Tuesday, June 5, 2012

makalah fisika


Kata Pengantar

Assalamualaikum wr.wb
 
Kata Pengantar

Assalamualaikum wr.wb

Puji syukur kami panjatkan kepada Allah SWT. Karena rahmat dan ridhoNya kami dapat menyelesaikan makalah Fisika  mengenai Hukum Pascal dan Hukum Archimedes ini. Kami ingin mengucapkan terima kasih kepada :

  1. Orang tua, yang sudah mensupport kami
  2. Ibu Elhuda, yang telah membimbing kami
  3. Teman - teman XI IPA 2, yang memberi semangat
Harapan kami, semoga laporan ini berguna bagi semua orang yang memerlukan materi ini dan sebagai bahan pelajaran.

Wassalamualaikum wr.wb

Jakarta,    Maret 2010
                                                                                                                           Tim Kreative




Daftar Isi
Kata Pengantar …………………………………………………………………………………………….                1
Daftar Isi ……………………………………………………………………………………………………                 2
Pendahuluan ………………………………………………………………………………………………                      4
Pembahasan ………………………………………………………………………………………………                 6
A. Pengertian Fluida ………………………………………………………………………………………                      6
B. Hukum Pascal …………………………………………………………………………………………..                6
             a. Pengertian Hukum Pascal …………………………………………………………………….                      6
             b. Persamaan Hukum Pascal ……………………………………………………………………                      7
             c. Penerapan Hukum Pascal …………………………………………………………………….                      8
                      Prinsip Kerja Dongkrak Hidraulik …………………………………………………………                      8
                      Prinsip Kerja Rem Hidraulik ……………………………………………………………….                      9
                      Prinsip Kerja Pompa Hidraulik ……………………………………………………………                      9
C. Hukum Archimedes  ……………………………………………………………………………………               10
             Percobaan 1 ……………………………………………………………………………………….                      10
             a. Prinsip Hukum Archimedes …………………………………………………………………..                 11
             b. Mengapung, Melayang dan Tenggelam …………………………………………………….                     13
             Percobaan 2…………………………………………………………………………………..........                13
             c. Konsep Mengapung, Melayang dan Tenggelam ..………………………………………….                    16
             d. Penerapan Hukum Archimedes ………………………………………………………………                     16
                      Hidrometer …………………………………………………………………………………..                 16
                      Kapal Laut ……………………………………………………………………………………               17
                      Kapal Selam …………………………………………………………………………………                18
                      Balon Udara …………………………………………………………………………………                      19
Contoh Soal  ……………………………………………………………………………………………….                      20
Kesimpulan  ………………………………………………………………………………………………..                      27
Saran  ……………………………………………………………………………………………………….                28
Daftar Pustaka ……………………………………………………………………………………………..                29
















Pendahuluan
  1. 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.
  1. RUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang di atas dapat di rumuskan masalah sebagai berikut:
  1. Apa yang dimaksud hukum Pascal dan hokum Archimedes dalam sistem fluida statis?
  2. Bagaimana cara menuliskan persamaan hukum Pascal dan hokum Archimedes?
  3. Bagaimana penerapan hukum Pascal dan hokum Archimedes dalam sistem fluida statis?
  1. TUJUAN MAKALAH
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah
1.       Mengetahui pengertian hukum Pascal dan hukum Archimedes
2.       Mengetahui cara menuliskan persamaan hukum Pascal dan hukum Archimedes
3.        Mengetahui penerapan hukum Pascal dan hokum Archimedes dalam sistem fluida statis.
  1. MANFAAT PENULISAN MAKALAH
Manfaat yang bisa diambil dari penulisan makalah ini adalah
  1. Menambah wawasan dan pengetahuan kepada penulis tentang hukum Pascal dan hokum Archimedes serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
  2. Memberikan informasi kepada pembaca tentang tentang hukum Pascal dan hokum Archimedes serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.







