Senin, 31 Oktober 2011

Sejarah dan Hukum Archimedes


BAB I
PENDAHULUAN


A. Latar Belakang Masalah

Di dalam pelajaran fisika ini banyak ditemui dan dibahas tentang macam-macam gerak, energi, dan hukum. Semua yang dibahasnya banyak juga merupakan kegiatan atau aktivitas sehari-hari. Seperti macam-macam gerak, saat kita mensetrika pakaian tanpa kita sadari kita sedang melakukan gerak lurus berubah tak beraturan, dan sebagai contoh lainnya adalah memalu paku yang merupakan penerapan dari Energi kinetik. Namun yang akan kami bahas dalam makalah kali ini adalah mengenai hukum Archimedes yang mempelajari tentang gaya ke atas yang terjadi pada sebuah benda, saat benda tersebut berada dalam fluida (zat cair atau gas). Dengan hukum Archimedes ini banyak diungkapkan berbagai metode yang dulunya menjadi misteri / hal yang tidak diketahui oleh banyak orang.
B. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, maka didapatkan rumusan masalah sebagai berikut:
1.      Bagaimana awal mula ditemukannya hukum Archimedes ?
2.      Apa bunyi dan rumus hukum Archimedes ?
3.      Bagaimana saja kedudukan benda yang terjadi dalam hukum Archimedes ?
4.      Bagaimana penerapannya dalam kehidupan sehari-hari ?
C. Tujuan Penulisan
Adapun tujuan dituliskannya makalah ini ialah agar :
1.      Mengetahui bagaimana awal mulanya hukum Archimedes tercipta.
2.      Tahu bagaimana melakukan perhitungan pada hukum Archimedes.
3.      Dapat mencari atau melakukan penerapan hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari.
4.      Mendapatkan definisi tentang hukum Archimedes dengan bahasa sendiri agar dapat lebih mudah dimengerti.

D. Manfaat Penulisan

Manfaat penulisan makalah ini ialah sebagai berikut :

1.      Membuat pembaca dan peneliti lebih serius mendalami dan mempelajari hal-hal dan misteri-misteri alam yang telah dipecahkan oleh para ilmuwan terdahulu.
2.      Membuat pembaca dan peneliti dapat menerapkan kasus hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari.






BAB II
SEJARAH ARCHIMEDES


Archimedes Thoughtful yang hidup di Yunani pada tahun 287 sampai 212 SM adalah seorang matematikawan, fisikawan, astronom sekaligus filusuf. Archimedes dilahirkan di kota pelabuhan bernama Syracuse, kota ini sekarang dikenal sebagai Sisilia. Archimedes merupakan keponakan Raja Hiero II yang memerintah di kota Syracuse pada masa itu. Sebagian besar sejarahwan matematika memandang Archimedes sebagai salah satu matematikawan terbesar sejarah, mungkin bersama-sama Newton dan Gauss. Dan karena Archimedes adalah orang yang mendasarkan penemuannya dengan eksperimen, hingga kini ia dijuluki sebagai Bapak IPA Eksperimental.

 A. Awal Mula ditemukannya Hukum Archimedes
 Kisah tentang Archimedes yang banyak diceritakan oleh orang adalah kisah saat Archimedes menemukan cara dan rumus untuk menghitung volume benda yang tidak mempunyai bentuk baku. Menurut kisah, ada sebuah mahkota untuk raja Hiero II yang telah dibuat dan raja memerintahkan Archimedes untuk memeriksa apakah mahkota tersebut benar-benar terbuat dari emas murni ataukah mengandung tambahan perak. Karena Raja Hiero II tidak mempercayai pembuat mahkota tersebut.
Saat Archimedes masuk ke dalam bak mandinya yang sudah penuh dengan air, dia melihat bahwa air dalam bak mandinya tumpah keluar sebanding dengan besar tubuhnya. Archimedes menyadari bahwa efek ini dapat digunakan untuk menghitung volume dan isi dari mahkota tersebut. Dengan membagi berat mahkota dengan volume air yang dipindahkan, kerapatan dan berat jenis dari mahkota bisa diperoleh.
Berat Jenis mahkota akan lebih rendah daripada berat jenis emas murni apabila pembuat mahkota tersebut berlaku curang dan menambahkan perak ataupun logam dengan berat jenis yang lebih rendah. Karena terlalu gembira dengan penemuannya ini, Archimedes melompat keluar dari bak mandinya dengan telanjang bulat dan berteriak ”EUREKA! EUREKA!” atau ”Saya menemukannya! Saya menemukannya!”. Dengan ditemukannya “hukum” tersebut, ia menyimpulkan bahwa mahkota Raja ternyata telah dicampuri perak. Dan setelah pernyataannya itu diterima Raja, si pembuat mahkota tersebut langsung dihukum mati.

B. Hukum Archimedes
            Hukum Archimedes berbunyi “suatu benda yang dicelupan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut”. Rumus perhitungan hukum Archimedes adalah sebagai berikut :

Keterangan      :
            : Gaya ke atas zat cair atau archimedes (N)
            : Massa jenis fluida (kg/m3)
            : Volume benda yang dimasukkan ke dalam fluida (m3)
            : Percepatan gravitasi (m/s2)


FA  =  Va  x  S
 
 

Atau seperti ini
S         : Berat jenis zat cair
Itu berarti, berat jenis zat cair (S) sama dengan nilai Massa Jenis fluida (ρ) dikalikan dengan Percepatan Gravitasi (g).        S  =
Selain menggunakan cara di atas tanpa mengetahui massa jenis, volume benda atau berat jenisnya. Kita pun dapat mengetahui nilai gaya ke atas (gaya apung) suatu benda melalui nilai berat suatu benda di udara dan di dalam fluida.



