LAPORAN PRCOBAAN ARCHIMEDES

PERCOBAAN ARCHIMEDES

A.  PENDAHULUAN

1.    Latar Belakang

Hukum Archimedes adalah sebuah hukum tentang prinsip pengapungan diatas benda cair yng ditemukan oleh Archimedes, seorang ilmuwan Yunani yang juga merupakan penemu pompa spiral untuk menaikkan air yang dikenal dengan istilah sekrup Archimede. Hukum Archimedes berhubungan dengan gaya berat dan gaya keatas suatu benda jika dimasukkan kedalam air.

Berdasarkan prinsip Archimedes para fisikawan dapat menjelaskan peristiwa terapung, melayang dan tenggelamnya suatu benda dalam fluida. Khusus dalam menelaah peristiwa terapung benda dalam fluida masih terdapat perbedaan telaah yang dilakukan beberapa fisikawan di beberapa buku referensi.

Telaah yang dilakukan oleh Halliday dan Resnick pada tahun 1978 dalam buku physics third edition hanya menjelaskan peristiwa terapung secara fisis tanpa matematis, Giancoli pada tahun 1996 dalam bukunya Physics (fourth edition) menjelasakan secara fisis dan matematis tetapi tidak secara mendetail mengapa gaya apung sama besar berat benda atau secara matematis . Tripler pada tahun 1991 dalam bukunya Physics for science 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 daripada berat benda dan benda akan dipercepat ke atas ke permukaan fluida kecuali ditahan. Telaah Tipler hanya secara fisis tanpa penurunan matematis secara mendetail.

Kita mungkin pernah mengamati bahwa sebuah benda yang diletakkan didalam air terasa lebih ringan dibandingkan dengan beratnya ketika di udara. Jika benda dicelupkan dalam zat cair, sesungguhnya berat benda itu tidak berkurang. Gaya tarik bumi kepada benda itu besarnya tetap. Akan tetapi zat cair mengadakan yang arahnya keatas kepada setiap benda yang tercelup didalamnya. Ini menyebabkan berat benda seakan-akan berkurang. Hal ini sesuai dengan bunyi hukum Archimedes yaitu suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya kedalam zat cair akan mengalami gaya keatas yang besanya sama dengan berat zat cair yng dipindahkan olah benda tersebut (Halliday dan Resnick, 1978).

Dalam kehidupan sehari-hari terdapat banyak jenis gerak yang menyerupai sistem ini atau aplikasi hukum Archimedes ini. Maka dari itu, untuk mengetahui lebih jauh lagi tentang mengapa berat benda di udara berbeda dengan berat benda dalam fluida dan bagaimana hubungan gaya keatas dengan berat zat cair yang dipindahkan, serta untuk menyempurnakan telaah yang dilakukan oleh beberapa ahli fisikawan tentang peristiwa terapungnya benda dalam fluida maka dilakukanlah praktikum ini.

2.      Tujuan  

Tujuan dari percobaan Archimedes ini adalah:

a.    Menyelidiki perbedaan berat benda di udara dengan didalam fluida.

b.    Menyelidiki hubungan gaya keatas dengan berat zat cair yang dipindahkan.

B.  KAJIAN TEORI

Ketika suatu benda dimasukkan kedalam air, ternyata beratnya seolah-olah berkurang. Hal ini terlihat dari penunjukkan neraca pegas yang lebih kecil. Peristiwa ini tentu bukan hanya berarti ad massa benda yang hilang, namun disebabkan oleh suatu gaya yang arahnya berlawanan dengan arah berat benda. Apabila suatu benda dimasukkan kedalam zat cair, maka benda tersebut akan mengalami gaya apung. Hal ini diungkapkan oleh Archimedes dalam hukumnya yang berbunyi “gaya apung yang bekerja pada sebuah benda yang dibenamkan sama dengan berat fluida yang dipindahkan”. Gaya apung yang terjadi pada benda adalah selisih gaya yang bekerja pada benda apabila dicelupkan atau berada dalam fluida. Dari hukum Archimedes didapatkan persamaan:

F_A = ρ_f. V . g        ....................................................................... (7.1)

Pada peristiwa melayang, volum fluida yang dipindahkan (volum benda yang tercelup) sama dengan volum total benda yang melayang.

