Makalah fisika mengenai hukum archimedes

Kata Pengantar

Assalamualaikum wr.wb

       Puji syukur kami panjatkan kepada Allah SWT. Karena rahmat dan ridhoNya kami dapat menyelesaikan makalah Fisika  mengenai Hukum Archimedes ini  sesua dengan waktu yang twlah di tentukan . salawat serta  salam tak lupa kami curahkan kepada Baginda Rasulullah SAW, sebagai suri tauladan yang pantas kita ikuti jejeknya dan kesehariannya.

    Tak lupa pula kami ucapkan banyak terimah kasi kepada bapak/ibu guru yang selalu memberi bimbingan kwpada kami

    Mohon maaf yang sebesar-besarnya karna dalam penyusunan makalah ini masaih banyak kekurangan . oleh karna itu saya mengharapkan saran atau masukan yang sifatnyan  tmembangun

     Mudah-mudahan makalah ini dapat bermanfaat bagi kita semua terkhususnya bagi saya . amin……

Wassalamualaikum wr.wb

Marloangin,    Maret 2010

                                                                                                                           Akhmad rizal

Daftar Isi

Kata Pengantar …………………………………………………………………………………………….                1

Daftar Isi ……………………………………………………………………………………………………                 2

Pendahuluan ………………………………………………………………………………………………                      4

    . Hukum Archimedes  …………………………………………………………………………….               10

             a. Prinsip Hukum Archimedes …………………………………………………………………..                 11

             b. Mengapung, Melayang dan Tenggelam …………………………………………………….                     13

             c. Konsep Mengapung, Melayang dan Tenggelam ..………………………………………….                    16

             d. Penerapan Hukum Archimedes ………………………………………………………………                     16

                      Kapal Laut ……………………………………………………………………………………               17

                      Kapal Selam …………………………………………………………………………………                18

Kesimpulan  ………………………………………………………………………………………………..                      27

Pendahuluan

I.            LATAR BELAKANG MASALAH

Ilmu yang mempelajari gejala alam disebut sains. Sains berasal dari kata Latin yang berarti mengetahui. Sains terbagi atas beberapa cabang ilmu, diantaranya adalah fisika. Fisika mempelajari gejala-gejala alam seperti gerak, kalor, cahaya, bunyi, listrik, dan magnet. Semua gejala ini berbentuk energi. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa fisika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara materi dan energi.

Perubahan global berlangsung cukup cepat menempatkan fisika sebagai salah satu ilmu pengetahuan yang merupakan tulang punggung teknologi terutama teknologi manufaktur dan teknologi modern. Teknologi modern seperti teknologi informasi, elektronika, komunikasi, dan teknologi transportasi memerlukan penguasaan fisika yang cukup mendalam.

Salah satu visi pendidikan sains adalah mempersiapkan sumber daya manusia yang handal dalam sains dan teknologi serta memahami lingkungan sekitar melalui pengembangan keterampilan berpikir, penguasaan konsep esensial, dan kegiatan teknologi. Kompetensi rumpun sains salah satunya adalah mengarahkan sumber daya manusia untuk mampu menerjemahkan perilaku alam.

Salah satu fenomena alam yang sering ditemukan adalah fenomena fluida. Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air dan zat gas seperti udara dapat mengalir. Zat padat seperti batu atau besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Air merupakan salah satu contoh zat cair. Masih ada contoh zat cair lainnya seperti minyak pelumas, susu, dan sebagainya. Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain.

Fenomena fluida statis (fluida tak bergerak) berkaitan erat dengan tekanan hidraustatis. Dalam fluida statis dipelajari hukum-hukum dasar yang berkaitan dengan konsep tekanan hidraustatis, salah satunya adalah hukum Pascal dan hukum Archimedes. Hukum Pascal diambil dari nama penemunya yaitu Blaise Pascal (1623-1662) yang berasal dari Perancis. Sedangkan hukum Archimedes diambil dari nama penemunya yaitu Archimedes (287-212 SM) yang berasal dari Italia.

