CATATAN BELAJAR HUKUM ARCHIMEDES

Daftar Isi:

1. Hukum Archimedes
2. Konsep Gaya Apung
3. Cara Menghitung Gaya Apung dari Bagian Volume Benda yang Tercelup
4. Cara Menghitung Gaya Apung dari Selisih Berat Benda di Udara dan di dalam Zat Cair
5. Syarat Benda Terapung, Melayang, dan Tenggelam
6. Cara Menghitung Massa Jenis Benda yang Terapung
7. Penerapan Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-hari
8. Contoh Soal Hukum Archimedes dan Penyelesaiannya
9. Latihan Soal Hukum Archimedes

1.   Hukum Archimedes

Hukum Archimedes ditemukan ketika Archimedes diminta untuk memecahkan masalah dari Raja di Syracuse, bernama Raja Hieron II. Archimedes diminta oleh sahabatnya tersebut untuk memastikan bahwa mahkota barunya terbuat dari emas murni tanpa merusaknya.

Akhirnya, masalah ini terpecahkan ketika Archimedes masuk ke dalam bak mandi. Beliau menyadari bahwa ada sebagian air yang tumpah, dan banyaknya air yang tumpah tersebut sama dengan berat badannya yang masuk ke dalam bak mandi. Dan kejadian ajaib terjadi, Bapak Archimedes langsung berlarian dalam keadaan telanjang sambil berteriak “Eureka (Aku menemukannya)!”. Selanjutnya, hal tersebut dikenal dengan Hukum Archimedes yang berbunyi:

Bunyi Hukum Archimedes

2.   Konsep Gaya Apung

Ketika kamu masuk ke dalam kolam renang yang tentunya berisi air, kamu akan merasakan tubuh lebih ringan. Hal ini dikarenakan ada gaya ke atas yang mendorong tubuhmu. Gaya ke atas yang dirasakan ini merupakan gaya apung. 

Gambar ilustrasi gelas berpancuran berisi air

 Sebuah gelas berpancuran berisi suatu zat cair seperti pada gambar di atas. Jika kamu memasukkan sebuah telur ke dalam gelas berpancuran, maka akan ada zat cair yang tumpah atau mengucur karena volume telur mengisi atau menggantikan ruang zat cair di gelas berpancuran tersebut. Dengan kata lain, air yang mengucur ini volumenya sama dengan volume dari bagian telur yang tercelup.

Volume air yang dipindahkan sebesar 10 mL

Dari volume zat cair yang mengucur itu kita dapat mengetahui besar dari gaya apung yang bekerja pada telur. Dengan kata lain, gaya apung sebanding dengan volume zat cair yang dipindahkan. Karenanya, untuk memperbesar gaya apung (massa benda dibuat tetap) dapat dilakukan dengan cara memperbesar volume benda tersebut.

 

3.  Cara Menghitung Gaya Apung dari Bagian Volume Benda yang Tercelup

Berdasarkan Hukum Archimedes, gaya apung benda tercelup sama besarnya dengan berat zat cair yang dipindahkan. Jika diilustrasikan sama dengan gambar berikut:

Besar gaya apung = berat zat cair yang dipindahkan

Berat zat cair yang berpindah (mengucur) ke gelas ukur merupakan besar dari gaya apung. Berat airnya bisa diukur dengan menggunakan neraca digital atau neraca analog. Bagaimana jika tidak ada neraca? Berat zat cair tersebut bisa diketahui dari nilai volume zat cair yang dipindahkan atau volume benda yang tercelup di dalam air (V_BC). Secara matematis, dituliskan seperti ini:

Rumus gaya apung berdasarkan berat zat cair yang dipindahkan

4.   Cara Menghitung Gaya Apung dari Selisih Berat Benda di Udara dan di dalam Zat Cair

Gaya apung suatu benda dapat diketahui dengan cara menghitung selisih berat benda yang diukur di udara dan berat benda diukur di dalam zat cair. Berat benda bisa diukur dengan menggunakan neraca pegas. Kurang lebih seperti ini ilustrasinya:

