The Learning university
PERCOBAAN HUKUM ARCHIMEDES
Disusun Oleh : SILFIA DWI ANANDA/120351402784/Kelompok 2
Prodi Pendidikan IPA UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
SEMESTER GASAL 2013/2014
PERCOBAAN HUKUM ARCHIMEDES
I.
Hari dan Tanggal Percobaan
Rabu, 10 September 2013 II. Rumusan Masalah
1. Bagaimanakah hubungan antara massa benda dengan gaya keatas (gaya Archimedes)? III. Tujuan percobaan
1. Membuktikan fenomena hukum Archimedes 2. Menentukan hubungan massa benda dengan gaya Archimedes
IV. Alat dan Bahan
1. Neraca Pegas 2. Botol mineral bekas 3. Gelas Plastik 4. 5 Macam batu 5. Air 6. Benang Kasur 7. Sedotan 8. Plastisin
V. Langkah Kerja
1. Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan 2. Menyusun rangkaian alat percobaan 3. Menimbang masing-masing massabatu di udara 4. Mencatat hasil pengukuran 5. Memasukkan batu ke dalam air yang ada dalam botol mineral 6. Menimbang massabatu di dalam air 7. Mencatat hasil pengukuran 8. Menimbang massaair yang tumpah ke dalam plastic 9. Mencatat hasil pengukuran 10. Mengulangi percobaan memvariasi massabatu
VI. Data Pengamatan
Masa Benda (gr)
Nomor
Gaya Apung (Fa)
MassaAir yang Dipindahkan
Benda
Di udara (Wu)
Dalam air (Wa)
(N)
1
50
20
30
30
2
130
70
60
50
3
230
140
90
80
4
240
140
100
80
5
440
250
190
190
(gr)
*Ket: Fa = Wu-Wa VII. Kesimpulan data
Data yang dapat kami peroleh dalam praktikum percobaan hukum Archimedes adalah 1. Pada percobaan pertama massa batu di udara adalah 50 gr, ketika batu dimasukkan kedalam botol yang berisi air, massabatu berubah menjadi 20 gr, dan massa air yang tumpah ketika batu dimasukkan kedalam botol adalah 30 gr. 2. Pada percobaan kedua massa batu di udara adalah 130 gr, ketika batu dimasukkan kedalam botol yang berisi air, massabatu berubah menjadi 70 gr, dan massa air yang tumpah ketika batu dimasukkan kedalam botol adalah 50 gr.
3. Pada percobaan ketiga massabatu di udara adalah 230 gr, ketika batu dimasukkan kedalam botol yang berisi air, massa batu berubah menjadi 140 gr, dan massa air yang tumpah ketika batu dimasukkan kedalam botol adalah 80 gr. 4. Pada percobaan pertama massabatu di udara adalah 240 gr, ketika batu dimasukkan kedalam botol yang berisi air, massabatu berubah menjadi 140 gr, dan massa air yang tumpah ketika batu dimasukkan kedalam botol adalah 80 gr. 5. Pada percobaan pertama massabatu di udara adalah 440 gr, ketika batu dimasukkan kedalam botol yang berisi air, massabatu berubah menjadi 250 gr, dan massaair yang tumpah ketika batu dimasukkan kedalam botol adalah 190 gr.
Secara sederhana telah diketahui bahwa Fa = W benda yang tercelup. Pembuktian dari hasil percobaan dapat digunakan melalui penghitungan sebagai berikut; 1) Percobaan benda 1 Berat
benda di udara (Wu)
mu = 50 gr = 0,05 kg Wu = mu x g = 0,05 kg x 10 m/s2 = 0,5 N
Berat benda di air (Wa) ma = 20 gr = 0,02 kg Wa = ma x g = 0,02 kg x 10 m/s2 = 0,2 N
Berat air yang di pindahkan (W air ) mair
=
30 gr = 0,03 kg
Wair = mair x g = 0,03 kg x 10 m/s2 = 0,3 N Sehingga: Gaya
ke atas dari air (Fa)
Fa = Wu – Wa Fa = 0,5 N – 0,2 N Fa = 0,3 N
Hubungan Fa dengan W air Fa = Wair 0,3 N = 0,3 N Selisih Fa dengan Wair
Fa - Wair 0,3 N -0,3N = 0 Ralat selisih Fa dengan W air
jadi, nilai Fa = 0,3 N dan W air = 0,3 N dengan ralat hubungan antara keduanya sebesar
2) Percobaan benda 2 Berat