Pembahasan
  1. PENGERTIAN FLUIDA
Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air atau zat gas seperti udara dapat mengalir. Zat padat seperti batu dan besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Air, minyak pelumas, dan susu merupakan contoh zat cair. Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain.
Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari.
Fluida dibagi menjadi dua bagian yakni fluida statis (fluida diam) dan fluida dinamis (fluida bergerak). Fluida statis ditinjau ketika fluida yang sedang diam atau berada dalam keadaan setimbang. Fluida dinamis ditinjau ketika fluida ketika sedang dalam keadaan bergerak).
Fluida statis erat kaitannya dengan hidraustatika dan tekanan. Hidraustatika merupakan ilmu yang mempelajari tentang gaya maupun tekanan di dalam zat cair yang diam. Sedangkan tekanan didefinisikan sebagai gaya normal per satuan luas permukaan.
  1. HUKUM PASCAL
  1. Pengertian Hukum Pascal
Bila ditinjau dari zat cair yang berada dalam suatu wadah, tekanan zat cair pada dasar wadah tentu saja lebih besar dari tekanan zat cair pada bagian di atasnya. Semakin ke bawah, semakin besar tekanan zat cair tersebut. Sebaliknya, semakin mendekati permukaan atas wadah, semakin kecil tekanan zat cair tersebut. Besarnya tekanan sebanding dengan pgh (p = massa jenis, g = percepatan gravitasi dan h = ketinggian/kedalaman).
Setiap titik pada kedalaman yang sama memiliki besar tekanan yang sama. Hal ini berlaku untuk semua zat cair dalam wadah apapun dan tidak bergantung pada bentuk wadah tersebut. Apabila ditambahkan tekanan luar misalnya dengan menekan permukaan zat cair tersebut, pertambahan tekanan dalam zat cair adalah sama di segala arah. Jadi, jika diberikan tekanan luar, setiap bagian zat cair mendapat jatah tekanan yang sama.
Jika seseorang memeras ujung kantong plastik berisi air yang memiliki banyak lubang maka air akan memancar dari setiap lubang dengan sama kuat. Blaise Pascal (1623-1662) menyimpulkannya dalam hukum Pascal yang berbunyi, “tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah”.
Blaise Pascal (1623-1662) adalah fisikawan Prancis yang lahir di Clermount pada 19 Juli 1623. Pada usia 18 tahun, ia menciptakan kalkulator digital pertama di dunia. Ia menghabiskan waktunya dengan bermain dan melakukan eksperimen terus-menerus selama pengobatan kanker yang dideritanya. Ia menemukan teori hukum Pascal dengan eksperimenya bermain-main dengan air.
  1. Persamaan Hukum Pascal
Jika suatu fluida yang dilengkapi dengan sebuah penghisap yang dapat bergerak maka tekanan di suatu titik tertentu tidak hanya ditentukan oleh berat fluida di atas permukaan air tetapi juga oleh gaya yang dikerahkan oleh penghisap. Berikut ini adalah gambar fluida yang dilengkapi oleh dua penghisap dengan luas penampang berbeda. Penghisap pertama memiliki luas penampang yang kecil (diameter kecil) dan penghisap yang kedua memiliki luas penampang yang besar (diameter besar).
Gambar : Fluida yang Dilengkapi Penghisap dengan Luas Permukaan Berbeda (Sumber: 4.bp.blogspot.com)
Sesuai dengan hukum Pascal bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan sama besar ke segala arah, maka tekanan yang masuk pada penghisap pertama sama dengan tekanan pada penghisap kedua. Tekanan dalam fluida dapat dirumuskan dengan persamaan di bawah ini.
P = F : A   sehingga persamaan hukum Pascal bisa ditulis sebagai berikut.
P1 = P2
F1 : A1 = F2 : A2
dengan P = tekanan (pascal), F = gaya (newton), dan A = luas permukaan penampang (m2).
Ada berbagai macam satuan tekanan. Satuan SI untuk tekanan adalah newton per meter persegi (N/m2) yang dinamakan pascal (Pa). Satu pascal sama dengan satu newton per meter persegi. Dalam sistem satuan Amerika sehari-hari, tekanan biasanya diberikan dalam satuan pound per inci persegi (lb/in2). Satuan tekanan lain yang biasa digunakan adalah atmosfer (atm) yang mendekati tekanan udara pada ketinggian laut. Satu atmosfer didefisinikan sebagai 101,325 kilopascal yang hampir sama dengan 14,70 lb/in2. Selain itu, masih ada beberapa satuan lain diantaranya cmHg, mmHg, dan milibar (mb).
1 mb = 0.01 bar
1 bar = 105 Pa
1 atm = 76 cm Hg = 1,01 x 105 Pa= 0,01 bar
1 atm = 101,325 kPa = 14,70 lb/in2
Untuk menghormati Torricelli, fisikawan Italia penemu barometer (alat pengukur tekanan), ditetapkan satuan dalam torr, dimana 1 torr = 1 mmHg
  1. Penerapan Hukum Pascal
Hidraulika adalah ilmu yang mempelajari berbagai gerak dan keseimbangan zat cair. Hidraulika merupakan sebuah ilmu yang mengkaji arus zat cair melalui pipa-pipa dan pembuluh–pembuluh yang tertutup maupun yang terbuka. Kata hidraulika berasal dari bahasa Yunani yang berarti air. Dalam teknik, hidraulika berarti pergerakan-pergerakan, pengaturan-pengaturan, dan pengendalian-pengendalian berbagai gaya dan gerakan dengan bantuan tekanan suatu zat cair
Semua instalasi hidraulika pada sistem fluida statis (tertutup) bekerja dengan prinsip hidraustatis. Dua hukum terpenting yang berhubungan dengan hidraustatistika adalah
1.       Dalam sebuah ruang tertutup (sebuah bejana atau reservoir), tekanan yang dikenakan terhadap zat cair akan merambat secara merata ke semua arah.
2.       Besarnya tekanan dalam zat cair (air atau minyak) adalah sama dengan gaya (F) dibagi oleh besarnya bidang tekan (A).
Dari hukum Pascal diketahui bahwa dengan memberikan gaya yang kecil pada penghisap dengan luas penampang kecil dapat menghasilkan gaya yang besar pada penghisap dengan luas penampang yang besar. Prinsi inilah yang dimanfaatkan pada peralatan teknik yang banyak dimanfaatkan manusia dalam kehidupan misalnya dongkrak hidraulik, pompa hidraulik, dan rem hidraulik.
ü  Prinsip Kerja Dongkrak Hidraulik
Prinsip kerja dongkrak hidraulik adalah dengan memanfaatkan hukum Pascal. Dongkrak hidraulik terdiri dari dua tabung yang berhubungan yang memiliki diameter yang berbeda ukurannya. Masing- masig ditutup dan diisi air. Mobil diletakkan di atas tutup tabung yang berdiameter besar. Jika kita memberikan gaya yang kecil pada tabung yang berdiameter kecil, tekanan akan disebarkan secara merata ke segala arah termasuk ke tabung besar tempat diletakkan mobil. Jika gaya F1 diberikan pada penghisap yang kecil, tekanan dalam cairan akan bertambah dengan F1/A1. Gaya ke atas yang diberikan oleh cairan pada penghisap yang lebih besar adalah penambahan tekanan ini kali luas A2. Jika gaya ini disebut F2, didapatkan
F2 = (F : A1) x A2
Jika A2 jauh lebih besar dari A1, sebuah gaya yang lebih kecil (F1) dapat digunakan untuk menghasilkan gaya yang jauh lebih besar (F2) untuk mengangkat sebuah beban yang ditempatkan di penghisap yang lebih besar.
Berikut ini contoh perhitungan tekanan pada sebuah dongkrak hidraulik. Misalnya, sebuah dongkrak hidraulik mempunyai dua buah penghisap dengan luas penampang melintang A1 = 5,0 cm2 dan luas penampang melintang A2 = 200 cm2. Bila diberikan suatu gaya F1 sebesar 200 newton, pada penghisap dengan luas penampang A2 akan dihasilkan gaya F2 = (F1 : A1) x A2 = (200 : 5) x 200 = 8000 newton.
ü  Prinsip Kerja Rem Hidraulik
Dasar kerja pengereman adalah pemanfaatan gaya gesek dan hukum Pascal. Tenaga gerak kendaraan akan dilawan oleh tenaga gesek ini sehingga kendaraan dapat berhenti. Rem hidraulik paling banyak digunakan pada mobil-mobil penumpang dan truk ringan. Rem hidraulik memakai prinsip hukum Pascal dengan tekanan pada piston kecil akan diteruskan pada piston besar yang menahan gerak cakram. Cairan dalam piston bisa diganti apa saja. Pada rem hidraulik biasa dipakai minyak rem karena dengan minyak bisa sekaligus berfungsi melumasi piston sehingga tidak macet (segera kembali ke posisi semula jika rem dilepaskan). Bila dipakai air, dikhawatirkan akan terjadi perkaratan.
Gambar Gaya Gesekan pada Prinsip Kerja Rem Hidraulik (Sumber: www.yanto-triyanto.co.cc)
ü  Prinsip Kerja Pompa Hidraulik
Dalam menjalankan suatu sistem tertentu atau untuk membantu operasional dari sebuah sistem, tidak jarang kita menggunakan rangkaian hidraulik. Sebagai contoh, untuk mengangkat satu rangkaian kontainer yang memiliki beban beribu–ribu ton, untuk memermudah itu digunakanlah sistem hidraulik.
Sistem hidraulik adalah teknologi yang memanfaatkan zat cair, biasanya oli, untuk melakukan suatu gerakan segaris atau putaran. Sistem ini bekerja berdasarkan prinsip Pascal, yaitu jika suatu zat cair dikenakan tekanan, tekanan itu akan merambat ke segala arah dengan tidak bertambah atau berkurang kekuatannya. Prinsip dalam rangkaian hidraulik adalah menggunakan fluida kerja berupa zat cair yang dipindahkan dengan pompa hidraulik untuk menjalankan suatu sistem tertentu.
Pompa hidraulik menggunakan kinetik energi dari cairan yang dipompakan pada suatu kolom dan energi tersebut diberikan pukulan yang tiba-tiba menjadi energi yang berbentuk lain (energi tekan). Pompa ini berfungsi untuk mentransfer energi mekanik menjadi energi hidraulik. Pompa hidraulik bekerja dengan cara menghisap oli dari tangki hidraulik dan mendorongnya kedalam sistem hidraulik dalam bentuk aliran (flow). Aliran ini yang dimanfaatkan dengan cara merubahnya menjadi tekanan. Tekanan dihasilkan dengan cara menghambat aliran oli dalam sistem hidraulik. Hambatan ini dapat disebabkan oleh orifice, silinder, motor hidraulik, dan aktuator. Pompa hidraulik yang biasa digunakan ada dua macam yaitu positive dan nonpositive displacement pump. Ada dua macam peralatan yang biasanya digunakan dalam merubah energi hidraulik menjadi energi mekanik yaitu motor hidraulik dan aktuator. Motor hidraulik mentransfer energi hidraulik menjadi energi mekanik dengan cara memanfaatkan aliran oli dalam sistem merubahnya menjadi energi putaran yang dimanfaatkan untuk menggerakan roda, transmisi, pompa dan lain-lain.
  1. HUKUM ARCHIMEDES
Pernahkah melihat kapal laut ? jika belum pernah melihat kapal laut secara langsung, mudah-mudahan pernah melihat kapal laut melalui televise. Coba bayangkan, kapal yang massanya sangat besar tidak tenggelam, sedangkan sebuah batu yang ukurannya kecil dan terasa ringan bisa tenggelam. Aneh bukan? Mengapa bisa demikian ?
Jawabannya sangat mudah jika memahami konsep pengapungan dan prinsip Archimedes. Pada kesempatan ini kami ingin membimbing untuk memahami apa sesungguhnya prinsip archimedes.
Sebelum membahas prinsip Archimedes lebih jauh, kami ingin mengajak kalian untuk melakukan percobaan berikut ini.
~     PERCOBAAN 1
Berat batu di udara dan dalam air
Tujuan : Untuk mengetahui perbedaan berat batu di udara dan di dalam air
Alat dan Bahan :