Besar gaya apung berdasarkan berat benda di udara dan di dalam zat cair

Ketika benda diukur di udara (w_u) dan diukur di dalam zat cair (w_zc), beratnya berkurang. Berat yang hilang ini merupakan gaya angkat ke atas atau gaya apung yang dirasakan oleh benda tersebut. Berdasarkan gambar ilustrasi di atas, besarnya gaya apung adalah 0,1 N. Secara matematis, gaya apung dengan cara ini dituliskan sebagai berikut:

Rumus gaya apung berdasarkan pengukuran berat benda di udara dan di dalam zat cair

5.   Syarat Benda Terapung, Melayang, dan Tenggelam

Ketika suatu benda dimasukkan ke dalam zat cair, benda tersebut akan mengalami salah satu dari 3 keadaan berikut, yaitu terapung, melayang, dan tenggelam. Keadaan ini berkaitan dengan massa jenis antara benda dan zat cair yang digunakan. Syarat keadaan terapung, melayang, dan tenggelam, yaitu:

1)    Terapung

Keadaan terapung adalah keadaan ketika ada bagian benda yang muncul ke permukaan zat cair atau berada di atas permukaan zat cair meskipun hanya sedikit.

Syarat benda terapung

 Syarat benda terapung adalah jika massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair.

2)    Melayang

Keadaan melayang adalah keadaan ketika seluruh bagian benda berada di dalam permukaan zat cair, namun tidak mencapai dasar wadah tempat menampung zat cair tersebut.

Syarat benda melayang

Syarat benda melayang adalah jika massa jenis benda sama besar dengan massa jenis zat cair. 

3)    Tenggelam

Keadaan tenggelam adalah keadaan ketika seluruh bagian benda berada di dalam permukaan zat cair dan mencapai dasar wadah tempat menampung zat cair tersebut.

Syarat benda tenggelam

Syarat benda tenggelam adalah jika massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis zat cair.

 

6.   Cara Menghitung Massa Jenis Benda yang Terapung

Jika suatu benda yang tidak diketahui massa jenisnya, kemudian dicelupkan ke dalam suatu zat cair yang diketahui massa jenisnya. Jika benda tersebut terapung di dalam zat cair itu, maka cara menghitung massa jenis bendanya adalah seperti ini:

Ilustrasi es terapung

Ketika benda diam terapung di suatu zat cair, resultan gaya luar benda sistem tersebut adalah 0 (nol). Secara sistematis, dituliskan seperti ini:

Rumus mencari massa jenis benda yang terapung di dalam zat cair (yang diketahui massa jenisnya)

Dari persamaan di atas, dapat digunakan untuk mencari massa jenis benda dengan syarat massa jenis zat cair diketahui. Begitu juga sebaliknya, dapat digunakan untuk menghitung massa jenis zat cair jika massa jenis benda diketahui.

 

7.   Penerapan Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-hari

Dalam kehidupan sehari-hari, Hukum Archimedes memiliki peran yang penting khususnya dalam alat transportasi massal. Beberapa contoh teknologi yang menerapakan Hukum Archimedes, yaitu:

1)   Kapal Laut

Kapal laut dan jenis-jenis kapal lainnya memanfaatkan Hukum Archimedes. Kapal dibentuk memiliki lambung kapal yang luas (sebagian besar berisi udara) agar volume kapal jauh lebih besar dibandingkan massa total kapal tersebut. Sehingga kapal mendapat gaya apung lebih yang cukup besar. Namun jika massa total kapal bertambah, yang artinya massa jenis total kapal pun bertambah besar. Jika seluruh bagian rongga atau ruang udara terisi penuh, misalnya terjadi kebocoran dan sampai pada titik dimana massa jenisnya lebih besar dari massa jenis air laut, maka kapal akan tenggelam ke dasar. Pada saat ini, gaya apung yang bekerja pada kapal laut lebih kecil dibandingkan berat total kapal laut.

