i
1
PENERAPAN HUKUM ARCHIMEDES
PADA KAPAL SELAM
Diajukan untuk memenuhi tugas mata kuliah Fisika Dasar I yang
dibimbing oleh Rianita Puspasari,ST.
Disusun oleh
Ripaldi Wijaya 1510631140122
Kelas D
PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SINGAPERBANGSA KARAWANG
2015
ABSTRAK
Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan dapat memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan. Archimedes merupakan salah satu hukum yang adapada fluida statis. Hukum archimedes menyatakan bahwa " sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya kedalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya".
Banyak sekali contoh penerapan archimedes dalam kehisupan sehari-hari, seperti halnya kapal selam. Kapal selam merupakan kapal yang bergerak di bawah air.
Pada kesempatan ini, penulis berharap dapat membantu para akademisi dalam memahami konsep archimedes dalam kehidupan sehari-hari
ABSTRACT
Fluid is a substance that can flow and be able to provide little resistance to deformation when pressed. Archimedes is one of the laws that exist in a static fluid. Archimedes law states that " a submerged objectpartly or fully in the liquid will experience an upward force equal to the weight of liquid removal.
There are so many examples of the application of archimedes in everyday life, as well as submarines. Submarine is a ship that moves under water.
So in this occasion, the author hope to help the academics in understanding the concepts of archimedes in everyday life
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat tuhan Yang Maha Esa, atas berkat rahmat dan Izin-Nya lah penulis dapat menyelesaikan makalah yang berjudul Penerapan Hukum Archimedes Pada Kapal Selam. Tugas ini disusun dalam rangka memenuhi tugas mata kuliah Fisika Dasar I.
Tak lupa ucapan terimakasih penulis sampaikan kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan Makalah ini,terutama kepada yang terhormat
Ibu Rianita Puspasari,ST. Selaku dosen mata kuliah Fisika Dasar I
Rekan-rekan program studi Teknik Industri angkatan 2015
Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu pada kesempatan ini, yang telah bersedia memberikan bantuan moral maupun materil dalam proses penyelesaian makalah ini
Semoga tuhan Yang Maha Esa membalas atas segala bantuan yang telah diberikan. Makalah ini jauh dari kesempurnaan karena itu kritik dan saran nya terhadap makalah ini sangat penulis harapkan agar makalah ini bisa menjadi lebih baik dan bermanfaat bagi semua pihak
Karawang, 11 januari 2015
Penyusun
DAFTAR ISI
ABSTRAK i
KATA PENGANTAR ii
DAFTAR ISI iii
DAFTAR GAMBAR iv
BAB I PENDAHULUAN
Latar Belakang 1
Rumusan Masalah 2
Tujuan Penelitian 2
Manfaat 2
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Fluida Statis 3
2.2 Archimedes 3
2.3 Gaya angkat ke atas 8
2.4 Terapung 8
2.5 Melayang 8
2.6 Tenggelam 9
BAB III PEMBAHASAN
3.1 Penjelasan dan penguraian tentang kapal selam 10
3.2 Konsep Archimedes bekerja pada Kapal Selam 11
BAB IV PENUTUP
4.1 Kesimpulan ............................................................................ 14
4.2 Saran ..................................................................................... 14
DAFTAR PUSTAKA ................................. ............................................ 15
DAFTAR GAMBAR
3.1 Gambar Benda dalam Tiga Kondisi ....................................................3
3.2 Gambar Benda Melayang ...................................................................5
3.3 Gambar Benda Terapung .................................................................. 6
3.4 Gambar Benda Tenggelam ................................................................7
3.5 Gambar Bagian-bagian Kapal selam ................................................11
3.6 Gambar Kapal Selam di Tiga Kondisi ...............................................12
BAB I
PENDAHULUAN
Latar belakang
Ilmu fisika dapat diterapkan dalam kehidupan untuk digunakan manusia. Ilmu fisika akan berguna bagi manusia apabila sudah diwujubkan dalam bentuk hasil teknologi. Beberapa konsep fisika dapat tergabung dalam satu bentuk peralatan sebagi hasil teknologi. Dalam arti ada peralatan yang hanya menggunakan satu konsep fisika dan ada yang lebih dari satu konsep fisika. Ilmu fisika akan mendasari perkembangan peralatan yang digunakan manusia. Penemuan-penemuan terbaru dalam bidang fisika akan memperbaiki teknologi yang sudah ada.
