PENERAPAN HUKUM ARCHIMEDES PADA BALON UDARA
diajukan untuk memenuhi tugas mata kuliah Fisika Dasar I yang dibimbing oleh Rianita Puspasari , ST.
disusun oleh Laraswati
!"#$%""&'
PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SINGAPERBANGSA KARAWANG
2015
1
ABSTRAK
ABSTRACK
(r)him himede edes
dalam
yang ang
(r)himedes (r)himedes in the law that states When an
menyatakan Ketika menyatakan Ketika sebuah benda tercelup
object wholly or partially immersed in the
seluruhnya atau a tau sebagian di dalam zat cair,
liquid liquid,, the liquid liquid will will prov provide ide an upwar upward d
zat cair akan memberikan gaya ke atas
orce (buoyancy) on the body, in which the
(gaya
magnitude o the upward orce (buoyancy)
apung)
pada
huk hukumny umnyaa
benda,
di
mana
besarnya gaya ke atas (gaya apung) sama
equal to the weight o liquid displaced.
dengan berat zat cair yang dipindahkan.
There
are
so
many
eamples o+
the
*any *anyak ak sekal sekalii )ont )ontoh oh pener penerap apan an dalam dalam
appli)ation o+ the law o+ (r)himedes, one o+
hukum hukum (r)hi (r)himed medes, es, salah salah satuny satunyaa adalah adalah
whi)h is a hot air balloon. ot/air balloon is
balon udara. *alon udara adalah salah
one o+ the +irst a0iation te)hnology utili1ing
tekno eknolo logi gi
(r)himedes law.
pene penerb rban anga gan n
per pertam tama
yang ang
meman+aatkan ukum (r)himedes.
So, in this paper will dis)uss the (r)himedes
-aka -aka,, dala dalam m maka makala lah h ini ini akan akan diba dibaha hass
law and also the (r)himedes law and its
menge mengena naii ukum ukum (r)hi r)hime medes des dan dan juga juga
appli)ation in a hot/air balloon
hukum ar)himedes dan penerapannya dalam
2ith the making o+ this paper, the authors
balon udara
hope to help help a)adem a)ademi)s i)s in underst understandi anding ng
Deng Dengan an dibua dibuatn tnya ya maka makala lah h ini, ini, penu penuli liss
(r)himedes law and its implementation in a
berharap dapat membantu akademisi dalam
hot/air balloon
mema memaha hami mi
huku hukum m
(r)hi r)hime mede dess
bese besert rtaa
penerapannya dalam balon udara.
2
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan3ang -aha 4sa, karena berkat rahmat dan hidayah/5ya penulis dapat menyelesaikan -akalah yang berjudul Penerapan ukum (r)himedes Pada *alon 6dara. -akalah ini disusun dalam rangka memenuhi tugas Fisika Dasar I.
-elalui kesempatan yang sangat berharga ini penulis menyampaikan u)apan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penyelesaian -akalah ini, terutama kepada yang terhormat 7 . Rianita Puspasari, ST. Selaku dosen Fisika Dasar I 8. Rekan/rekan program studi Teknik Industri angkatan 8"! $. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu dalam kesempatan ini, yang telah memberikan bantuan moral dan materil dalam proses penyelesaian makalah ini. Semoga Tuhan 3ang -aha 4sa memberikan imbalan yang setimpal atas segala bantuan yang telah diberikan. -akalah ini berisi tentang pengertian +luida, hukum (r)himedes beserta konsep penerapannya pada balon udara. Penyusun menyadari bahwa makalah ini belumlah sempurna. 6ntuk itu, kritik dan saran yang bersi+at konstrukti+ sangat penyusun harapkan. Serta penulis berharap semoga -akalah ini dapat berman+aat bagi semua pihak.
9arawang, & :anuari 8"#
3
DAFTAR ISI
COVER………………………………………………………………………
ABSTRAK…………………………………………………………………..
KATA PENGANTAR……………………………………………………….
DAFTAR ISI…………………………………………………………………..
DAFTAR GAMBAR………………………………………………………..