2)   Kapal Selam

Kapal selam dirancang khusus agar dapat terapung, melayang, dan tenggelam bergantung pada kebutuhan. Di dalam kapal selam terdapat ruang kosong disebut tangki pemberat pada bagian lambungnya. Kapal selam akan diisi air untuk menambah massa total kapal selam sehingga massa jenisnya bertambah pula dan kapal dapat melayang atau tenggelam. Sebaliknya, air pada lambung kapal selam harus dibuang untuk mengurangi massa jenisnya sampai mencapai angka tertentu sehingga dapat terapung. 

3)   Galangan Kapal

4)   Jembatan Ponton

5) Balon Udara

8.   Contoh Soal Hukum Archimedes dan Penyelesaiannya

1)    Sebuah benda terapung di dalam suatu zat cair. Sebesar 60% bagian dari volume benda berada di dalam zat cair tersebut. Jika massa jenis zat cair adalah 0,8 g/cm³, maka besar massa jenis benda tersebut adalah....

Penyelesaian contoh soal nomor 1

2)    Sebuah telur ditimbang di udara beratnya adalah. Ketika dimasukkan ke dalam air beratnya menjadi. Berapakah besar gaya apung yang diterima telur?

Gambar ilustrasi contoh soal Hukum Archimedes

Penyelesaian contoh soal nomor 2

9.   Latihan Soal Hukum Archimedes

1) Sebuah telur dimasukkan ke dalam gelas pancuran berisi air berada dalam keadaan melayang. Jika massa jenis air 1000 kg/m³ dan volume air yang tumpah adalah 40 ml, maka besar gaya angkat ke atas yang dialami telur tersebut adalah....

Ilustrasi latihan soal gaya apung

2)  Tiga buah kubus yang volumenya sama dimasukkan ke dalam wadah berisi air seperti gif di bawah ini. Urutkan massa jenis kubus dari yang terbesar hingga terkecil!

Ilustrasi latihan soal terapung, melayang, dan tenggelam

Silakan tulis jawabannya di kolom komentar ya و( ᐛ )و

  Sekian catatan belajar materi Hukum Archimedes. Semoga bermanfaat (و •̀ ᴗ•́ )و 

CATATAN BELAJAR HUKUM PASCAL

Daftar Isi:

1. Konsep Bejana Berhubungan
2. Rumus Bejana Berhubungan
3. Konsep Hukum Pascal
4. Rumus Hukum Pascal
5. Contoh Soal Bejana Berhubungan
6. Contoh Soal Hukum Pascal
7. Konsep Bejana Berhubungan Terdengar Asing, Emangnya Ada Manfaatnya di Kehidupan yang Fana ini?
8. Pusing Belajar Hukum Pascal, Manfaatnya Apa sih di Kehidupan Santuyku?
9. Latihan Soal Bejana Berhubungan dan Hukum Pascal

1. Konsep Bejana Berhubungan

Bejana berhubungan adalah dua atau lebih wadah dengan bentuk berbeda yang saling terhubung berisi zat cair yang homogen atau sama. Bejana berhubungan diilustrasikan sebagai berikut:

Permukaan zat cair dalam bejana berhubungan membentuk garis mendatar

Bejana berhubungan merupakan sebuah fenomena tekanan hidrostatis yang terjadi pada sebuah bejana berhubungan. Bunyi dari Hukum Bejana Berhubungan, yaitu:

Bunyi Hukum Bejana Berhubungan

Jika bejana berhubungan dimiringkan ke kanan dan ke kiri dan kemudian mencapai keadaan setimbang, maka permukaan zat cair akan tetap berada pada satu garis lurus (sejajar) seperti ilustrasi di bawah ini.

Permukaan zat cair membentuk garis mendatar atau lurus

Hukum bejana berhubungan tidak berlaku, jika:

1)  Tekanan di atas bejana tidak sama (ada salah satu atau lebih lubang wadah ditutup).

2) Diisi dengan 2 atau lebih zat cair yang berbeda (massa jenis zat cair berbeda).

3) Digoyang-goyangkan secara terus-menerus (tidak berada dalam keadaan setimbang).