∑F = 0

Fa = mbg

ρ_f . g .Vt = ρ_b . g . V_b                  ........................................................... (7.2)

Karena Vt (volume benda yang tercelup) sama dengan V_b (volum benda total), maka syarat benda melayang adalah:

-          Gaya apung Fa sama dengan berat benda w atau Fa = w

-          Massa jenis benda harus sama dengan massa jenis fluida ρ_b = ρ_f

Ketika benda ditimbang sambil dicelupkan kedalam zat cair, ternyata berat benda itu berkurang dibanding ketika ditimbang di udara. Sesungguhnya benda yang dicelupkan kedalam zat cair tidak berkurang beratnya. Gaya berat benda itu sebenarnya tetap, tetapi pada saat dicelupkan kedalam zat cair, ada gaya keatas yang dikerjakan zat cair terhadap benda, sehingga berat benda seolah-olah berkurang (Giancoli, 2001).

Archimedes (287-212 SM) seorang ilmuwan Yunani Kuno menemukan cara dan rumus untuk menghitung volume benda yang tidak mempunyai bentuk baku. Penemuannya terjadi saat mandi dalam bak yang airnya tumpah akibat karena adanya gaya apung (buoyancy) dari zat cair dan setelah diukur ternyata sebanding dengan besar tubuhnya. Gaya apung yang terjadi karena tekanan pada tiap-tiap bagian permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida. Tekanan tersebut lebih besar pada bagian benda yang tercelup lebih dalam (Halliday dan Resnick, 1978).

Jika suatu benda berada dalam fluida maka ada volume zat cair yang dipindahkan sebesar volume bagian benda yang berada dalam zat cair. Jika volume fluida yang dipindahkan besarnya V dan kerapatan fluida (massa per satuan volume) adalah ρ₁ maka besarnya massa fluida yang dipindahkan adalah:

m = ρ.V                                      ................................................................. (7.3)

Dan besarnya berat fluida yang dipindahkan adalah

w_f  = m.g = ρ.V.g                         ............................................................... (7.4)

Menurut prinsip Archimedes, besarnya gaya tekan keatas adalah :

Fa = w_f = ρ.V.g                            ............................................................... (7.5)

dengan Fa adalah gaya tekan keatas atau gaya apung (buoyancy force). Jika benda mempunyai kerapatan massa ρ_b dan fluida mempunyai kerapatan ρ_f  maka perbandingan berat benda dengan gaya tekan keatasnya dapat dinyatakan sebagai :

 =  =                                   ............................................................ (7.6)

Dari persamaan tersebut dapat dideskripsikan keadaan benda didalam fluida, yaitu :

Jika ρb > ρf, maka w > Fa → benda tenggelam

Jika ρb = ρf, maka w = Fa → benda melayang didalam fluida

Jika ρb < ρf, maka w < Fa → benda mengapung (Anonim, 2009).

C.  METODE PRAKTIKUM

1.    Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada percobaan Archimedes dapat dilihat pada Tabel 7.1.

Tabel 7.1. Alat dan Bahan Percobaan Archimedes

No.	Alat dan Bahan	Fungsi
1.	1 set statif	Untuk menggantungkan tuas dan dinamometer
2.	3 buah beban 50 gr	Sebagai bahan pengamatan
3.	Dinamometer 3,0 N	Untuk mengukur berat beban
4.	Tabung berpancuran	Sebagai alat untuk mengalirkan fluida
5.	Gelas beaker (Kimia)	Sebagai wadah tumpahan fluida
6.	Neraca digital	Untuk mengukur massa air
7.	Air	Sebagai cairan atau fluida
8.	Tuas	Untuk menggantungkan dinamometer

2.    Prosedur Kerja

a.    Prosedur Kerja 1

Prosedur kerja 1 pada percobaan Archimedes yaitu :

1)   Mencatat berat beban di udara yang ditunjukkan oleh skala dinamometer misalkan sebesar w₀.