Banyak orang yang beranggapan bahwa Fisika hanya sekedar ilmu biasa yang hanya mempelajari ilmu alam tanpa ada penerapannya. Terutama masih banyak orang yang beranggapan bahwa Fisika hanya mempelajari rumus. Dan tak sedikit yang tidak menyadari bahwa banyak peristiwa bahkan hal-hal yang sangat dekat dengan kita melibatkan ilmu Fisika. Bahkan Fisika merupakan ilmu dasar yang sangat dibutuhkan oleh cabang ilmu-ilmu lain. Mengapa Fisika sangat penting dalam kehidupan kita? Tentu karena banyak peristiwa dalam kehidupan kita yang melibatkan ilmu Fisika baik kita sadari maupun tan.pa kita sadari. Semakin kita memahami Fisika kita akan mengetahui bahwa Fisika mempunyai cakupan yang luas.
Aktifitas manusia dalam kehidupan tidak lepas dari gejala atau fenomena alam. Disadari maupun tidak disadari dalam aktifitas manusia selalu berhadapan dengan fenomena alam. Kebanyakan manusia dalam melakukan aktifitasnya tidak memperhatikan gejala alam yang terjadi. Manusia memperhatikan hal-hal yang berkaitan dengan tujuan yang hendak dicapai.
Salah satu dari ilmu fisika yang akan dibahas dalam makalah ini adalah"Kapal Selam", yang menjadi pertanyaan kita adalah Bagaimana bisa kapal selam dapat diposisikan dalam keadaan terapung, melayang dan tenggelam di dalam air? Bagaimana cara kerja kapal selam itu sebenarnya? Hal-hal inilah yang akan dibahas dalam makalah kali ini.
Rumusan masalah
Adapun yang menjadi rumusan masalah dalam makalah ini adalah :
Bagaimana penjelasan dan penguraian dari konsep archimedes ?
Bagaiamana konsep archimedes bekerja pada kapal selam ?
Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah :
Mengetahui cara kerja dari kapal selam
Mengetahui Penerapan hukum archimedes pada kapal selam
Manfaat
Manfaat yang bisa diambil dari penulisan makalah ini adalah :
Sebagai sumber referensi bagi para akademisi mengenai konsep archimedes dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari
Menambah informasi dan wawasan tentang kapal selam dan cara kerjanya
Menambah wawasan dan informasi kepada penulis tentang hukum archimedes dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Fluida statis
Wujud zat dibedakan menjadi tiga macam, yaitu zat padat, cairr, dan gas. Berdasarkan bentuk dan ukurannya, zat padat mempunyai bentuk dan volume tetap, zat cair memiliki volume tetap tetapi bentuknya berubah sesuai wadhnya, sedangkan gas tidak memiliki bentuk maupun volume yang tetap. Zat cair dan gas tidak mempertahankan bentuk yang tetap sehingga keduanya memiliki kemampuan untuk mengalir. Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan dapat memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan. misalnya zat cair dan gas. Istilah fluida mencakup zat cair dan gas karena zat cair atau zat gas seperti udara dapat mengalir. Fluida yang dalam keadaan diam disebut fluida statis
2.2 Archimedes
Kita tentunya pernah atau bahkan sering melihat kapal yang berlayar di laut, benda-benda yang terapung dipermukaan air, atau batuan-batuan yang tenggelam didasar sungai. Konsep terapung, melayang, dan tenggelamnya suatu benda di dalam fluida, pertama kali diteliti oleh Archimedes.
Gambar 3.1
Menurut Archimedes, benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya kedalam fluida akan mendapat gaya angkat ke atas oleh fluida, yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Pernyataan ini adalah bunyi hukum Archimedes. Berat benda dalam fluida lebih kecil dibandingkan berat benda di udara. Makin besar volume zat cair yang dicelupkan kedalam zat cair, makin besar gaya keatas yang dialami oleh benda itu. Besar gaya ke atas ini disebut gaya apung. Munculnya gaya apung ini diakibatkan oleh tekanan zat cair yang meningkat terhadap kedalaman, dan nilainya dapat ditulis dalam persamaan:
Fa = Wu - WaFa = Wu - Wa
Fa = Wu - Wa
Fa = Wu - Wa
Fa = gaya keatas yang di alami benda (N)
Wu = berat benda di udara (N)
Fa = Mf g = ρf Vbt gFa = Mf g = ρf Vbt g Wa = berat benda di air (N)
Fa = Mf g = ρf Vbt g
Fa = Mf g = ρf Vbt g
Mf = massa fluida yang dipindahkan oleh benda (kg)
ρf = massa jenis fluida (kg/m3)
Vbt = volume benda yang tercelup dalam fluida (m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
apabila sebuah benda padat dicelup kedalam zat cair, maka ada tiga kemungkinan yang terjadi pada benda tersebut yaitu tenggelam, melayang, dan terapung.
