Laporan Mekanika Fluida Dasar Hukum Archimedes

Mekanika Fluida

Al Irsyad, Irmawati Amir, Muhammad Rizal Fahlepy, Novelita Tabita

Abstrak. Telah dilakukan praktikum sederhana terkait tentang mekanika fluida dimana kami membahas tentang prinsip gaya apung Archimedes. Tujuan dari praktikum ini ada dua yakni yang pertama adalah mengukur ketinggian zat cair atau fluida pada saat bongkahan es batu dimasukkan kedalam gelas, dan yang kedua adalah mengukur ketinggian zat cair atau fluida pada saat es telah mencair seluruhnya kedalam zat cair yang ada didalam gelas. Adapun alat dan bahan yang kami gunakan yaitu antara lain mistar 1 buah, gelas kaca biasa, air, dan bongkahan es batu. Sebelum kami melakukan praktikum sederhana ini, terlebih dahulu kami menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan, setelah itu kami melakukan eksperimen sederhana ini. Dan hasil yang kami dapatkan, ternyata ketinggian zat cair atau fluida pada saat es batu dimasukkan kedalam gelas yang berisi air itu sama dengan ketinggian zat cair ketika es sudah mencair seluruhnya. Sehingga dapat kami menarik kesimpulan bahwa ketinggian yang sama itu diakibatkan oleh volume es yang tecelup sama dengan volume es yang telah mencair seluruhnya.

Kata kunci: fluida, volume, massa jenis, ketinggian.

RUMUSAN MASALAH
  1. Bagaimana cara menyelidiki kondisi-kondisi bongkahan es yang dimasukkan kedalam gelas yang berisi air.
  2. Bagaimana cara mengukur ketinggian zat cair pada saat bongkahan es batu dimasukkan kedalam gelas yang berisi air.
  3. Bagaimana cara mengukur ketinggian zat cair pada saat bongkahan es batu mencair sepenuhnya kedalam gelas yang berisi air.

TUJUAN
  1. Untuk mengetahui bagaimana cara menyelidiki kondisi-kondisi bongkahan es yang dimasukkan kedalam gelas yang berisi air.
  2. Untuk mengetahui bagaimana cara mengukur ketinggian zat cair pada saat bongkahan es batu dimasukkan kedalam gelas yang berisi air.
  3. Untuk mengetahui bagaimana cara mengukur ketinggian zat cair pada saat bongkahan es batu mencair sepenuhnya kedalam gelas yang berisi air.

TEORI SINGKAT
Hukum Archimedes
Pada saat kita berjalan atau berlari di dalam air, kita tentunya akan merasakan bahwa langkah kita lebih berat dibandingkan jika kitamelangkah di tempat biasa. Gejala ini disebabkan adanya tekanan dari zat cair. Pengamatan ini memunculkan sebuah hukum yang dikenal Hukum , yaitu :

“Jika sebuah benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka benda tersebut akan mendapat gaya yang disebut gaya apung (gaya ke atas) sebesar berat zat cair yang dipindahkannya”
Akibat adanya gaya apung berat benda dalam zat cair akan berkurang. Benda yang diangkat dalam zat cair akan terasa lebih ringan dibandingkan diangkat di darat. Jadi, telah jelas bahwa berat benda seakan berkurang bila benda dimasukkan ke dalam air. Hal itu karena adanya gaya ke atas yang ditimbulkan oleh air dan diterima benda. Dengan demikian maka resultan gaya antara gaya berat dengan gaya ke atas merupakan berat benda dalam air. Selanjutnya berat disebut dengan berat semu yaitu berat benda tidak sebenarnya karena benda berada dalam zat cair. Benda dalam air diberi simbol WS.

Hubungan antara berat benda di udara (W), gaya ke atas (Fa) dan berat semu (Ws) adalah :
Ws = W-Fa
Dengan:

Ws = berat benda dalam zat cair (Kg.m/s^2)
W  = berat benda sebenarnya (Kg⋅m/s^2)
Fa  = gaya apung (N)

dan besarnya gaya apung (Fa) dirumuskan sebagai berikut :

Fa = ρcair Vb g
dengan:
ρcair = massa jenis zat cair (kg/m3)
Vb  = volume benda yang tercelup (m3)
 g   = percepatan gravitasi (m/s2)

Benda Dalam Hukum Archimedes
Bila benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka ada 3 kemungkinan yang terjadi yaitu tenggelam, melayang, dan terapung.