1.       Gelas
2.       Benang
3.       Batu
4.       Air
Langkah kerja :
  1. Siapkan  1 buah gelas yang sudah di isi oleh air
  2. Ikatkan sebuah batu kecil pada seutas benang kuat, rasakan berat batu tersebut. Kalau perlu di timbang. Agar mendapatkan hasil yang akurat.
  3. Sekarang celupkan seluruh batu ke dalam air yang terdapat dalam sebuah gelas, dan rasakan/timbang berat batu tersebut
  4. Dan selanjutnya rasakan perbedaan yang anda rasakan antara batu di udara dan didalam air
Pertanyaaan :
1.       Adakah perbedaan  yang anda rasakan antara batu di udara dan didalam air, jika ada perkirakanlah penyebab perbedaan ini ?
2.       Buatlah kesimpulan !
Jawaban :
1.       Ada,  Batu yang berada di dalam air akan terasa lebih ringan dibandingkan di udara.
Sebab : Berat batu ketika tercelup dalam air sesungguhnya tidak berkurang. Akan tetapi ketika batu tercelup, air memberikan gaya berarah ke atas pada batu. Resultan gaya pada batu menjadi berkurang, sehingga kita merasakan batu menjadi lebih ringan.
Gaya berarah ke atas yang dikerjakan oleh suatu fluida pada benda yang tercelup sebagai atau seluruhnya ke dalam fluida disebut gaya apung (buoyancy).
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
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=ρfgh1 pada bagian atas benda. Gaya yang berhubungan dengan tekanan ini adalah F1=p1A =ρfgh1A berarah ke bawah. Dengan cara yang sama, pada permukaan bagian bawah diperoleh F2=p2A =rfgh2A berarah ke atas.
Resultan kedua gaya ini adalah gaya apung Fa, yakni :
Fa = F2 – F1
= ρfgA(h2 - h1)
= ρfgAh
= ρfgVb = mf g = wf
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.
Kami bisa membuktikan prinsip Archimedes dengan melakukan percobaan kecil-kecilan berikut. Masukan air ke dalam sebuah wadah (ember dkk). Usahakan sampai meluap sehingga ember tersebut benar-benar penuh terisi air. Setelah itu, silahkan masukan sebuah benda ke dalam air. Setelah benda dimasukan ke dalam air, maka sebagian air akan tumpah. 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 = berat air yang tumpah (berat air yang tumpah = w = mair g = massa jenis air x volume air yang tumpah x percepatan gravitasi). Volume air yang tumpah = volume benda yang tercelup ke dalam air
  1. Mengapung, Melayang dan Tenggelam
Dalam mempelajari materi ini, lakukanlah percobaan di bawah ini.
~     PERCOBAAN 2
Peristiwa Mengapung, Melayang dan Tenggelam
Tujuan : Mengetahui bagaimana suatu benda dapat Mengapung, Melayang dan Tenggelam dalam air
Alat dan Bahan :
  1. Gelas bening
  2. Air
  3. sebutir telur
  4. garam
Cara Kerja :
  1. Isi gelas bening dengan air lalu masukan telur
  2. Setelah itu masukan garam kedalam air sehingga menjadi larutan garam
  3. Kami amati telur yang berada daam garam tersebut
  4. Tambah garam sedikit demi sedikit sampai telur mengambang 
ANALISIS : Setelah kita melakukan percobaan diatas. Terjadi perubahan pada telur saat air sesudah dan sebelum diberi garam. Ternyata telur saat berada pada air murni, telur itu tenggelam. Ini diakibatkan karena massa air < massa telur. Tetapi saat telur berada dalam larutan garam, telur tersebut lama kelamaan melayang dan naik kepermukaan larutan. Mengapa demikian ?
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
  1. Penerapan Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-hari
»      Hidrometer
Hidrometer adalah alat yang dipakai untuk mengukur massa jenis cairan. Nilai massa jenis cairan dapat kita ketahui dengan membaca skala pada hidrometer. Misalnya, dengan mengetahui massa jenis susu, maka dapat ditentukan kadar lemak dalam susu, dan dengan mengetahui massa jenis zat cairan anggur, dapat ditentukan kadar alkohol dalam cairan anggur.  Hidrometer umumnya digunakan untuk memeriksa muatan aki mobil. Hidrometer terbuat dari tabung kaca dan desainnya memiliki tiga bagian.
Agar tabung kaca terapung tegak di dalam zat cair, bagian bawah tabung haruslah dibebani dengan butiran timbel. Diameter bagian bawah tabung juga harus dibuat lebih besar supaya volum zat cair yang dipindahkan hidrometer lebih besar. Jadi, gaya apung yang dihasilkan menjadi lebih besar sehingga hidrometer dapat mengapung di dalam zat cair.
Perbedaan bacaan pada skala untuk berbagai jenis cairan menjadi lebih jelas karena tangkai tabung kaca didesain supaya perubahan kecil dalam berat benda yang dipindahkan menghasilkan perubahan besar pada kedalaman tangkai yang tercelup di dalam cairan.
Ü    Prinsip kerja Hidrometer :
Gaya ke atas = berat hidrometer
Vbf ρfg = w, w hidrometer konstan
(Ahbf) ρf g = mg, sebab Vbf = Ahbf
Ü    Persamaan Hidrometer :     
hbf =
m
Aρf