Hukum-hukum fisika dalam fluida statis sering dimanfaatkan untuk kesejahteraan manusia dalam kehidupannya, salah satunya adalah prinsip hukum Pascal dan prinsip hokum Archimedes. Namun, belum banyak masyarakat yang mengetahui hal tersebut. Oleh karena itu, diperlukan studi yang lebih mendalam mengenai hukum Pascal dan hokum Archimedes serta penerapannya dalam kehidupan

II.            RUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang di atas dapat di rumuskan masalah sebagai berikut:

1. Apa yang dimaksud hokum Archimedes dalam sistem fluida statis?
2. Bagaimana cara menuliskan persamaan hokum Archimedes?
3. Bagaimana penerapan hukum Archimedes dalam sistem fluida statis?

III.            TUJUAN MAKALAH

Tujuan dari penulisan makalah ini adalah

1.       Mengetahui pengertian hukum Archimedes

2.       Mengetahui cara menuliskan persamaan hukum Archimedes

3.        Mengetahui penerapan hukum Archimedes dalam sistem fluida statis.

IV.            MANFAAT PENULISAN MAKALAH

Manfaat yang bisa diambil dari penulisan makalah ini adalah

1. Menambah wawasan dan pengetahuan kepada penulis tentang hokum Archimedes serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
2. Memberikan informasi kepada pembaca tentang tentang hokum Archimedes serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

    HUKUM ARCHIMEDES

a.       Prinsip Archimedes

Dalam kehidupan sehari-hari, kita akan menemukan bahwa benda yang dimasukan ke dalam fluida seperti air misalnya, memiliki berat yang lebih kecil daripada ketika benda tidak berada di dalam fluida tersebut. Kita mungkin sulit mengangkat sebuah batu dari atas permukaan tanah tetapi batu yang sama dengan mudah diangkat dari dasar kolam. Hal ini disebabkan karena adanya gaya apung sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya melalui Percobaan 1.

Gaya apung terjadi karena makin dalam zat cair, makin besar tekanan hidrostatiknya. Hal ini menyebabkan tekanan pada bagian bawah benda lebih besar daripada tekanan ada bagian atasnya. Gaya apung muncul karena selisih antar gaya hidrostatik pada permukaan benda atas dan bawah. Perhatikan Gambar. Fluida melakukan tekanan hidrostatik p₁=ρ_fgh₁ pada bagian atas benda. Gaya yang berhubungan dengan tekanan ini adalah F₁=p₁A =ρ_fgh₁A berarah ke bawah. Dengan cara yang sama, pada permukaan bagian bawah diperoleh F₂=p₂A =r_fgh₂A berarah ke atas.

Resultan kedua gaya ini adalah gaya apung Fa, yakni :

F_a = F₂ – F₁

= ρ_fgA(h₂ - h₁)

= ρ_fgAh

= ρ_fgV_b = m_f g = w_f

Berdasarkan persamaan di atas, kita bisa mengatakan bahwa gaya apung pada benda sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Ingat bahwa yang dimaksudkan dengan fluida yang dipindahkan di sini adalah volume fluida yang sama dengan volum benda yang tercelup dalam fluida. Pada gambar di atas, kami menggunakan ilustrasi di mana semua bagian benda tercelup dalam fluida (air).

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. Ini adalah buah karya Archimedes (287-212 SM) yang saat ini diwariskan kepada kita dan lebih dikenal dengan julukan Hukum Archimedes. Hukum 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 berat zat cair yang dipindahkan.

2. Mengapung, Melayang dan Tenggelam

Dengan menggunakan rumus Archimedes

ρ =  m / v dan w = m x g

Maka dengan menambahkan garam ke dalam air tersebut, berarti kita menambahkan sejumlah massa ke dalam air. Karena garam larut di dalam air dan volume airnya tetap, massa jenis air sekarang menjadi lebih besar daripada keadaannya semula. Selain itu, penambahan garam juga berarti mengubah berat air. Tetapi berat telur tidak berubah. Semakin banyak garam yang dimasukkan ke dalam air, massa jenis air menjadi semakin besar. Densitasnya semakin besar, begitu pun beratnya. Akibatnya Air bergaram ini menjadi "semakin berat dan tenggelam". Tak hanya lebih berat daripada air-segar, namun juga lebih berat daripada telur. Kondisi inilah yang mengakibatkan sang telur "terdorong" ke atas ... ke atas ... ke atas ... dan akhirnya mengapung. Tak hanya mengambang.