BAB I PENDAHULUAN
. Latar *elakang;;;;;;;..... .8 Rumusan -asalah;;;;;;;.. .$ Tujuan;;;;;;;;........ .% -an+aat;;;;;;;;;;;;;.. BAB II LANDASAN TEORI
8. Fluida;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;. 8.8 ukum (r)himedes;;;;;;;;;;;;;;;. 8.8. Tenggelam;;;;;;;;;;;;. 8.8.8 Terapung;;;;;;;;;;;.. 8.8.$ -elayang ;;;;;;;;;;;. 8.$ *alon 6dara;;;;;;;;;;;;;;;;; BAB III PEMBAHASAN
. $. Penguraian *alon 6dara;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; .$ $.8 Prinsip 9erja *alon 6dara;;;;;;;;;;;;;;;;..
BAB IV PENUTUP
. %. 9esimpulan;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 8. %.8 Saran;;;;;;;;;;;;;;;;;;. DAFTAR PUSTAKA………………………….
4
DAFTAR GAMBAR
BAB I PENDAHULUAN
. Latar *elakang Fluida diartikan sebagai suatu 1at yang dapat mengalir. Istilah +luida men)akup 1at )air dan gas karena 1at )air seperti air dan 1at gas seperti udara dapat mengalir. Fluida diklasi+ikasikan dalam dua keadaan yaitu +luida statis dan dinamis. Fluida statis =+luida tak bergerak> berkaitan erat dengan tekanan hidrostatis. Dalam +luida statis dipelajari hukum/hukum dasar yang berkaitan dengan konsep tekanan hidrostatis, salah satunya adalah hukum Pas)al dan hukum (r)himedes.ukum/hukum +isika dalam +luida statis sering diman+aatkan dalam kehidupannya, !
*alon udara adalah salah teknologi penerbangan pertama yang meman+aatkan ukum (r)himedes, dimana hukum tersebut menyatakan bahwa ?Suatu benda yang terendam sebagian atau seluruhnya dalam 1at )air =+luida> mendapat gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat 1at )air =+luida> yang dipindahkan oleh benda itu?. *erdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, penulis tertarik untuk membahas @Penerapan ukum (r)himedes Pada *alon 6dara ? menjadi judul pada makalah ini.
.8 Rumusan -asalah a. *agaimana penjelasan dan penguraian tentang hukum (r)himedesA b. *agaimana konsep hukum (r)himedes bekerja pada balon udaraA .$ Tujuan a. -enjelaskan dan menguraikan tentang hukum (r)himedes b. 6ntuk menjelaskan konsep hukum (r)himedes bekerja pada balon udara
.% -an+aat a. Sebagai sumber re+erensi bagi para akademisi mengenai konsep hukum (r)himedes dan penerapannya b. Sebagai sumber pengetahuan bagi masyarakat memahami hukum (r)himedes dan penerapannya
"
BAB II LANDASAN TEORI
8. Fluida Fluida diartikan sebagai suatu 1at yang dapat mengalir. Istilah +luida men)akup 1at )air dan gas karena 1at )air seperti air atau 1at gas seperti udara dapat mengalir. (ir, minyak pelumas, dan susu merupakan )ontoh 1at )air. Semua 1at )air itu dapat dikelompokan ke dalam +luida karena si+atnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain 1at )air, 1at gas juga termasuk +luida. Bat gas juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. embusan angin merupakan )ontoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Fluida dibagi menjadi dua bagian yakni +luida statis =+luida diam> dan +luida dinamis =+luida bergerak>. Fluida statis ditinjau ketika +luida yang sedang diam atau berada dalam keadaan setimbang. Fluida dinamis ditinjau ketika +luida ketika sedang dalam keadaan bergerak>. Fluida statis erat kaitannya dengan hidrostatika dan tekanan. idrostatika merupakan ilmu yang mempelajari tentang gaya maupun tekanan di dalam 1at )air yang diam. Sedangkan tekanan dide+inisikan sebagai gaya normal per satuan luas permukaan. 8.8 ukum (r)himedes #
Gambar 2.2 Menentukan gaya ke atas . %Sumber7 pd+ uni0ersitas widyatama>
Fluida melakukan tekanan hidrostatik berhubungan dengan tekanan ini adalah
p1= ρ f g h 1
pada bagian atas benda.