Ket :        hbf = tinggi tangkai yang tercelup (m)
                m = massa hidrometer (kg)
                A = luas tangkai (m2)
                ρf  =  massa jenis cairan (kg/m3)
Massa hidrometer m dan luas tangkai A adalah tetap, sehingga tinggi tangkai yang tercelup di dalam cairan hbf berbanding terbalik dengan massa jenis cairan ρf.  Jika massa jenis cairan kecil (ρf kecil), tinggi hidrometer yang tercelup di dalam cairan besar (hbf besar). Akan didapat bacaan skala yang menunjukkan angka yang lebih kecil.
»      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
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/id/thumb/7/70/Stabilitas.jpg/300px-Stabilitas.jpgDiagram 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.


»      Balon Udara

Balon udara adalah penerapan prinsip Archimedes di udara. Balon udara harus diisi dengan gas yang massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis udara atmosfer sehingga balon udara dapat terbang karena mendapat gaya ke atas, misalnya diisi udara yang dipanaskan.
Secara sepintas, mungkin kamu tidak melihat hubungan antara balon udara yang naik tinggi di angkasa dengan kapal selam yang menyelam di lautan. Sebenarnya, kapal selam maupun balon udara harus diatur beratnya untuk naik, turun, ataupun melayang pada ketinggian atau kedalaman tertentu. Beratnya diatur berdasarkan besar gaya apungnya.
Catatan :
·         Pada cairan bisa terjadi hanya sebagian benda yang tercelup dalam cairan, hingga Vbf belum tentu sama dengan Vb. Dalam udara, volum benda yang tercelup selalu sama dengan volum benda (Vbf = Vb).
·         Massa jenis gas panas lebih kecil daripada massa jenis udara








Contoh Soal


Puji syukur kami panjatkan kepada Allah SWT. Karena rahmat dan ridhoNya kami dapat menyelesaikan makalah Fisika  mengenai Hukum Pascal dan Hukum Archimedes ini. Kami ingin mengucapkan terima kasih kepada :
  1. Orang tua, yang sudah mensupport kami
  2. Ibu Elhuda, yang telah membimbing kami
  3. Teman - teman XI IPA 2, yang memberi semangat
Harapan kami, semoga laporan ini berguna bagi semua orang yang memerlukan materi ini dan sebagai bahan pelajaran.