Jika rapat massa fluida lebih kecil daripada rapat massa balok maka agar balok berada dalam keadaan seimbang,volume zat cair yang dipindahkan harus lebih kecil dari pada volume balok.Artinya tidak seluruhnya berada terendam dalam cairan dengan perkataan lain benda mengapung. Agar benda melayang maka volume zat cair yang dipindahkan harus sama dengan volume balok dan rapat massa cairan sama dengan rapat rapat massa benda.

Jika rapat massa benda lebih besar daripada rapat massa fluida, maka benda akan mengalami gaya total ke bawah yang tidak sama dengan nol. Artinya benda akan jatuh tenggelam.

Berdasarkan Hukum Archimedes, sebuah benda yang tercelup ke dalam zat cair akan mengalami dua gaya, yaitu gaya gravitasi atau gaya berat (W) dan gaya ke atas (Fa) dari zat cair itu. Dalam hal ini ada tiga peristiwa yang berkaitan dengan besarnya kedua gaya tersebut yaitu seperti berikut

.

    Tenggelam

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat benda (w) lebih besar dari gaya ke atas (Fa).

w > Fa

ρb X Vb X g > ρa X Va X g

ρb > ρa

Volume bagian benda yang tenggelam bergantung dari rapat massa zat cair (ρ)

    Melayang

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan melayang jika berat benda (w) sama dengan gaya ke atas (Fa) atu benda tersebut tersebut dalam keadaan setimbang

w = Fa

ρb X Vb X g = ρa X Va X g

ρb = ρa

Pada 2 benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku :

(FA)tot = Wtot

rc . g (V1+V2+V3+V4+…..)  =  W1 + W2 + W3 + W4 +…..

    Terapung

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung jika berat benda (w) lebih kecil dari gaya ke atas (Fa).

w = Fa

ρb X Vb X g = ρa X Va X g

ρb < ρa

Misal : Sepotong gabus ditahan pada dasar bejana berisi zat cair, setelah dilepas, gabus tersebut akan naik ke permukaan zat cair (terapung) karena :

FA > Wrc . Vb . g  >  rb . Vb . grc $rb

Selisih antara W dan FA disebut gaya naik (Fn).

Fn =  FA - W

Benda terapung tentunya dalam keadaan setimbang, sehingga berlaku :

FA’ = Wrc . Vb2 . g  =  rb . Vb . g

Dengan :

ô     FA’ = Gaya ke atas yang dialami oleh bagian benda yang tercelup di dalam zat cair.

ô     Vb1 = Volume benda yang berada dipermukaan zat cair.

ô     Vb2 =    Volume benda yang tercelup di dalam zat cair.

Vb = Vb1 + Vb 2

FA’  =  rc . Vb2 . g

Berat (massa) benda terapung = berat (massa) zat cair yang dipindahkan

Daya apung (bouyancy) ada 3 macam, yaitu :

·         Daya apung positif (positive bouyancy) : bila suatu benda mengapung.

·         Daya apung negatif (negative bouyancy) : bila suatu benda tenggelam.

·         Daya apung netral (neutral bouyancy) : bila benda dapat melayang.

Bouyancy adalah suatu faktor yang sangat penting di dalam penyelaman. Selama bergerak dalam air dengan scuba, penyelam harus mempertahankan posisi neutral bouyancy.

c.       Konsep Melayang, Tenggelam dan Terapung.

Kapankah suatu benda dapat terapung, tenggelam dan melayang ?

·         Benda dapat terapung bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair.
(miskonsepsi).

·         Benda dapat melayang bila massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair.
(konsepsi ilmiah)

·         Benda dapat tenggelam bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair.
(konsepsi ilmiah).

