TUGAS FISIKA

GAYA ARCHIMEDES

Hukum Archimedes menyatakan sebagai berikut, Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya.
Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida akan mendapatkan gaya angkat ke atas yang sama besar dengan berat fluida fluida yang dipindahkan. Besarnya gaya ke atas menurut Hukum Archimedes ditulis dalam persamaan :

Fa = ρ. v. g
Keterangan :
Fa=gaya ke atas (N)
V = volume benda yang tercelup (m3)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (N/kg)

Hukum ini juga bukan suatu hukum fundamental karena dapat diturunkan dari hukum newton juga.
- Bila gaya archimedes sama dengan gaya berat W maka resultan gaya =0 dan benda
melayang .
- Bila FA>W maka benda akan terdorong keatas akan melayang
- Bila FA 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 > W
rc . Vb . g > rb . Vb . g
rc $rb

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

Fn = FA - W

Benda terapung tentunya dalam keadaan setimbang, sehingga berlaku :

FA’ = W
rc . Vb2 . g = rb . Vb . g

FA’ = Gaya ke atas yang dialami oleh bagian benda yang tercelup di dalam zat cair.
Vb1 = Volume benda yang berada dipermukaan zat cair.
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 :
1. Daya apung positif (positive bouyancy) : bila suatu benda mengapung.
2. Daya apung negatif (negative bouyancy) : bila suatu benda tenggelam.
3. 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.
Sumber : http://dr-budiow.com/

Konsep Melayang, Tenggelam dan Terapung.

Kapankah suatu benda dapat terapung, tenggelam dan melayang ?
a. Benda dapat terapung bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair.
(miskonsepsi).
b. Benda dapat terapung bila massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis zat cair.
(konsepsi ilmiah)
c. Benda dapat melayang bila massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair.
(konsepsi ilmiah)
d. Benda dapat tenggelam bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair.
(konsepsi ilmiah).
e. Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh volume benda. (miskonsepsi).
f. Terapung, melayang dan tenggelam dipengaruhi oleh berat dan massa benda
(miskonsepsi).

Tambahan

Mengapa Telur Tenggelam Dalam Air Biasa?

Pada saat telur tenggelam dalam air, berlakulah HUKUM ARCHIMEDES…”Benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan.”

Mengapa Telur Tenggelam Dalam Air Biasa? Sesuai dengan Hukum Archimedes mengenai prinsip TENGGELAM, maka telur tenggelam dalam air biasa disebabkan karena :
- W telur > Fa
(berat telur > gaya ke atas oleh air)
- S telur > S zat cair
(berat jenis telur > berat jenis zat cair)

dimana rumus berat jenis :
S = massa jenis x gravitasi

Supaya telur tersebut tidak tenggelam, kita dapat menambahkan garam pada air tersebut. Sehingga menyebabkan W telur < Fa dan S telur < S air.


Mengapa Kapal baja bisa mengapung di-Air, padahal BJ baja 7.85 tom/m3 dan BJ air 1 ton/m3?
Karena berat baja per luasannya masih lebih kecil dari air.


Bagaimana Penerapan Hukum Archimedes ?

Pada kapal selam dimana kapal dapat melayang( tidak tenggelam tdak juga mengapung). Karena F archimedes = F benda
F archmedes = V benda x massa jenis air x gravitasi.

sebagai percobaan ambil wadah bening di isi air putih lalu masukan 1 butir telur, yang terjadi telur akan tenggelam, lalu coba dalam wadah itu masukan garam.. hingga telur mengapung. ini dikarenakan perbedaan massa jenis air garam dengan benda.
karena massa jenis air laut umumnya sama maka berat kapal selam sudah didisain sedemikian rupa agar kapal bisa melayang.


Mengapa Kapal Yang Berat Terapung tetapi batu yang kecil tenggelam?

Semua ini berkaitan dengan daya apungan, misalnya apabila kita mencampak sesuatu ke dalam air ia akan menolak & mengantikan kandungan air.
Misalnya apabila kita masukkan sebiji bola tenis ke dalam kolah, air sebanyak bola tennis akan melimpah keluar.
Jika berat air yang digantikan lebih berat daripada berat bola tennis, bola berkenaan akan terapung. Jika bola berkenaan dipenuhi dengan logam berbanding dengan udara, ia akan menjadi lebih berat daripada kandungan yang digantikan dengan air dan ia akan terapung.
Manusia yang menemui teori ini adalah ahli matematik Greek, Archimedes yang terkenal sebagai bapa apungan yang menemui teori itu semasa dalam kolah mandi.
Prinsip Archimedes menyatakan bahawa daya tujah ke atas yang bertindak pada sesuatu jasad yang tenggelam atau separa tenggelam adalah sama dengan berat cecair yang disesarkan oleh jasad tersebut.
Aplikasi daya tersebut dalam kehidupan harian adalah kapal laut, kapal selam dan belon udara. Sebuah kapal selam akan terapung pada permukaan lautan jika tanki keapungannya diisi dengan udara. Ini adalah kerana daya tujah ke atas bertindak pada kapal selam melebihi beratnya. Apabila tangki keapungannya diisi dengan air, kapal tersebut akan tenggelam dalam laut kerana daya tujah yang bertindak ke atasnya kurang daripada beratnya.