4) Salah satu bejana atau wadah dihubungkan dengan pipa kapiler (pipa yang ukurannya jauh lebih kecil dibanding wadah lainnya). Misalnya, diantara wadah lain yang ukurannya setara ague botol 1,5L, pipa kapiler ini sebesar sedotan ague gelas. 

Jika keempat hal di atas terjadi, maka tinggi permukaan air tidak akan berada satu garis lurus/sejajar atau membentuk satu bidang datar. Sebagai contoh poin 2 jika bejana berhubungan diisi dengan zat cair yang tidak homogen alias beda, minyak dan air misalnya, maka bentuknya kurang lebih akan seperti ini.

Pipa U diisi 2 zat cair dengan massa jenis yang berbeda

Mengapa minyak lebih tinggi, bukannya air? Alasannya adalah karena massa jenis minyak lebih kecil dibandingkan massa jenis air, yaitu 800kg/m³ dan 1000kg/m³.

 

2. Rumus Bejana Berhubungan

Pada bejana berhubungan dengan bentuk pipa U, jika kedua pipa diisi dengan jenis zat cair yang berbeda massa jenisnya maka tinggi salah satu sisi pipa akan berbeda seperti berikut ini:

Keadaan air di pipa U setelah ditambahkan minyak

Perhatikan garis putus-putus X berwarna merah pada gambar ilustrasi di atas, pada batas kedalaman itu, baik di pipa 1 dan pipa 2, besar tekanan hidrostatis adalah sama. Sehingga, secara matematis tekanan bejana berhubungan dirumuskan menjadi seperti ini:

Rumus bejana berhubungan berisi 2 jenis zat cair yang berberda

3. Konsep Hukum Pascal

Pada zaman dahulu kala, Bapak Blaise Pascal mencetuskan Hukum Pascal, yang berbunyi:

Bunyi Hukum Pascal

 

Bunyi Hukum Pascal jika diilustrasikan kurang lebih akan menjadi seperti gif bola berisi air di bawah ini:

Tekanan air diteruskan ke segala arah dengan besar tekanan yang sama

Tekanan dari air diteruskan ke segala arah kulit balon dengan nilai tekanan yang sama besar. Jika besar tekanan yang menekan sisi kiri kulit balon adalah P, maka besar tekanan yang menekan sisi kulit balon di kanan, atas, dan bawah adalah P juga.

 

4. Rumus Hukum Pascal

Jika Prinsip Bejana Berhubungan kolab dengan Hukum Pascal, maka selama tekanan di atas bejana sama dan diisi dengan zat cair yang sama, dalam keadaan setimbang, serta tidak ada pipa kapiler nyempil. Maka tekanan di tiap sisi bejana atas kanan, kanan, kiri, tikungan adalah sama besar nilainya. Diilustrasikan oleh gif di bawah ini:

Penerpan Hukum Pascal pada pipa U

 

Gif berisi kocheng di atas adalah bejana berhubungan berbentuk pipa U. Pipa 1 dengan luas penampang sebesar A1 ditekan dengan tangan, pipa 2 dengan luas penampang sebesar A2 diduduki kocheng. Ketika penampang A1 ditekan, maka penampang A2 akan mendapat tekanan yang nilainya sama besar dengan tekanan yang diberikan pada A1. Sehingga, penampang A2 yang  diduduki kocheng akan naik ke atas. Ingat di kasus ini berlaku Hukum Pascal, kalau lupa baca lagi. Sehingga jika dituliskan secara matematis, maka dirumuskan sebagai berikut:

Rumus Hukum Pascal

5. Contoh Soal Bejana berhubungan

Sebuah bejana berhubungan awalnya berisi raksa, kemudian ditambahkan air ke dalamnya. Massa jenis raksa dan air berurut-turut adalah 13.600 kg/m³ dan 1000 kg/m³. Raksa mengisi pipa sebelah kiri setinggi 10 cm dari titik batas air dan raksa, maka tinggi air pada pipa sebelah kanan dari titik batas air dan raksa adalah....