Wassalamualaikum wr.wb

Jakarta,    Maret 2010
                                                                                                                           Tim Kreative




Daftar Isi
Kata Pengantar …………………………………………………………………………………………….                1
Daftar Isi ……………………………………………………………………………………………………                 2
Pendahuluan ………………………………………………………………………………………………                      4
Pembahasan ………………………………………………………………………………………………                 6
A. Pengertian Fluida ………………………………………………………………………………………                      6
B. Hukum Pascal …………………………………………………………………………………………..                6
             a. Pengertian Hukum Pascal …………………………………………………………………….                      6
             b. Persamaan Hukum Pascal ……………………………………………………………………                      7
             c. Penerapan Hukum Pascal …………………………………………………………………….                      8
                      Prinsip Kerja Dongkrak Hidraulik …………………………………………………………                      8
                      Prinsip Kerja Rem Hidraulik ……………………………………………………………….                      9
                      Prinsip Kerja Pompa Hidraulik ……………………………………………………………                      9
C. Hukum Archimedes  ……………………………………………………………………………………               10
             Percobaan 1 ……………………………………………………………………………………….                      10
             a. Prinsip Hukum Archimedes …………………………………………………………………..                 11
             b. Mengapung, Melayang dan Tenggelam …………………………………………………….                     13
             Percobaan 2…………………………………………………………………………………..........                13
             c. Konsep Mengapung, Melayang dan Tenggelam ..………………………………………….                    16
             d. Penerapan Hukum Archimedes ………………………………………………………………                     16
                      Hidrometer …………………………………………………………………………………..                 16
                      Kapal Laut ……………………………………………………………………………………               17
                      Kapal Selam …………………………………………………………………………………                18
                      Balon Udara …………………………………………………………………………………                      19
Contoh Soal  ……………………………………………………………………………………………….                      20
Kesimpulan  ………………………………………………………………………………………………..                      27
Saran  ……………………………………………………………………………………………………….                28
Daftar Pustaka ……………………………………………………………………………………………..                29
















Pendahuluan
  1. 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.
  1. RUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang di atas dapat di rumuskan masalah sebagai berikut:
  1. Apa yang dimaksud hukum Pascal dan hokum Archimedes dalam sistem fluida statis?
  2. Bagaimana cara menuliskan persamaan hukum Pascal dan hokum Archimedes?
  3. Bagaimana penerapan hukum Pascal dan hokum Archimedes dalam sistem fluida statis?
  1. TUJUAN MAKALAH
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah
1.       Mengetahui pengertian hukum Pascal dan hukum Archimedes
2.       Mengetahui cara menuliskan persamaan hukum Pascal dan hukum Archimedes
3.        Mengetahui penerapan hukum Pascal dan hokum Archimedes dalam sistem fluida statis.
  1. MANFAAT PENULISAN MAKALAH
Manfaat yang bisa diambil dari penulisan makalah ini adalah
  1. Menambah wawasan dan pengetahuan kepada penulis tentang hukum Pascal dan hokum Archimedes serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
  2. Memberikan informasi kepada pembaca tentang tentang hukum Pascal dan hokum Archimedes serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.