Melayang
Gambar 3.2
Benda melayang terjadi apabila seluruh bagian benda tercelup kedalam zat cair, tetapi tidak menyentuh dasar zat cair. Sebuah benda akan melayang dalam zat cair apabila gaya ke atas yang bekerja pada benda sama dengan berat benda
Fa = WFa = W
Fa = W
Fa = W
Jika benda dicelupkan kedalam zat cair dan ternyata seluruh bagian benda itu berada di bawah zat cair, maka berat jenis benda tersebut sama dengan berat zat cair sehingga gaya ke atas yang dialami benda akan sama dengan berat benda
Fa = ρf Vbt gFa = Wbρf Vbt g = ρbenda Vbt gρf = ρbendaFa = ρf Vbt gFa = Wbρf Vbt g = ρbenda Vbt gρf = ρbenda
Fa = ρf Vbt g
Fa = Wb
ρf Vbt g = ρbenda Vbt g
ρf = ρbenda
Fa = ρf Vbt g
Fa = Wb
ρf Vbt g = ρbenda Vbt g
ρf = ρbenda
Terapung
Gambar 3.3
Benda terapung terjadi apabila sebagian benda tercelup di dalam zat cair. Jika volume yang tercelup sebesar Vf , maka gaya ke atas oleh zat cair yang di sebabkan oleh volume benda yang tercelup sama dengan berat benda
Fa = WFa = W
Fa = W
Fa = W
Jika sebuah benda dicelupkan ke dalam zat cair dan ternyata sebagian dari benda itu akan muncul di permukaan air dan sebagian lagi di bawah permukaan air, dapat diketahuibahwa berat jenis benda tersebut lebih kecil dari pada berat jenis zat cair. Berat benda yang mengapung dalam zat cair sama dengan berat zat cair yang didesak oleh benda sehingga gaya ke atas yang di alami benda lebih besar daripada berat benda. Pada kasus terapung, volume benda yang tercelup dalam zat cair lebih kecil dari pada volume benda seluruhnya.
Fa = Wbρf Vbt g = ρb Vb gVbt = Vb ρbρfFa = Wbρf Vbt g = ρb Vb gVbt = Vb ρbρfFa > Wbendaρb = ρfbagian benda yang tercelup = ρbρfFa > Wbendaρb = ρfbagian benda yang tercelup = ρbρf
Fa = Wb
ρf Vbt g = ρb Vb g
Vbt = Vb ρbρf
Fa = Wb
ρf Vbt g = ρb Vb g
Vbt = Vb ρbρf
Fa > Wbenda
ρb = ρf
bagian benda yang tercelup = ρbρf
Fa > Wbenda
ρb = ρf
bagian benda yang tercelup = ρbρf
Benda yang dicelupkan ke dalam fluida dan memiliki massa jenis yang lebih kecil daripada massa jenis fluida akan terapung (ρb < ρf ). Massa jenis benda yang terapung dalam ffluida memenuhi persamaan berikut.
ρb = VbfVb ρfρb = hbfhb ρfρb = VbfVb ρfρb = hbfhb ρf
ρb = VbfVb ρf
ρb = hbfhb ρf
ρb = VbfVb ρf
ρb = hbfhb ρf
Vbt = volume benda yang tercelup dalam fluida (m3)
Vb = volume benda (m3)
hbf = tinggi benda yang tercelup dalam fluida (m)
hb = tinggi benda (m)
ρb = massa jenis benda (kg/ m3)
ρf = massa jenis fluida (kg/ m3)
Tenggelam
Gambar 3.4
Benda tenggelam terjadi apabila seluruh bagian benda berada di bawah permukaan zat cair. Sebuah benda akan tenggelam kedalam suatu zat cair apabila gaya ke atas yang bekerja pada benda lebih kecil dari pada berat benda
Fa < WbFa < Wb
Fa < Wb
Fa < Wb
Jika benda dicelupkan kedalam zat cair dan ternyata seluruh bagian benda itu berada di dasar bejana, dapat diketahui berat jenis benda lebih besar daripada berat zat cair sehingga gaya ke atas yang di alami benda lebih kecil dari pada berat benda.