F 1= p 1 A = ρf g h1 A
yang sama, pada permukaan bagian bawah diperoleh
berarah ke bawah. Dengan )ara
F 2 = p 2 A = ρf g h2 A
Resultan kedua gaya ini adalah gaya apung Fa yaitu7
Fa= F 2− F 1
=karena
¿ ρf gA
$
( h −h ) 2
1
F 2 > F 1
>
berarah ke atas.
¿ ρf gAh
=
sebab h2−h 1=h
>
¿ ρf g V b= mf g =w f
9eterangan7
Fa C gaya keatas =5>
A C luas permukaan =m8>
F 2 , F 1
h C tinggi =m>
ρf
C gaya yang bekerja =5>
C massa jenis +luida =kgm$>
g C per)epatan gra0itasi =ms8>
m f
C massa +luida =kg>
w f
C berat +luida =5>
*erdasarkan persamaan di atas, dikatakan bahwa gaya apung pada benda sama dengan berat +luida yang dipindahkan. al ini dikemukakan oleh (r)himedes dalam hukumnya yang menyatakan 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.
9etika kita menempatkan benda kedalam +luida maka akan terjadi $ kemungkinan
8.8. Tenggelam *enda akan tenggelam jika gaya keatas yang dialami benda lebih ke)il daripada berat benda
w > F amaks
ρb .Vb . g > ρf . Vb . g
ρb > ρf 9eterangan7
w C berat benda =5> 1&
F a maks
C gaya keatas maksimum =5>
ρb C massa jenis benda =kgm $> Vb C 0olume benda =m$>
ρf C massa jenis +luida =kgm $>
8.8.8 Terapung *enda terapung di permukaan +luida jika ada bagian benda yang menyembul di atas permukaan +luida. :ika seluruh benda di)elupkan ke dalam +luida kemudian dilepaskan maka benda bergerak ke atas dan berhenti ketika ada sejumlah tertentu bagian benda yang menyembul di atas permukaan +luida. Ini hanya terjadi jika gaya ke atas maksimum yang dialami benda =ketika seluruh bagian benda ter)elup dalam +luida> lebih besar daripada berat benda. :adi, syarat benda terapung adalah
W < F amaks
ρb .Vb . g < ρf . Vb . g
ρb < ρf 9eterangan7 w C berat benda =5>
F a maks
C gaya keatas maksimum =5>
ρb C massa jenis benda =kgm $> Vb C 0olume benda =m$>
ρf C massa jenis +luida =kgm $> 8.8.$ -elayang
11
*enda dikatakan melayang jika saat benda ditempatkan pada suatu titik dalam +luida, benda tidak bergerak naik ataupun turun. 9etinggian benda selalu sama. Ini hanya terjadi jika gaya angkat maksimum sama besar dengan berat benda. :adi syarat benda melayang adalah
w = F a maks
ρb .V b . g= ρf . Vb. g
ρb = ρf 9eterangan7
w C berat benda =5> F a maks
C gaya keatas maksimum =5>
ρb C massa jenis benda =kgm $>
Vb C 0olume benda =m$> ρf C massa jenis +luida =kgm $>
Gambar 2.2 Keadaan benda yang ditempatkan pada 12
8.$ *alon 6dara *alon udara adalah sebuah balon yang memiliki massa jenis udara yang berbeda dengan udara disekitarnya. Dilakukan dengan )ara dipanaskan dengan api sehingga udara akan mengalir dan balon akan naik keatas. Dari penjelasan konsep melayang, terapung dan tenggelam yang telah dijelaskan diatas, balon udara merupakan benda yang berada dalam +luida =udara> dimana medium luar balon udara adalah udara disekitar balon udara.
13
BAB III PEMBAHASAN
$. Penguraian Tentang *alon 6dara Seperti halnya 1at )air, udara =termasuk +luida> juga melakukan gaya apung pada benda.
4n0elope bentuknya berupa kantong berupa balon tempat udara dipanaskan. 4n0elope ini biasanya terbuat dari bahan nilon dan diperkuat dengan panel/panel yang di anyam. 9arena nilon ini tidak tahan api, maka bagian bawah en0elope di lapisi dengan bahan anti
b.
api =skirt> seperti PE. *urner merupakan alat yang ber+ungsi untuk memanaskan udara di dalam 4n0elope.