Pembahasan
  1. PENGERTIAN FLUIDA
Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air atau zat gas seperti udara dapat mengalir. Zat padat seperti batu dan besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Air, minyak pelumas, dan susu merupakan contoh zat cair. Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain.
Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari.
Fluida dibagi menjadi dua bagian yakni fluida statis (fluida diam) dan fluida dinamis (fluida bergerak). Fluida statis ditinjau ketika fluida yang sedang diam atau berada dalam keadaan setimbang. Fluida dinamis ditinjau ketika fluida ketika sedang dalam keadaan bergerak).
Fluida statis erat kaitannya dengan hidraustatika dan tekanan. Hidraustatika merupakan ilmu yang mempelajari tentang gaya maupun tekanan di dalam zat cair yang diam. Sedangkan tekanan didefinisikan sebagai gaya normal per satuan luas permukaan.
  1. HUKUM PASCAL
  1. Pengertian Hukum Pascal
Bila ditinjau dari zat cair yang berada dalam suatu wadah, tekanan zat cair pada dasar wadah tentu saja lebih besar dari tekanan zat cair pada bagian di atasnya. Semakin ke bawah, semakin besar tekanan zat cair tersebut. Sebaliknya, semakin mendekati permukaan atas wadah, semakin kecil tekanan zat cair tersebut. Besarnya tekanan sebanding dengan pgh (p = massa jenis, g = percepatan gravitasi dan h = ketinggian/kedalaman).
Setiap titik pada kedalaman yang sama memiliki besar tekanan yang sama. Hal ini berlaku untuk semua zat cair dalam wadah apapun dan tidak bergantung pada bentuk wadah tersebut. Apabila ditambahkan tekanan luar misalnya dengan menekan permukaan zat cair tersebut, pertambahan tekanan dalam zat cair adalah sama di segala arah. Jadi, jika diberikan tekanan luar, setiap bagian zat cair mendapat jatah tekanan yang sama.
Jika seseorang memeras ujung kantong plastik berisi air yang memiliki banyak lubang maka air akan memancar dari setiap lubang dengan sama kuat. Blaise Pascal (1623-1662) menyimpulkannya dalam hukum Pascal yang berbunyi, “tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah”.
Blaise Pascal (1623-1662) adalah fisikawan Prancis yang lahir di Clermount pada 19 Juli 1623. Pada usia 18 tahun, ia menciptakan kalkulator digital pertama di dunia. Ia menghabiskan waktunya dengan bermain dan melakukan eksperimen terus-menerus selama pengobatan kanker yang dideritanya. Ia menemukan teori hukum Pascal dengan eksperimenya bermain-main dengan air.
  1. Persamaan Hukum Pascal
Jika suatu fluida yang dilengkapi dengan sebuah penghisap yang dapat bergerak maka tekanan di suatu titik tertentu tidak hanya ditentukan oleh berat fluida di atas permukaan air tetapi juga oleh gaya yang dikerahkan oleh penghisap. Berikut ini adalah gambar fluida yang dilengkapi oleh dua penghisap dengan luas penampang berbeda. Penghisap pertama memiliki luas penampang yang kecil (diameter kecil) dan penghisap yang kedua memiliki luas penampang yang besar (diameter besar).
Gambar : Fluida yang Dilengkapi Penghisap dengan Luas Permukaan Berbeda (Sumber: 4.bp.blogspot.com)
Sesuai dengan hukum Pascal bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan sama besar ke segala arah, maka tekanan yang masuk pada penghisap pertama sama dengan tekanan pada penghisap kedua. Tekanan dalam fluida dapat dirumuskan dengan persamaan di bawah ini.
P = F : A   sehingga persamaan hukum Pascal bisa ditulis sebagai berikut.
P1 = P2
F1 : A1 = F2 : A2
dengan P = tekanan (pascal), F = gaya (newton), dan A = luas permukaan penampang (m2).
Ada berbagai macam satuan tekanan. Satuan SI untuk tekanan adalah newton per meter persegi (N/m2) yang dinamakan pascal (Pa). Satu pascal sama dengan satu newton per meter persegi. Dalam sistem satuan Amerika sehari-hari, tekanan biasanya diberikan dalam satuan pound per inci persegi (lb/in2). Satuan tekanan lain yang biasa digunakan adalah atmosfer (atm) yang mendekati tekanan udara pada ketinggian laut. Satu atmosfer didefisinikan sebagai 101,325 kilopascal yang hampir sama dengan 14,70 lb/in2. Selain itu, masih ada beberapa satuan lain diantaranya cmHg, mmHg, dan milibar (mb).
1 mb = 0.01 bar
1 bar = 105 Pa
1 atm = 76 cm Hg = 1,01 x 105 Pa= 0,01 bar
1 atm = 101,325 kPa = 14,70 lb/in2
Untuk menghormati Torricelli, fisikawan Italia penemu barometer (alat pengukur tekanan), ditetapkan satuan dalam torr, dimana 1 torr = 1 mmHg
  1. Penerapan Hukum Pascal
Hidraulika adalah ilmu yang mempelajari berbagai gerak dan keseimbangan zat cair. Hidraulika merupakan sebuah ilmu yang mengkaji arus zat cair melalui pipa-pipa dan pembuluh–pembuluh yang tertutup maupun yang terbuka. Kata hidraulika berasal dari bahasa Yunani yang berarti air. Dalam teknik, hidraulika berarti pergerakan-pergerakan, pengaturan-pengaturan, dan pengendalian-pengendalian berbagai gaya dan gerakan dengan bantuan tekanan suatu zat cair
Semua instalasi hidraulika pada sistem fluida statis (tertutup) bekerja dengan prinsip hidraustatis. Dua hukum terpenting yang berhubungan dengan hidraustatistika adalah
1.       Dalam sebuah ruang tertutup (sebuah bejana atau reservoir), tekanan yang dikenakan terhadap zat cair akan merambat secara merata ke semua arah.
2.       Besarnya tekanan dalam zat cair (air atau minyak) adalah sama dengan gaya (F) dibagi oleh besarnya bidang tekan (A).
Dari hukum Pascal diketahui bahwa dengan memberikan gaya yang kecil pada penghisap dengan luas penampang kecil dapat menghasilkan gaya yang besar pada penghisap dengan luas penampang yang besar. Prinsi inilah yang dimanfaatkan pada peralatan teknik yang banyak dimanfaatkan manusia dalam kehidupan misalnya dongkrak hidraulik, pompa hidraulik, dan rem hidraulik.
ü  Prinsip Kerja Dongkrak Hidraulik
Prinsip kerja dongkrak hidraulik adalah dengan memanfaatkan hukum Pascal. Dongkrak hidraulik terdiri dari dua tabung yang berhubungan yang memiliki diameter yang berbeda ukurannya. Masing- masig ditutup dan diisi air. Mobil diletakkan di atas tutup tabung yang berdiameter besar. Jika kita memberikan gaya yang kecil pada tabung yang berdiameter kecil, tekanan akan disebarkan secara merata ke segala arah termasuk ke tabung besar tempat diletakkan mobil. Jika gaya F1 diberikan pada penghisap yang kecil, tekanan dalam cairan akan bertambah dengan F1/A1. Gaya ke atas yang diberikan oleh cairan pada penghisap yang lebih besar adalah penambahan tekanan ini kali luas A2. Jika gaya ini disebut F2, didapatkan
F2 = (F : A1) x A2
Jika A2 jauh lebih besar dari A1, sebuah gaya yang lebih kecil (F1) dapat digunakan untuk menghasilkan gaya yang jauh lebih besar (F2) untuk mengangkat sebuah beban yang ditempatkan di penghisap yang lebih besar.
Berikut ini contoh perhitungan tekanan pada sebuah dongkrak hidraulik. Misalnya, sebuah dongkrak hidraulik mempunyai dua buah penghisap dengan luas penampang melintang A1 = 5,0 cm2 dan luas penampang melintang A2 = 200 cm2. Bila diberikan suatu gaya F1 sebesar 200 newton, pada penghisap dengan luas penampang A2 akan dihasilkan gaya F2 = (F1 : A1) x A2 = (200 : 5) x 200 = 8000 newton.
ü  Prinsip Kerja Rem Hidraulik
Dasar kerja pengereman adalah pemanfaatan gaya gesek dan hukum Pascal. Tenaga gerak kendaraan akan dilawan oleh tenaga gesek ini sehingga kendaraan dapat berhenti. Rem hidraulik paling banyak digunakan pada mobil-mobil penumpang dan truk ringan. Rem hidraulik memakai prinsip hukum Pascal dengan tekanan pada piston kecil akan diteruskan pada piston besar yang menahan gerak cakram. Cairan dalam piston bisa diganti apa saja. Pada rem hidraulik biasa dipakai minyak rem karena dengan minyak bisa sekaligus berfungsi melumasi piston sehingga tidak macet (segera kembali ke posisi semula jika rem dilepaskan). Bila dipakai air, dikhawatirkan akan terjadi perkaratan.
Gambar Gaya Gesekan pada Prinsip Kerja Rem Hidraulik (Sumber: www.yanto-triyanto.co.cc)
ü  Prinsip Kerja Pompa Hidraulik
Dalam menjalankan suatu sistem tertentu atau untuk membantu operasional dari sebuah sistem, tidak jarang kita menggunakan rangkaian hidraulik. Sebagai contoh, untuk mengangkat satu rangkaian kontainer yang memiliki beban beribu–ribu ton, untuk memermudah itu digunakanlah sistem hidraulik.
Sistem hidraulik adalah teknologi yang memanfaatkan zat cair, biasanya oli, untuk melakukan suatu gerakan segaris atau putaran. Sistem ini bekerja berdasarkan prinsip Pascal, yaitu jika suatu zat cair dikenakan tekanan, tekanan itu akan merambat ke segala arah dengan tidak bertambah atau berkurang kekuatannya. Prinsip dalam rangkaian hidraulik adalah menggunakan fluida kerja berupa zat cair yang dipindahkan dengan pompa hidraulik untuk menjalankan suatu sistem tertentu.
Pompa hidraulik menggunakan kinetik energi dari cairan yang dipompakan pada suatu kolom dan energi tersebut diberikan pukulan yang tiba-tiba menjadi energi yang berbentuk lain (energi tekan). Pompa ini berfungsi untuk mentransfer energi mekanik menjadi energi hidraulik. Pompa hidraulik bekerja dengan cara menghisap oli dari tangki hidraulik dan mendorongnya kedalam sistem hidraulik dalam bentuk aliran (flow). Aliran ini yang dimanfaatkan dengan cara merubahnya menjadi tekanan. Tekanan dihasilkan dengan cara menghambat aliran oli dalam sistem hidraulik. Hambatan ini dapat disebabkan oleh orifice, silinder, motor hidraulik, dan aktuator. Pompa hidraulik yang biasa digunakan ada dua macam yaitu positive dan nonpositive displacement pump. Ada dua macam peralatan yang biasanya digunakan dalam merubah energi hidraulik menjadi energi mekanik yaitu motor hidraulik dan aktuator. Motor hidraulik mentransfer energi hidraulik menjadi energi mekanik dengan cara memanfaatkan aliran oli dalam sistem merubahnya menjadi energi putaran yang dimanfaatkan untuk menggerakan roda, transmisi, pompa dan lain-lain.
  1. HUKUM ARCHIMEDES
Pernahkah melihat kapal laut ? jika belum pernah melihat kapal laut secara langsung, mudah-mudahan pernah melihat kapal laut melalui televise. Coba bayangkan, kapal yang massanya sangat besar tidak tenggelam, sedangkan sebuah batu yang ukurannya kecil dan terasa ringan bisa tenggelam. Aneh bukan? Mengapa bisa demikian ?
Jawabannya sangat mudah jika memahami konsep pengapungan dan prinsip Archimedes. Pada kesempatan ini kami ingin membimbing untuk memahami apa sesungguhnya prinsip archimedes.
Sebelum membahas prinsip Archimedes lebih jauh, kami ingin mengajak kalian untuk melakukan percobaan berikut ini.
~     PERCOBAAN 1
Berat batu di udara dan dalam air
Tujuan : Untuk mengetahui perbedaan berat batu di udara dan di dalam air
Alat dan Bahan :