benda di udara (Wu)
mu = 130 gr = 0,13 kg Wu = mu x g = 0,13 kg x 10 m/s2 = 1,3 N Berat
benda di air (Wa)
ma = 70 gr = 0,07 kg Wa = ma x g = 0,07 kg x 10 m/s2 = 0,7 N Berat
mair
=
air yang di pindahkan (W air ) 50 gr = 0,05 kg
Wair = mair x g = 0,05 kg x 10 m/s2 = 0,5 N Gaya
keatas dari air
Fa = Wu – Wa Fa = 1,3 N – 0,7 N Fa = 0,6 N Hubungan Fa dengan W air
Fa
= Wair
0,6 N = 0,5 N Selisih Fa dengan Wair Fa - Wair 0,6 N -0,5N = 0,1 Ralat selisih Fa dengan W air
jadi, nilai Fa = 0,6 N dan W air = 0,5 N dengan ralat hubungan antara keduanya sebesar
3) Percobaan benda 3 Berat
benda di udara (Wu)
mu = 230 gr = 0,23 kg Wu = mu x g = 0,23 kg x 10 m/s2 = 2,3 N Berat
benda di air (Wa)
ma = 140 gr = 0,14 kg Wa = ma x g = 0,14 kg x 10 m/s2 = 1,4 N Berat
air yang di pindahkan (W air )
mair
=
80 gr = 0,08 kg
Wair = mair x g = 0,08 kg x 10 m/s2 = 0,8 N Sehingga:
Gaya keatas dari air (Fa)
Fa = Wu – Wa Fa = 2,3 N – 1,4 N Fa = 0,9 N
Hubungan Fa dengan W air
Fa = Wair 0,9 N = 0,8 N Selisih Fa dengan Wair Fa - Wair 0,9 N -0,8N = 0,1 Ralat selisih Fa dengan W air
jadi, nilai Fa = 0,9 N dan W air = 0,8 N dengan ralat hubungan antara keduanya sebesar
4) Percobaan benda 4
Berat benda di udara (Wu) mu = 240 gr = 0,24 kg Wu = mu x g = 0,24 kg x 10 m/s2 = 2,4 N
Berat benda di air (Wa) ma = 140 gr = 0,14 kg Wa = ma x g = 0,14 kg x 10 m/s2 = 1,4 N
Berat air yang di pindahkan (W air ) mair
=
80 gr = 0,08 kg
Wair = mair x g = 0,08 kg x 10 m/s2 = 0,8 N Sehingga: Gaya
keatas dari air Fa = Wu – Wa Fa = 2,4 N – 1,4 N Fa = 1 N
Hubungan Fa dengan W air
Fa = Wair 1 N = 0,8 N Selisih Fa dengan Wair Fa - Wair 1 N -0,8N = 0,2 Ralat selisih Fa dengan W air
jadi, nilai Fa = 1 N dan Wair = 0,8 N dengan ralat hubungan antara keduanya sebesar 5) Percobaan pada benda 5 Berat
benda di udara (Wu)
mu = 440 gr = 0,44 kg Wu = mu x g = 0,44 kg x 10 m/s2 = 4,4 N
Berat benda Ma = 250 di air
gr = 0,25 kg Wa = ma x g = 0,25 kg x 10 m/s2 = 2,5 N
mair
Berat air yang di pindahkan =
190 gr = 0,19 kg
Wair = mair x g = 0,19 kg x 10 m/s2 = 1,9 N Sehingga:
Gaya keatas dari air
Fa = Wu – Wa Fa = 4,4 N – 2,5N Fa = 1,9 N
Hubungan Fa dengan W air
Fa = Wair 1,9 N = 1,9 N Selisih Fa dengan Wair Fa - Wair 1,9 N -1,9 N = 0 Ralat selisih Fa dengan W air
jadi, nilai Fa = 1,9 N dan W air = 1,9 N dengan ralat hubungan antara keduanya sebesar
VIII.
Pembahasan
Berdasarkan hasil percobaan kami, dapat diketahui bahwa ternyata gaya apung sama dengan massabenda di udara dikurangi dengan massabenda di dalam air. Besarnya gaya apung ini bergantung pada banyaknya air yang didesak oleh benda tersebut. Semakin besar air yang didesak maka semakin besar pula gaya apungnya. 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. Fenomena ini di kenal dengan 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 massazat cair yang dipindahkan.
= dengan:
= gaya apung atau gaya ke atas (N) = gaya massabenda di udara (N) = gaya massabenda di dalam air (N) Dari hukum Archimedes tersebut dapat diketahui 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 = massaair yang tumpah (massaair yang tumpah = w = m x g = massajenis air x volume air yang tumpah x percepatan gravitasi). Volume air yang tumpah = volume benda yang tercelup dalam air. Pada gambar di samping, tampak sebuah benda melayang di dalam air. 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).