HUKUM PASCAL

Jika suatu zat cair dikenakan tekanan, maka tekanan itu akan merambat ke segala arah dengan tidak bertambah atau berkurang kekuatannya.Hukum fisika yang berlaku disini adalah hukum pascal. Yang membuat air memancar keluar lubang adalah tekanan hidrostatis air yang berbanding lurus dengan ketinggian permukaan air (pada wadah) dari lubang tempat air memancar. Makin tinggi permukaan air dari lubang, makin besar pula tekanan hidrostatis pada lubang, sehingga air yang memancar semakin jauh. Kalau begitu seharusnya lubang paling dekat dengan alas/dasar wadahlah yang memancarkan air paling jauh. Bisa dibilang gambar A lah dia. Mari kita uji! Hukum Kontinuitas Bernoulli menyatakan:konstanKita ambil dua titik yaitu A dimana lubang berada dan B yang berada di permukaan air. Kita jadikan titik A sebagai acuan sehingga:

hA = 0h

B = h1


maka persamaannya menjadi:
sebab PA = PB = P atmosfir
sebab hA = 0 dan hB = h1


Para ahli fisika lebih sering mengabaikan kecepatan air di titik B, vB.Bila penampang wadah sangat luas jika dibandingkan dengan penampang lubang, maka kecepatan penurunan permukaan air mendekati nol. v
vB ≈ 0. Sehingga:,

ingat, h1 adalah ketinggian permukaan air terhadap lubang. vA sebenarnya adalah
kecepatan pancaran air searah bidang datar (searah sumbu x bila digambar pada diagram cartesius). Dan nilai vA ini selalu tetap di setiap titik yang dilalui pancaran air. Sehingga:sedang kecepatan pancaran air terhadap sumbu tegak (sumbu y) mula-mula adalah nol yang kemudian dipercepat oleh percepatan gravitasi,
g.v0y = 0Persamaan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) untuk perpindahan adalah:, sehingga: g berfungsi sebagai percepatan air searah sumbu y. sebab v0y= 0
dengan t adalah waktu yang diperlukan air mulai dari memancar hingga sampai ke tanah. Maka nilai jarak yang dapat ditempuh oleh pencaran air adalah: inilah persamaan untuk menentukan jarak semburan air.Karena h = h1+ h2
, maka h2= h – h1
Sehingga persamaannya menjadi:.Untuk mencari jarak x maksimum, maka differensial x terhadap h1 harus bernilai nol.
↔ 0 = h – 2h1

Jadi, jelaslah bahwa jarak terjauh yang dapat ditempuh oleh air adalah saat tinggi lubang dari dari dasar wadah, ataupun tinggi permukaan air dari lubang, sama dengan setengah tinggi permukaan air dari dasar wadah. Dengan demikian, gambar A dan gambar B kurang tepat untuk menggambarkan bentuk pancaran air dari wadah yang berlubang banyak. Cobalah hitung jarak tempuh permukaaan air satu persatu. Pada tiap gambar (A, B dan C) terdapat lima buah lubang yang jarak masing-masingnya anggap saja 1 m. Sedang tinggi permukaan air dari dasar wadah adalah 6 m dan jarak lubang terbawah ke dasar wadah adalah 1 m. Bila perhitungan tepat, akan didapati bahwa lubang ketiga dari dasar yang tingginya 3 m dari dasar, merupakan lubang dengan pancaran air terjauh. Bila diamati dari lubang yang paling tinggi (lubang yang paling dekat dengan permukaan air), di dapati jarak yang ditempuh air (x) berturut-turut adalah: m, m, 6 m, : m dan m. Dapat disimpukan bahwa jarak pancaran pada lubang kesatu (dihitung dari permukaan air) sama dengan jarak pancaran lubang kelima, lubang kedua sama dengan lubang ke empat, dan lubang ketiga yang tingginya tepat setengah dari tinggi permukaan air terhadap dasar wadah adalah pancaran yang paling jauh. Dengan demikian, dapat dikatakan, pada deretan lubang-lubang yang segaris dan sejajar sumbu tegak (sumbu y), dua lubang yang masing-masingnya memiliki jarak yang sama terhadap lubang yang memancarkan air paling jauh, akan memancarkan air dengan jarak yang sama dari dinding dasar wadah. Namun ini hanya didapat dari analisis matematika, bukan dari percobaan. Mungkin hasil percobaan akan sedikit berbeda, karena biar bagaimanapun, nilai kecepatan penurunan permukaan air dalam wadah saat waah bocor, tidak lah sama sekali nol. Inilah yang harus diperhatikan lagi, agar tidak begitu saja mengabaikan suatu nilai..