*urner di letakan di atas kepala penumpang dekat ke mulut en0elope. ). *asket atau keranjang merupakan tempat penumpang. *asket dibuat dari bahan yang ringan dan lentur.
14
Gambar Bagian balon Tipe balon udara dibedakan atas dua ma)am3.1 yaitu7
a. #alon udara yang diisi dengan udara panas Pada jenis balon udara ini terdapat suatu pembakar yang ber+ungsi untuk memanaskan udara dalam balon, sehingga udara dalam balon menjadi lebih ringan dari udara luar sekitarnya. b. #alon udara yang diisi dengan gas yang ringan
$.8 Prinsip 9erja *alon 6dara Prinsip kerja pada balon yang diisi dengan udara panas dan balon yang diisi dengan gas ringan pada dasarnya sama, yaitu dengan membuat udara dalam balon lebih ringan atau memiliki massa jenis yang lebih ke)il dari udara luar sekitar balon sehingga balon udara dapat naik =terbang>. Sesuai dengan prinsip (r)himedes @
Gambar 3.2 massa jenis udara dalam balon lebih kecil dari massa enis udara diluar balon
Semua partikel udara di atmos+er ditarik oleh gaya gra0itasi ke bawah. 5amun tekanan di udara men)iptakan gaya ke atas yang bekerja berlawanan dengan gra0itasi. 9umpulan udara membangun keseimbangan gaya gra0itasi, dimana pada titik ini gra0itasi tidak )ukup kuat untuk menarik ke bawah sejumlah besar partikel. Tingkat tekanan ini adalah tertinggi pada permukaan bumi dimana udara pada tingkat ini dapat menahan beban di udara diatasnya, jika lebih berat berarti lebih besar gaya gra0itasi ke bawah. Tapi gaya apung ini adalah lemah dibandingkan dengan gaya gra0itasi, hanya sekuat berat udara yang dipindahkan oleh suatu benda. :elas, sebagian besar benda padat apa pun akan menjadi lebih berat daripada udara yang dipindahkan, sehingga gaya apung tidak bergerak sama sekali.
Fb=W gas + W beban Fb=( m gas + m beban ) g ρudara .V .g =( ρgas . V + mbeban ) g ρudara .V =( ρ gas .V + mbeban ) 6ntuk membuat benda mengapung diudara, maka berat balon dan muatannya harus lebih ringan dari udara yang ada disekitarnya yaitu dengan mengisi balon udara dengan udara yang tidak terlalu padat. Semisal dengan mengisi balon udara dengan gas hidrogen atau gas helium yang memiliki massa jenis lebih ke)il dari udara =massa jenis hidrogen C ", G'' kgm $ , massa jenis helium C ",&G# 9gm$, udaraC,8' kgm$>. 9arena dalam balon udara memiliki kurang dari
massa per unit 0olume daripada udara diatmos+er yang membuatnya lebih ringan sehingga gaya apung akan mengangkat balon keatas. 6ntuk balon yang diisi dengan udara panas, prinsip yang digunakan pun sama, jika ingin mengubah kondisi udara di dalam balon, dapat dikurangi kepadatannya, sekaligus menjaga tekanan udara agar tetap sama dengan pemanasan udara se)ara terus/menerus. 9ekuatan tekanan udara pada objek tergantung pada seberapa sering berbenturan dengan partikel/partikel udara objek, serta gaya masing/masing tabrakan. 9ita melihat bahwa se)ara keseluruhan kita dapat meningkatkan tekanan dalam dua )ara7 . -eningkatkan jumlah partikel udara sehingga ada sejumlah besar partikel berdampak atas luas permukaan tertentu. 8. -eningkatkan ke)epatan partikel sehingga partikel menghantam daerah lebih sering dan setiap partikel bertabrakan dengan kekuatan yang lebih besar.