Besarnya tekanan fluida pada kedalamana h 2 adalah :
Besarnya tekanan fluida pada kedalamana h 1 adalah :
Dengan : F2 = gaya yang diberikan oleh fluida pada bagian bawah benda, F1 = gaya yang diberikan oleh fluida pada bagian atas benda, A = luas permukaan benda. Selisih antara F2 dan F1 merupakan gaya total yang diberikan oleh fluida pada benda, yang kita kenal dengan istilah gaya apung. Besarnya gaya apung adalah
( ) – ( ) ( ) Keterangan :
= Massajenis fluida G= Percepatan gravitasi V= Volume benda Karena
Maka persamaan yang menyatakan besarnya gaya apung (Fapung) di atas bisa kita tulis menjadi :
mFg = wF = massafluida yang memiliki volume yang sama dengan volume benda yang tercelup. Berdasarkan persamaan di atas, kita bisa mengatakan bahwa gaya apung pada benda sama dengan massa 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, penulis menggunakan ilustrasi di mana semua bagian benda tercelup dalam fluida (air). Jika dinyatakan dalam gambar maka akan tampak sebagai berikut : Secara sistematis, hukum archimedes dapat ditulis sebagai berikut :
g = gaya angkat ke atas pada benda (N) = massa jenis zat cair (kg/ ) Va = volume zat cair yang terdesak ( ) g = percepatan gravitasi bumi (m/ ) Berdasarkan rumus Fa = ρ g V atau Fa = m g, dapat disimpulkan bahwa Fa (gaya angkat ke atas) sebanding atau sama dengan berat fluida yang dipindahkan atau berat air yang tumpah apabila dikaitkan dengan percobaan. Namun data yang dihasilkan dalam percobaan adalah sebagai berikut, Gaya apung Fa
Massa air yang
(N)
dipindahkan (gr)
0,3
30
0,6
50
0,9
80
1,0
80
1,9
190
Tabel di atas merupakan tabel dari data praktikum, dimana terjadi kekeliruan atau ketidaksamaan antara gaya angkat ke atas dengan berat fluida. Kekeliruan tersebut dapat terjadi karena beberapa hal beberapa hal, antara lain (1) Jarum penunjuk pada neraca pegas tidak tepat menunjuk pada angka nol, (2) Air yang keluar tidak mengalir dengan lancar (ada sedikit sumbatan pada sedotan) atau karena terdapat kebocoran plastisin, (3) Batas pengisian air sebelum dimasuki batu, belum tepat pada garis bawah lubang sedotan, (4) kesalahan pembacaan karena posisi pengamat kurang tegak lurus terhadap jarum neraca pegas.
Hasil percobaan yang telah dilakukan dengan rincian hasil perhitungan pada kesimpulan data sebagai berikut: a.
Dari perhitungan A (Perhitungan percobaan pada beban 1) jelas bahwa nilai dari gaya ke atas ( Fa=0.3 N) dan nilai dari berat air yang dipindahkan (W air =0.3 N ) dengan dengan ralat sebesar 0 % , hasil ini membuktikan bahwa beratnya zat cair yang dipindahkan adalah sama besarnya dengan gaya ke atas.
b.
Dari perhitungan B (Perhitungan percobaan pada beban 2) bahwa nilai dari gaya keatas ( F a=0.6 N) dan nilai dari berat air yang dipindahkan (Wa=0.5 N ) dengan ralat sebesar 16,66 % yang membuktikan bahwa beratnya zat cair yang dipindahkan adalah mendekati sama besarnya dengan gaya keatas. Kesalahan B ini Fa > Wa terjadi karena bisa disebabkan kesalahan. kami dalam membaca hasil pengukuran berat zat cair yang dipindahkan yang tidak kurang benar.
c.
Dari perhitungan C (Perhitungan percobaan pada beban 3 ) bahwa nilai dari gaya keatas ( F a=0,9 N) dan nilai dari berat air yang dipindahkan (Wa=0,8N ) dengan ralat selisih sebesar 11,11 % yang membuktikan bahwa beratnya zat cair yang dipindahkan adalah lebih mendekati sama besarnya dengan gaya keatas. Kesalahan C ini Fa > Wa terjadi karena bisa disebabkan kesalahan kami dalam membaca hasil pengukuran berat zat cair yang dipindahkan yang tidak benar, ketika sebelum melakukan penimbangan angka yang ditunjukkan pada neraca pegas tidak tepat pada angka 0. hal itulah yang kemungkinan tejadi juga pada percobaan beban ke 2
d.
Dari perhitungan D ( Perhitungan percobaan pada beban 4) sangat jelas bahwa nilai dari gaya keatas ( Fa = 1,0 N) dan nilai dari berat air yang dipindahkan ( Wair = 0.8 N ) dengan ralat selisih sebesar 20% yang membuktikan bahwa beratknya zat cair yang dipindahkan adalah agak jauh berbeda dengan gaya ke atas.Kesalahan D ini Fa > Wair
terjadi
disebabkan kebocoran lubang antara botol dan sedotan karena plastisin yang tidak menempel dengan rapat.. e.
Dari perhitungan F ( pergitungan percobaan pada beban 5) tebukti bahwa gaya keatas sama dengan berat air yang dipindahkan yaitu Fa = W air = 1,9 dari perhitungan F ini dapat dilihat secara jelas yang sesuai dengan hubungan antara gaya ke atas dengan berat zat cair yang dipindahkan adalah mempunyai nilai yang sama besar (Fa = W air ). Meskipun pada beban 2, beban 3,dan beban 4. Terdapat perbedaan yang tidak jauh berbeda antara Wa dengan Fa tetapi hal tersebut dianggap sebanding,sehingga didapat hubungan antara keduanya yaitu W air = Fa.