·         Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh volume benda. (miskonsepsi).

·         Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh berat dan massa benda

4. Penerapan Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-hari

»      Kapal Laut

Massa jenis besi lebih besar daripada massa jenis air laut, tetapi mengapa kapal laut yang terbuat dari besi mengapung di atas air? Badan kapal yang terbuat dari besi dibuat berongga. Ini menyebabkan volum air laut yang di pindahkan oleh badan kapal menjadi sangat besar. Gaya apung sebanding dengan volum air yang dipindahkan, sehingga gaya apung menjadi sangat besar. Gaya apung ini mampu mengatasi berat total kapal

sehingga kapal laut mengapung di permukaan laut. Jika dijelaskan berdasarkan konsep massa jenis, maka massa jenis rata-rata besi berongga dan udara yang menempati rongga masih lebih kecil daripada massa jenis air laut. Itulah sebabnya kapal laut mengapung.

Ø  Titik penting dalam stabilitas kapal

Diagram stabilitas kapal, pusat gravitasi (G), pusat daya apung (B), dan Metacenter (M) pada posisi kapal tegak dan miring. Sebagai catatan, G pada posisi tetap sementara B dan M berpindah kalau kapal miring. Ada tiga titik yang penting dalam stabilitas kapal, yaitu:

~     G adalah titik pusat gravitasi kapal.

~     B adalah titik pusat apung kapal.

~     M adalah metacenter kapal (titik perpotongan garis vertikal B dengan garis pusat kapal).

Ø  Bagaimana kapal laut bisa tenggelam?

Jika M di bawah G, kopel menghasilkan torsi yang searah dengan jarum jam. Torsi ini justru membuat kapal lebih miring lagi, dan keseimbangan menjadi tidak stabil sehingga dapat membuat kapal tenggelam. Untuk kestabilan maksimal, haruslah G rendah dan M tinggi.

»      Kapal Selam

Kapal selam adalah kapal laut yang dapat berada dalam tiga keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam. Ketiga keadaan ini dapat dicapai dengan cara mengatur banyaknya air dan udara dalam badan  kapal selam.

~     Pada badan kapal selam terdapat tangki pemberat yang dapat diisi udara atau air. Tangki ini terletak di antara lambung sebelah dalam dan lambung sebelah luar. Ketika kapal selam ingin terapung maka tangki tersebut harus berisi udara. Ketika akan melayang, udaranya dikeluarkan dan diisi dengan air sehingga mencapai keadaan melayang. Jika ingin tenggelam maka airnya harus lebih diperbanyak lagi.

~     Kapl selam memiliki sebuah bagian pemberat ini dapat diisi dengan . ketika kapal akan menyelam , pemberat ini diisi dengan air sehingga gaya ke atas yang bekerja pada kpal lebih  kecil dari pada berat kapal sehingga kapal tenggelam .untuk muncul kembali ke permukaan , air dalam  pemberat di kosongkan

Catatan :

·         Pada cairan bisa terjadi hanya sebagian benda yang tercelup dalam cairan, hingga V_bf belum tentu sama dengan V_b. Dalam udara, volum benda yang tercelup selalu sama dengan volum benda (V_bf = V_b).

·         Massa jenis gas panas lebih kecil daripada massa jenis udara

Kesimpulan

      Sebuah benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya kedalam zat cair akan mendapat gaya keatas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda yang dicelupkan tersebut”. Jika seluruh benda tercelup kedalam zat cair, maka volume cairan yang dipindahkan sama dengan volume benda

      Berdasarkan hukum Archimedes  kita bias menentukan  syarat sebuah benda untuk terapung , tenggelam atau melayang  suatu fluida.

      Jika  benda di celupkan  ke dalam zat cair , sesungguhnya berat benda tidak berkurang. Gaya tarik bumi kepada benda itu besarnya tetap . Akan tetapi zat cair menggadakan gaya yang arahnya ke atas kepada setiap benda yang tercelup di dalamnya. Ini menyebabkan berat benda seakan berkurang.