Pada balon udara yang diisi dengan udara panas, agar balon udara dapat terbang maka di dalam en0elope dipanaskan dengan burner dengan temperatur sekitar ""o. 6dara panas ini akan terperangkap di dalam en0elope. 9arena udara panas memiliki massa jenis yang lebih ke)il daripada udara biasa, maka membuatnya lebih ringan sehingga balon udara pun akan bergerak naik di dorong oleh udara yang bertekanan lebih kuat. :ika dalam proses menaikkan balon udara, udara di dalam en0elope dipanaskan dengan burner dengan temperatur sekitar ""o sehingga menyebabkan masa jenis balon udara lebih ke)il daripada massa jenis udara disekitar balon, sehingga menyebabkan balon tersebut terangkat. Se)ara sistematis dapat ditulis7
ρuadara .V > ρ gas . V + m beban
Gambar 3.3 Balon udara yang diisi dengan udara panas
6ntuk mendarat, udara didinginkan dengan )ara menge)ilkan burner. 6dara yang mulai mendingin di dalam en0elope membuat balon bergerak turun. 6ntuk memper)epatnya, pilot akan membuka katup parasut =para)hute 0al0e> sehingga udara di dalam en0elope lebih )epat dingin. Sedangkan pada balon yang berisi gas ringan, terdapat kantung/kantung pasir yang diikatkan ditepian keranjang. 9etika balon udara ingin terbang tinggi, maka kantung/kantung pasir tersebut dibuang di udara, namun ketika balon udara ingin diturunkan maka gas pada balon udara dibuang. Se)ara sistematis dapat ditulis7
ρuadara .V > ρ gas . V + m beban
9arena balon udara hanya bisa naik dan turun =bergerak se)ara 0ertikal> tentu kita berpikir bagaimana )ara balon udara berpindah dari satu lokasi ke lokasi lain =bergerak se)ara hori1ontal>. Pilot meman+aatkan hembusan angin untuk bergerak se)ara hori1ontal. 9arena angin bertiup berbeda arahnya pada setiap ketinggian tertentu. Perbedaan arah tiupan angin inilah yang diman+aatkan oleh pilot untuk lokasi yang diinginkan.
mengendalikan balon udara dari satu lokasi ke
BAB IV PENUTUP
%. 9esimpulan *erdasarkan permasalahan dan hasil penelitian diatas, dapat disimpulkan a. Fluida diartikan sebagai suatu 1at yang dapat mengalir. Istilah +luida men)akup 1at )air dan gas karena 1at )air seperti air atau 1at gas seperti udara dapat mengalir. Fluida dibagi menjadi dua bagian yakni +luida statis =+luida diam> dan +luida dinamis =+luida bergerak>. b. (r)himedes dalam hukumnya yang menyatakan 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. 9etika kita menempatkan benda kedalam +luida maka akan terjadi $ kemungkinan yaitu tenggelam, terapung, melayang. c. *alon udara panas yaitu sebuah balon yang memiliki massa jenis udara yang berbeda dengan udara disekitarnya, Dilakukan dengan )ara dipanaskan dengan api sehingga udara akan mengalir dan balon akan naik ke atas. d. *alon udara akan melayang diudara apabila besarnya gaya apung sama dengan gaya berat balon udara tersebut. *alon naik, jika dalam proses menaikkan balon udara, udara di dalam en0elope dipanaskan dengan burner dengan temperatur sekitar ""o sehingga menyebabkan masa jenis balon udara lebih ke)il daripada massa jenis udara disekitar balon, sehingga menyebabkan balon tersebut terangkat. *alon turun untuk mendarat,
udara didinginkan dengan )ara menge)ilkan burner. 6dara yang mulai mendingin di dalam en0elope membuat balon bergerak turun. al ini dikarenakan balon lebih besar dari pada masa udara disekitar balon tersebut =udara luar>. Se)ara sistematis dapat ditulis7
%.8 Saran Dari penelitian diatas, penulis menyarankan7 a. 9arena pembahasan ukum (r)himedes termasuk banyak maka bagi para akademis yang
menempuh studi dan membahas tentang ukum (r)himedes haruslah belajar dan mendalami materi ukum (r)himedes. b. *agi para pengajar, materi ini dapat disampaikan karena merupakan dasar dalam pembelajaran +isika
DAFTAR PUSTAKA
(bdullah -ikrajuddin. 8""&. $%&%&%' K*%+ -**K% /%%0 *. *andung. IT* ikmat. 8""#. 120K*%+%' -**K% 33 -3*1%. *andung. 6PI 9anginan, -arthen. 8""&. -**K% '&K 3% K2% *4 232&20 5. :akarta7 4rlangga