ρb > ρfWbf = Wb - FaWbf = (ρb - ρf ) Vb gρb > ρfWbf = Wb - FaWbf = (ρb - ρf ) Vb g
ρb > ρf
Wbf = Wb - Fa
Wbf = (ρb - ρf ) Vb g
ρb > ρf
Wbf = Wb - Fa
Wbf = (ρb - ρf ) Vb g
Wbf = berat benda dalam fluida (N)
Wu = berat benda di udara (N)
2.3 gaya angkat ke atas
Gaya angkat ke atas atau biasa di sebut sebagai gaya apung terjadi karena tekanan zat cair yang meningkat terhadap kedalaman
2.4 Terapung
Benda terapung terjadi apabila sebagian benda tercelup di dalam zat cair. Jika volume yang tercelup sebesar Vf , maka gaya ke atas oleh zat cair yang di sebabkan oleh volume benda yang tercelup sama dengan berat benda
2.5 melayang
Benda melayang terjadi apabila seluruh bagian benda tercelup kedalam zat cair, tetapi tidak menyentuh dasar zat cair. Sebuah benda akan melayang dalam zat cair apabila gaya ke atas yang bekerja pada benda sama dengan berat benda
2.6 tenggelam
Benda tenggelam terjadi apabila seluruh bagian benda berada di bawah permukaan zat cair. Sebuah benda akan tenggelam kedalam suatu zat cair apabila gaya ke atas yang bekerja pada benda lebih kecil dari pada berat benda
BAB III
PEMBAHASAN
3.1 Kapal selam
Apa itu kapal selam? Kapal selam adalah kapal yang bergerak di bawah permukaan air, umumnya digunakan untuk tujuan dan kepentingan militer. Sebagian besar Angkatan Laut memiliki dan mengoperasikan kapal selam sekalipun jumlah dan populasinya masing-masing negara berbeda. Selain digunakan untuk kepentingan militer, kapal selam juga digunakan untuk ilmu pengetahuan laut dan air tawar dan untuk bertugas di kedalaman yang tidak sesuai untuk penyelam manusia.
Jerman memiliki kapal selam yang populer dengan sebutan U-Boat yang merupakan ringkasan bagi Unterseeboot, mulai ditugaskan dalam Perang Dunia I sebagai sistem senjata yang mematikan bagi Angkatan Laut lawan terlebih-lebih pada Perang Dunia II. Sehingga terkenal dengan sebutan U-Class. Selain Jerman, negara yang populer menggunakan kapal selam sebagai kekuatan utama Angkatan Laut adalah Uni Soviet/Rusia.
Akibatnya, kapal selam mulai tenggelam. Katup akan ditutup jika kapal selam telah mencapai kedalaman yang diinginkan. Dalam keadaan tersebut, kapal selam dalam keadaan melayang. Jika katup udara pada rongga dibuka kembali, volume air dalam rongga akan bertambah sehingga kapal selam akan tenggelam. Jika kapal selam akan muncul ke permukaan dari keadaan tenggelam, air dalam rongga dipompa keluar sehingga rongga hanya terisi udara. Dengan demikian, kapal selam mengalami gaya apung sama dengan berat kapal selam. Akibatnya, kapal selam akan naik ke permukaan dan mengapung.
Di zaman sekarang ini kapal selam masih menjadi salah satu arsenal tempur yang masih ditakuti. Kemampuan kapal selam yang bisa menyerang secara diam – diam sehingga sulit terdeteksi lawan, kemudian menghilang dengan cepat. Berikut ini beberapa tipe kapal selam baik yang bertenaga diesel maupun nuklir. Urusan kapal selam memang dua negara ini, Amerika dan Rusia memang masih yang terbaik, karena mereka punya segalanya, baik teknologi maupun pendanaan.
Konsep archimedes bekerja pada kapal selam
Kapal selam bekerja berdasarkan prinsip yang cukup sederhana, yaitu menggunakan prinsip penerapan hukum archimedes terkait dengan terapung, melayang dan tenggelam. Kapal selam memiliki beberapa bagian yang membuat kapal selam dapat terapung di dalam air, bagian-bagian tersebut adalah
Gambar 3.5
Tangki Ballast berfungsi untuk menyimpan udara dan air
Katup udara, berfungsi untuk memasukan udara ke dalam ballast ( tangki).