1.       Gelas
2.       Benang
3.       Batu
4.       Air
Langkah kerja :
  1. Siapkan  1 buah gelas yang sudah di isi oleh air
  2. Ikatkan sebuah batu kecil pada seutas benang kuat, rasakan berat batu tersebut. Kalau perlu di timbang. Agar mendapatkan hasil yang akurat.
  3. Sekarang celupkan seluruh batu ke dalam air yang terdapat dalam sebuah gelas, dan rasakan/timbang berat batu tersebut
  4. Dan selanjutnya rasakan perbedaan yang anda rasakan antara batu di udara dan didalam air
Pertanyaaan :
1.       Adakah perbedaan  yang anda rasakan antara batu di udara dan didalam air, jika ada perkirakanlah penyebab perbedaan ini ?
2.       Buatlah kesimpulan !
Jawaban :
1.       Ada,  Batu yang berada di dalam air akan terasa lebih ringan dibandingkan di udara.
Sebab : Berat batu ketika tercelup dalam air sesungguhnya tidak berkurang. Akan tetapi ketika batu tercelup, air memberikan gaya berarah ke atas pada batu. Resultan gaya pada batu menjadi berkurang, sehingga kita merasakan batu menjadi lebih ringan.
Gaya berarah ke atas yang dikerjakan oleh suatu fluida pada benda yang tercelup sebagai atau seluruhnya ke dalam fluida disebut gaya apung (buoyancy).
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
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=ρfgh1 pada bagian atas benda. Gaya yang berhubungan dengan tekanan ini adalah F1=p1A =ρfgh1A berarah ke bawah. Dengan cara yang sama, pada permukaan bagian bawah diperoleh F2=p2A =rfgh2A berarah ke atas.
Resultan kedua gaya ini adalah gaya apung Fa, yakni :
Fa = F2 – F1
= ρfgA(h2 - h1)
= ρfgAh
= ρfgVb = mf g = wf
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.
Kami bisa membuktikan prinsip Archimedes dengan melakukan percobaan kecil-kecilan berikut. Masukan air ke dalam sebuah wadah (ember dkk). Usahakan sampai meluap sehingga ember tersebut benar-benar penuh terisi air. Setelah itu, silahkan masukan sebuah benda ke dalam air. Setelah benda dimasukan ke dalam air, maka sebagian air akan tumpah. 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 = berat air yang tumpah (berat air yang tumpah = w = mair g = massa jenis air x volume air yang tumpah x percepatan gravitasi). Volume air yang tumpah = volume benda yang tercelup ke dalam air
  1. Mengapung, Melayang dan Tenggelam
Dalam mempelajari materi ini, lakukanlah percobaan di bawah ini.
~     PERCOBAAN 2
Peristiwa Mengapung, Melayang dan Tenggelam
Tujuan : Mengetahui bagaimana suatu benda dapat Mengapung, Melayang dan Tenggelam dalam air
Alat dan Bahan :
  1. Gelas bening
  2. Air
  3. sebutir telur
  4. garam
Cara Kerja :
  1. Isi gelas bening dengan air lalu masukan telur
  2. Setelah itu masukan garam kedalam air sehingga menjadi larutan garam
  3. Kami amati telur yang berada daam garam tersebut
  4. Tambah garam sedikit demi sedikit sampai telur mengambang 
ANALISIS : Setelah kita melakukan percobaan diatas. Terjadi perubahan pada telur saat air sesudah dan sebelum diberi garam. Ternyata telur saat berada pada air murni, telur itu tenggelam. Ini diakibatkan karena massa air < massa telur. Tetapi saat telur berada dalam larutan garam, telur tersebut lama kelamaan melayang dan naik kepermukaan larutan. Mengapa demikian ?
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
  1. Penerapan Hukum Archimedes dalam Kehidupan Sehari-hari
»      Hidrometer
Hidrometer adalah alat yang dipakai untuk mengukur massa jenis cairan. Nilai massa jenis cairan dapat kita ketahui dengan membaca skala pada hidrometer. Misalnya, dengan mengetahui massa jenis susu, maka dapat ditentukan kadar lemak dalam susu, dan dengan mengetahui massa jenis zat cairan anggur, dapat ditentukan kadar alkohol dalam cairan anggur.  Hidrometer umumnya digunakan untuk memeriksa muatan aki mobil. Hidrometer terbuat dari tabung kaca dan desainnya memiliki tiga bagian.
Agar tabung kaca terapung tegak di dalam zat cair, bagian bawah tabung haruslah dibebani dengan butiran timbel. Diameter bagian bawah tabung juga harus dibuat lebih besar supaya volum zat cair yang dipindahkan hidrometer lebih besar. Jadi, gaya apung yang dihasilkan menjadi lebih besar sehingga hidrometer dapat mengapung di dalam zat cair.
Perbedaan bacaan pada skala untuk berbagai jenis cairan menjadi lebih jelas karena tangkai tabung kaca didesain supaya perubahan kecil dalam berat benda yang dipindahkan menghasilkan perubahan besar pada kedalaman tangkai yang tercelup di dalam cairan.
Ü    Prinsip kerja Hidrometer :
Gaya ke atas = berat hidrometer
Vbf ρfg = w, w hidrometer konstan
(Ahbf) ρf g = mg, sebab Vbf = Ahbf
Ü    Persamaan Hidrometer :     
hbf =
m
Aρf