Contoh soal bejana berhubungan air dan raksa

Penyelesaian

 

6. Contoh Soal Hukum Pascal

Sebuah bejana berbentuk U diisi dengan zat cair. Penampang pipa 1 yang luasnya 4 cm² ditekan dengan gaya 20 N. Jika luas penampang pipa 2 adala 10 cm², maka berapakah beban kucing pada penampang pipa 2?

Contoh soal Hukum Pascal

Penyelesaian

7. Konsep Bejana Berhubungan Terdengar Asing, Emangnya Ada Manfaatnya di Kehidupan yang Fana ini?

Secara tidak disadari, kebanyakan memang tidak sadar, konsep bejana berhubungan banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari.

1)   Waterpass

Waterpass adalah alat yang digunakan oleh tukang bangunan untuk mengecek kedataran suatu permukaan bagian bangunan. Misalnya digunakan dalam pemasangan ubin rumah agar permukaan lantai mendatar.

Sumber: dokumentasi daftarharga(dot)biz

Jika rumahmu sedang dibangun, coba dekati pekerjanya dan bisikan kata-kata semangat. Coba minta diperlihatkan waterpass, amati bagaimana bentuknya dan cara pemakaiannya secara langsung dari ahlinya.

2)   Teko Air

Cobalah ke dapur dan cari teko seperti gambar di bawah ini. Jika ketemu, selamat kamu menemukan salah satu penerapan konsep bejana berhubungan dalam hidupmu.

Sumber: dokumentasi pribadi catatan-catatanbelajar.blogspot.com

Teko didesain sedemikian rupa sehingga mulut teko lebih tinggi daripada wadah utama tempat menampung air agar permukaan air di dalam di mulut teko sama tinggi. Tidak boleh lebih rendah, mengapa? Karena agar air tidak mengucur tumpah lewat mulut teko.

3)   Tempat Penampungan Air

Coba tanyakan kepada orang tua kalian, adakah tempat penampunyan air seperti gentong besar yang biasanya di pasang di atap rumah kalian? Jika ada, selamat kalian telah menggunakan konsep bejana berhubungan dalam kehidupan kalian.

Tempat penampungan air biasanya disimpan di tempat yang tinggi, bahkan ada yang disimpan di atap rumah, karena bertujuan untuk lebih mudah dalam mengalirkan air ke penampungan atau bak mandi atau sejenisnya dengan pancaran air yang cukup kuat.

 

8. Pusing Belajar Hukum Pascal, Manfaatnya Apa sih di Kehidupan Santuyku?

Penerapan dari Hukum Pascal banyak digunakan dalam sistem hidrolik, yaitu teknologi yang memanfaatkan tekanan zat cair sebagai media penggerak sistem, seperti oli. Beberapa contoh teknologi yang menerapkan Hukum Pascal, yaitu: dongkrak hidrolik, pompa hidrolik, rem hidrolik, mesin hidrolik pengangkat mobil, press hidrolik, tensimeter.

 

9. Latihan Soal Bejana Berhubungan dan Hukum Pascal

1)    Sebuah bejana berhubungan awalnya berisi air, kemudian ditambahkan minyak ke dalamnya. Air mengisi pipa sebelah kiri dari titik batas air dan minyak setinggi 12 cm, sedangkan tinggi minyak tanah dari titik batas air dan minyak pada pipa sebelah kanan adalah 15 cm. Jika massa jenis air berurut-turut adalah 1000 kg/m³, maka massa jenis minyak tanah adalah....

Soal latihan bejana berhubungan berisi air dan minyak tanah

2)    Sebuah kucing sedang rebahan di atas penampang yang luasnya A₂ = 20 cm². Jika berat kucing adalah 60N, maka besar gaya yang harus diberikan pada piston yang luas penampangnya A₁ = 6 cm² adalah....

Soal latihan Hukum Pascal

Silakan tulis jawabannya di kolom komentar ya و( ᐛ )و

  Sekian catatan belajar materi tekanan pada zat padat. Semoga bermanfaat (و •̀ ᴗ•́ )و