Katup air, berfungsi untuk memasukan air ke dalam ballast ( tangki ).
Tangki Kompresor udara, yang berfungsi memompa air keluar dari ballast dan di ganti dengan udara
Kapal selam di desain memiliki tangki ballast ( trim ), tangki ballast berfungsi menyimpan udara dan air.
Untuk dapat membuat kapal selam siap untuk menyelam kedalam air laut, beratnya harus ditambah sehingga lebih besar dari pada gaya ke atas ( w > Fa ). Hal ini dilakukan dengan membuka katup-katup besar yang dikenal dengan "kingston", yang terletak di dasar tangki ballast yang memungkinkan air laut masuk kedalam tangki pemberat. Sewaktu air lautmasuk melalui katup-katup yang terletak dibawah tangki pemberat, air laut tersebut mendorong udara di dalam tangki keluar melalui katup-katup pada bagian atas, yang dikenal sebagai " lubang-lubang angin". Air laut jauh lebih berat daripada udara, sehingga berat total kapal selam menjadi lebih besar dan itulah yang membuat kapal selam terbenam kedalam air laut.
Jika kapal selam dikehendaki menyelam pada kedalaman tertentu, maka awak kapal harus mengatur volume air laut dalam tangki pemberat sedemikian rupa sehingga berat total sama dengan gaya ke atas. Pada saat tersebut kapal selam melayang pada ke dalaman tertentu dibawah permukaan laut.
Gambar 3.6
Ketika kapal selam siap untuk muncul ke permukaan atau mengapung kembali, lubang-lubang angin ditutup dan udara dipompakan ke dalam tangki-tangki pemberat. Udara ini menekan air laut sehingga air laut keluar melali katup-katup bagian bawah atau melalui kingston. Udara jadi jauh lebih ringan daripada air laut sehingga berat total kapal selam menjadi lebih ringan dan kapal selam itu pun naik.
Dapat dikatakan bahwa tangki ballast ketika berisi udara berfungsi sebagai pelampung kapal selam sehingga kapal selam dapat terapung. Syarat benda dapat melayang di dalam air adalah ketika gaya apung benda sama besar dengan berat benda tersebut. Kapal selam ketika akan menyelam, membuka katup air dan menutup katup udara sehingga air laut masuk ke dalam tangki ballast dan membuat berat kapal selam bertambah serta tenggelam hingga ke kedalaman yang diinginkan. Karena masih memiliki udara dari tangki kompresor udara, kapal selam dapat menyeimbangkan gaya apung dengan beratnya. Namun kapal selam akan pecah dan hancur jika terlalu dalam menyelam karena sesuai prinsip tekanan hidrostatis yaitu, semakin dalam masuk ke dalam air maka tekanan hidrostatisnya akan semakin besar.
BAB IV
PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Berdasarkan permasalahan dan hasil penelitian di atas, dapat disimpulkan sebagai berikut :
Archimedes adalah bagian dari fluida statis. Fluida itu sendiri merupakan salah satu cabang dari ilmu fisika yang membahas tentang suatu zat yang dapat mengalir
Dalam archimedes dikenal istilah gaya angkat ke atas. Gaya angkat ke atas atau biasa di sebut sebagai gaya apung terjadi karena tekanan zat cair yang meningkat terhadap kedalaman
Hukum archimedes menyatakan bahwa sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya kedalam zat cair akan mengalami gaya angkat ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan
Dalam praktiknya kapal selam menggunakan prinsip terapung,melayang, dan tenggelam dari archimedes sehingga kapal selam bisa beroprasi di lautan.
4.2 Saran
a. Untuk lebih memahami pengaplikasian hukum archimedes ini diperlukan peragaan atau praktik secara langsung menggunakan model yang sederhana
b. Materi ini bisa digunakan dalam proses pembelajaran karena merupakan dasar fisika.
DAFTAR PUSTAKA
https://id.wikipedia.org/wiki/Kapal_selam
https://nurazizah441.wordpress.com/2013/04/.../fisika-teknik-kapal-selam
ilmufisikadanpendidikanevaluasi.blogspot.com/.../cara-kerja-kapal-selam
Ruwanto, Bambang. 2007. Fisika 2 SMA/MA Kelas XI. Jakarta: Yudistira