Ket :        hbf = tinggi tangkai yang tercelup (m)
                m = massa hidrometer (kg)
                A = luas tangkai (m2)
                ρf  =  massa jenis cairan (kg/m3)
Massa hidrometer m dan luas tangkai A adalah tetap, sehingga tinggi tangkai yang tercelup di dalam cairan hbf berbanding terbalik dengan massa jenis cairan ρf.  Jika massa jenis cairan kecil (ρf kecil), tinggi hidrometer yang tercelup di dalam cairan besar (hbf besar). Akan didapat bacaan skala yang menunjukkan angka yang lebih kecil.
»      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
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/id/thumb/7/70/Stabilitas.jpg/300px-Stabilitas.jpgDiagram 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.


»      Balon Udara

Balon udara adalah penerapan prinsip Archimedes di udara. Balon udara harus diisi dengan gas yang massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis udara atmosfer sehingga balon udara dapat terbang karena mendapat gaya ke atas, misalnya diisi udara yang dipanaskan.
Secara sepintas, mungkin kamu tidak melihat hubungan antara balon udara yang naik tinggi di angkasa dengan kapal selam yang menyelam di lautan. Sebenarnya, kapal selam maupun balon udara harus diatur beratnya untuk naik, turun, ataupun melayang pada ketinggian atau kedalaman tertentu. Beratnya diatur berdasarkan besar gaya apungnya.
Catatan :
·         Pada cairan bisa terjadi hanya sebagian benda yang tercelup dalam cairan, hingga Vbf belum tentu sama dengan Vb. Dalam udara, volum benda yang tercelup selalu sama dengan volum benda (Vbf = Vb).
·         Massa jenis gas panas lebih kecil daripada massa jenis udara








Contoh Soal


Diposkan oleh di

No comments:

Post a Comment

Subscribe to: Post Comments (Atom)