1. Benda Tenggelam
Benda disebut tenggelam dalam zat cair apabila posisi benda selalu terletak pada dasar tempat zat cair berada. Pada benda tenggelam terdapat tiga gaya yaitu :
W  = gaya berat benda
Fa  = gaya archimedes
N  = gaya normal bidang

Dalam keadaan seimbang maka W = N + Fa  sehingga :
W > Fa
m . g > ρZC . Vb . g
ρb . Vb . g > ρZC . Vb . g
ρb > ρzc
Dimana;
ρb    = massa jenis benda
ρZC = massa jenis zat cair

2. Benda Melayang
Benda melayang dalam zat cair apabila posisi benda di bawah permukaan zat cair dan di atas dasar tempat zat cair berada.
Pada benda melayang terdapat dua gaya yaitu: Fa dan W. Dalam keadaan seimbang maka :
W = Fa
ρb . Vb . g = ρZC . Vb . g
ρb = ρzc

3. Benda Terapung
Benda terapung dalam zat cair apabila posisi benda sebagian muncul dipermukaan zat cair dan sebagian terbenam dalam zat cair.

Pada benda terapung terdapat dua gaya yaitu :Fa dan W. Dalam keadaan seimbang maka :
W = Fa
ρb . Vb . g = ρZC . V2 . g
ρb . Vb = ρZC . V2
karena Vb > V2 maka : ρb < ρZ
METODE EKSPERIMEN
Alat dan bahan
  • Bongkahan es batu 1 buah
  • Mistar 1 buah
  • Gelas kaca biasa 1 buah
  • Air
Identifikasi variabel.
  • Variabel kontrol : ketinggian 1 (cm).
  • Variabel manipulasi : -.
  • Variabel respon : ketinggian 2 (cm).
Defenisi oprasional variabel
  • Ketinggian 1 adalah ketinggian yang dihasilkan zat cair  pada saat es dimasukkan kedalam kedalam gelas yang berisi air. Satuannya adalah (cm).
  • Ketinggian 2 adalah ketinggian yang dihasilkan zat cair pada saat bongkahan es mencair seluruhnya dedalam gelas yang berisi air. Satuannya adalah (cm).

Prosedur Kerja
  • Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan dalam melakukan eksperimen sederhana.
  • Memasukkan air kedalam gelas kaca biasa yang telah disediakan.
  • Mamusukkan bongkahan es batu yang telah disiapkan kedalam gelas yang berisi air
  • Mengukur ketinggian yang dihasilkan zat cair ketika es dimasukkan kedalam gelas dan setelah mencair sepenuhnya.

HASIL EKSPERIMEN
Untuk ketinggian pertama (h_1)
Ketinggian zat cair pada saat bongkahan es batu dimasukkan kedalam gelas adalah |6,00 ± 0,05| cm 
Gambar 1. Ketinggian zat cair pada saat bongkahan es dimasukkan kedalam gelas

Untuk ketinggian kedua (h_2)
Ketinggian zat cair pada saat bongkahan es batu mencair sepenuhnya adalah |6,00 ± 0,05|cm
Gambar 2. Ketinggian zat cair pada saat es mencair sepenuhnya

PEMBAHASAN
Pada eksperimen sederhana yang telah kami lakukan, terdapat tiga tujuan yakni yang pertama adalah menyelidiki kondisi-kondisi bongkahan es batu yang dimasukkan kedalam gelas yang berisi air, kedua mengukur ketinggian yang dihasilkan zat cair ketika bongkahan es dimasukkan kedalam gelas yang berisi air, dan ketiga mengukur ketinggian yang dihasilkan zat cair pada saat es mencair sepenuhnya didalam gelas yang berisi air.

Setelah melakukan praktikum, diperoleh dua data hasil pengukuran dengan kondisi yang berbeda pula. Data tersebut adalah yang pertama ketinggian zat cair yang diperoleh ketika bongkahan es batu dimasukkan kedalam zat cair adalah |6,00±0,05|cm, dan yang kedua ketinggian zat cair yang dihasilkan pada saat bongkahan es batu mencair sepenuhnya adalah |6,00±0,05|cm.
Dari kedua data yang diperoleh, terlihat bahwa ketinggian pertama dan kedua itu sama, hal ini disebabkan karena volume bongkahan es yang tercelup kedalam zat cair atau fluida sama dengan volume bongkahan es batu yang mencair sepenuhnya kedalam zat cair atau fluida yang ada didalam gelas tersebut.

KESIMPULAN
Dari praktikum yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa ketinggian yang dihasilkan zat cair pada saat bongkahan es batu dimasukkan kedalam gelas yang berisi air sama dengan ketinggian yang dihasilkan zat cair pada saat bongkahan es batu mencair sepenuhnya kedalam gelas yang berisi air. Kesamaan ketinggian yang dihasilkan ini, disebabkan karena volume bongkahan es batu yang tercelup kedalam gelas yang berisi zat cair itu sama dengan volume bongkahan es batu yang telah mencair kedalam gelas yang berisi zat cair tersebut.

REFERENSI
A. Mikrajuddin. 2016. Fisika Dasar 1. Penerbit: Institut Teknologi Bandung
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker. 2011. Fundamental of Physics. 9th Edition. Penerbit: John Wiley & Sons