2)   Mengukur massa awal sebesar 50 gr.

3)   Menempatkan gelas beaker dibawah pipa tabung berpancuran, menurunkan balok pendukung sehingga beban seluruhnya terbenam kedalam air dan membiarkan air mengalir dari tabung kegelas beaker.

4)   Setelah tak ada air lagi yang menetes, mengamati dan mencatat penunjukkan skala dinamometer tentang berat benda setelah dipengaruhi air, misalkan w₁. Menimbang dan mencatat pula massa jenis gelas beaker + air tumpahan misalkan m₁.

5)   Mengulangi langkah a sampai d untuk 2 beban dan 3 beban.

6)   Melengkapi seluruh isian tabel.

b.    Prosedur Kerja Kedua

Prosedur kerja kedua percobaan Archimedes yaitu:

1)   Merakit alat seperti pada Gambar 1.

Gambar 7.1. Rangkaian Alat Percobaan Archimedes

2)   Mengisi air pada tabung berpancuran sampai penuh. Kemudian menyeimbangkan dengan beban yang telah disediakan pada dinamometer.

3)   Mencatat massa beban yang digantungkan pada dinamometer.

4)   Memasukkan beban yang telah disediakan pada tabung berpancuran dan mencatat bagaimana keadaan timbangan setelah beban dimasukkan. Apakah masih setimbang atau tidak.

5)   Menimbang tumpahan air pada wadah dan mencatat hasil timbangannya. Apakah sama massa air tumpahan dengan massa balok.

D.  HASIL DAN PEMBAHASAN

1.    Hasil

a.    Data Pengamatan

Data pengamatan pada percobaan Archimedes dapat dilihat pada Tabel 7.2.

Tabel 7.2. Data Pengamatan Percobaan Archimedes.

No.	Jumlah Beban	1 Buah	2 Buah	3 Buah
1.	Berat beban di udara (w₀)	0,5 N	1 N	1,5 N
2.	Berat beban saat didalam air (w₁)	0,4 N	0,8 N	1,3 N
3.	Massa (silinder ukur + air) Awal (m₀)	0,05 kg	0,05 kg	0,05 kg
4.	Massa (silinder ukur + air) Akhir (m₁)	0,0574 kg	0,0677 kg	0,0737 kg

b.   Analisis Data

1)   Gaya keatas oleh air

a)    1 buah benda

Fa = w₀ – w₁

     = 0,5 N – 0,4 N

     = 0,1 N

b)   2 buah benda

Fa = w₀ – w₁

     = 1 N – 0,8 N

     = 0,2 N

c)    3 buah benda

Fa = w₀ – w₁

      = 1,5 N – 1,3 N

     = 0,2 N

2)   Massa air yang dipindahkan

a)    1 buah benda

m_a = m₁ – m₀

      = 0,0574 kg – 0,05 kg

     = 0,0074 kg

b)   2 buah benda

m_a = m₁ – m₀

     = 0,0677 kg – 0,05 kg

     = 0,0177 kg

c)    3 buah benda

m_a = m₁ – m₀

     = 0,0737 kg – 0,05 kg

     = 0,0237 kg

3)   Berat air yang dipindahkan

a)    1 buah beban

w_a = m_a.g

     = 0,0074 kg . 9,8 m/s²

     = 0,07252 N

b)   2 buah beban

w_a = m_a.g

     = 0,0177 kg . 9,8 m/s²

     = 0,17346 N

c)    3 buah beban

w_a = m_a.g

     = 0,0237 kg . 9,8 m/s²

     = 0,23226 N

2.    Pembahasan

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 dipindahkannya. Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida akan mendapatkan gaya angkat keatas yang sama besar dengan berat fluida yang dipindahkan. Benda yang tenggelam didalam fluida nampak beratnya lebih rendah daripada ketika benda tersebut berada diluar fluida. Benda yang berada didalam fluida mengalami gaya gravitasi dan gaya apung yang dikerjakan oleh fluida  dengan arah yang berlawanan dengan gaya gravitasi. Gaya apung yang terjadi karena tekanan dalam sebuah fluida yang naik sebanding dengan kedalaman. Dengan demikian tekanan keatas pada permukaan bawah benda yang tenggelam lebih besar daripada tekanan kebawah pada bagian atas permukaannnya.

