan tempatkan kembali dibawah              sedotan.
•     Letakkan dan atur posisi cangkir kertas diatas permukaan air dalam botol. Pegang cangkir         kertas ketika kamu memasukkan kelereng satu persatu kedalam cangkir. Jangan biarkan air       umpah dari bagian bibir botol.
•     Ketika air telah berhenti mengalir melalui sedotan ke cangkir ukur, pindahkan cangkir kertas      dari botol. Catat volume air dalam cangkirukur dalam ukuran liter (L).
•     Lakukan prosedur yang sama untuk pengamatan berikutnya dengan menambahkan jumlah         kelereng.

BAB IV

ANALISA DATA

4.1                     Mengukur Berat Air Yang Dipindahkan Oleh Benda ketika dimasukkan ke    dalam  Air           

Penelitian	Jumlah Benda	Volume Air yang Keluar (L)	Massa Air yang Dihasilkan (kg)	Berat Air (Fa) dalam N
Percobaan 1	3 kelereng
Percobaan 2	4 kelereng
Percobaan 3	5 kelereng

4.2       Mengukur Massa Jenis Benda yang dimasukkan ke dalam Air

Penelitian	Benda Yang Di ukur	Volume Benda Tercelup	Massa Jenis Benda
Percobaan 1	Kelereng
Percobaan 2	Kayu
Percobaan 3	Batu

BAB V

PENUTUP

4.1       Kesimpulan

1.            Pada percobaan pertama, yaitu mengukur berat air yang dipindahkan oleh benda ketika benda tersebut dimasukkan kedalam air, maka kami telah melakukan penelitian. Dan kami dapat menyimpulkan bahwa massa air yang keluar mempengaruhi berat air (Fa) tersebut. “semakin besar massa air , maka semakin besar berat benda yang dihasilkan.”
2.          Semakin besar volume benda tercelup, maka semakin besar massa jenis benda yang dihasilkan.

  

DAFTAR PUSTAKA

Foster, Bob. 2012. Terpadu Fisika SMA/MA Jilid 2B Untuk Kelas XI Semester 2. Bandung: Erlangga.

Kanginan, Marthen. 2008. Seribu Pena Fisika untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta: Erlangga.

Vanclave, Janice. 2009. A+ Projects in Physics Winning Experiments for Science Fair and Extra Credit. Bandung: Pakar Raya.