Berdasarkan tujuan yang pertama yaitu menyelidiki berat benda di udara dan didalam fluida, kami memperoleh bahwa ketika benda berada di udara terlihat lebih berat daripada ketika berada didalam didalam fluida. Hal ini terjadi karena ketika benda berada didalam fluida maka fluida akan memberi gaya keatas terhadap benda yang tercelup didalamnya. Inilah yang menyebabkan berat benda seakan-akan berkurang, namun sesungguhnya berat benda itu tidak berkurang karena gaya tarik bumi kepada benda yang berada di udara dan gaya tarik bumi kepada benda yang berada didalam fluida besarnya adalah sama.

Berdasarkan hasil pengamatan, diperoleh untuk 1 buah benda, 2 buah benda dan 3 buah benda dengan berat beban di udara secara berturut-turut yaitu 0,5 N, 1 N dan 1,5 N. Sedangkan berat beban didalam air secara berturut-turut yaitu 0,4 N, 0,8 N dan 1,3 N. Dengan demikian, berdasarkan data pengamatan dan analisis data tersebut dapat disimpulkan bahwa berat benda di udara berbeda dengan berat benda didalam fluida. Ketika benda berada dalam fluida tampak lebih ringan dibandingkan dengan beratnya ketika di udara. Sesungguhnya berat benda yang dicelupkan dalam fluida tidak berkurang karena gaya tarik bumi terhadap benda itu besarnya tetap, tetapai zat cair yang memberikan gaya apung kepada setiap benda yang tercelup didalamnya.

Massa awal air untk ketiga buah benda adalah 0,05 N. Dan massa akahir air untuk 1 buah benda, 2 buah benda dan 3 buah benda secar berturut-turut adalah 0,0574 kg, 0,0677 kg dan 0,0737 kg. Pada analisis data untuk 1 buah benda, 2 buah benda dan 3 buah benda diperoleh gaya keatas oleh benda secara berturut-turut yaitu 0,1 N, 0,2 N dan 0,2 N. Massa air yang dipindahkan secara berturut-turut yaitu 0,0074 kg, 0,0177 kg dan 0,0037 kg. Serta berat air yang dipindahkan  secara berturut-turut yaitu 0,07252 N, 0,17346 N dan 0,23226 N. Adapun hubungan gaya keatas dengan berat zat cair yang dipindahkan hampir sama besar, dalam hal ini gaya keatas yang diberikan oleh zat cair kepada benda sama besarnya dengan berat air yang dipindahkan oleh benda. Walaupun dari analisis data yang kami peroleh hasilnya tidak sama persis namun sudah mendekati. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa percobaan yang kami lakukan sesuai dengan teori.

E.  KESIMPULAN DAN SARAN

1.    Kesimpulan

Berdasarkan percobaan yang kami lakukan dapat disimpulkan bahwa :

a.    Berat benda di udara berbeda dengan berat benda didalam fluida, ketika benda berada dalam fluida terasa lebih ringan dibandingkan ketika berada di udara.

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

2.    Saran

Saran yang dapat saya sampaikan pada percobaan ini adalah :

a.    Untuk praktikan agar lebih teliti saat melakukan praktikum agar data yang diperoleh lebih akurat.

b.    Untuk asisten saya rasa cara menjelaskannya sudah bagus.

c.    Untuk pengelola lab agar memasang AC dilab supaya ketika melakukan praktikum kami tidak kepanasan.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2009. Fisika Dasar. Kendari : Universitas Halu Oleo.

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid 1. Jakarta : Erlangga.

Halliday dan Resnick. 1978. Physics Third Edition. New York : John Wiley & Sons, Inc.