C. Kedudukan Benda Dalam Hukum Archimedes
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 daripada volume balok dan itu artinya 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 jatuh tenggelam. Dalam hal ini ada tiga kedudukan yang terjadi yaitu seperti berikut:
1. Benda Terapung (mengapung)
Benda dikatakan terapung (mengapung) jika sebagian benda tercelup ke dalam fluida. Benda akan terapung jika :
-          Massa jenis benda lebih kecil dari pada massa jenis fluida b < ρf)
-          Berat benda sama dengan gaya ke atas (W = Fa)
(W = Fa) => ρb x Vb x g = ρa x Va x g
2. Benda Melayang
Benda dikatakan melayang jika seluruh benda tercelup tapi tidak menyentuh dasar fluida. Benda dikatakan melayang jika :
-          Massa jenis fluida sama dengan massa jenis benda f =  ρb)
-          Berat benda sama dengan gaya ke atas benda (W = Fa)
(W  = Fa) => ρfluida . Vb . g  = ρa x Va x g
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 +…..)


3. Benda Tenggelam
Benda dikatakan tenggelam jika benda berada didasar fluida. Benda tenggelam jika :
-          Massa jenis benda lebih besar dari pada massa jenis fluida b > ρf)
-          Berat benda lebih besar dibanding gaya ke atas benda (W > Fa)
 (W > Fa) => ρb x Vb x g > ρa x Va x g

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.

Konsep Melayang, Tenggelam dan Terapung.
a. Benda terapung bila massa jenis benda lebih besar dari massa jenis zat cair.
(miskonsepsi)
b. Benda terapung bila massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis zat cair.
(konsepsi ilmiah)

c. Benda melayang bila massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair.
(konsepsi ilmiah)
d. Benda 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)

D. 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 saat penyelaman. Selama bergerak dalam air dengan scuba, penyelam harus mempertahankan posisi neutral bouyancy.







BAB III
CONTOH PENERAPAN HUKUM ARCHIMEDES


Alat yang Bekerja Berdasarkan Hukum Archimedes :

1.      Kapal Laut
Kapal laut adalah benda yang kita ketahui terbuat dari baja atau besi dan massa jenis baja atau besi lebih besar daripada massa jenis air laut. Tentu dalam pikiran kita seharusnya kapal laut tersebut tenggelam, tapi tidak menurut Hukum Archimedes. Kapal dapat terapung karena berat kapal sama dengan gaya ke atas air laut.Agar kapal laut tidak tenggelam badan kapal harus dibuat berongga. hal ini bertujuan agar volume air laut yang dipindahkan oleh badan kapal menjadi lebih besar. Berdasarkan persamaan besarnya gaya apung sebanding dengan volume zat cair yang dipindahkan,  sehingga gaya apungnya menjadi sangat besar. Gaya apung inilah yang mampu melawan berat kapal, sehingga kapal tetap dapat mengapung di permukaan laut.
2.      Kapal Selam
Jika kapal akan menyelam, maka air laut dimasukkan ke dalam ruang cadangan sehingga berat kapal bertambah. Pengaturan banyak sedikitnya air laut yang dimasukkan, menyebabkan kapal selam dapat menyelam pada kedalaman yang dikehendaki. Jika akan mengapung, maka air laut dikeluarkan dari ruang cadangan.
Pada saat kapal mengapung Fa = ρfluida x Vb x g
3.      Hidrometer
Hidrometer merupakan alat untuk mengukur berat jenis atau massa jeniszat cair. Jika hidrometer dicelupkan ke dalam zat cair, sebagian alat tersebut akan tenggelam. Makin besar massa jenis zat cair, Makin sedikit bagian hidrometer yang tenggelam. Hidrometer banyak digunakan untuk mengetahui besar kandungan air pada bir atau susu.
4.      Telur
Sesuai dengan hukum Archimedes mengenai prinsip tenggelam, maka telur tenggelam dalam air biasa karena :
Wtelur > Fa
Stelur > Szat cair
Supaya telur tersebut tidak tenggelam, kita dapat menambahkan garam pada air tersebut. Sehingga menyebabkan Wtelur < Fa dan Stelur < Sair.           Perhatikan gambar di samping!
                                                                       







BAB IV
CONTOH SOAL


Contoh Soal Hukum Archimedes :
a) Mencari Fa (gaya ke atas)
Sebuah benda dicelupkan ke air yang massa jenisnya 100 Kg/m3.
Volume benda yang tercelup 1,5 m3.
Berat benda yang dicelupkan 500N, berapakah gaya ke atas yang dialami benda?
=> Dik :
ρbenda = 100 Kg/m3                   S = 500 N
Vbenda = 1,5 m3                         g = 10 m/s2
Jawab :
= ρbenda x Vbenda x g
= 100 . 1,5 . 10
= 1500 N/m2

·         Mencari ρbenda (massa jenis benda) =         Fa         .
        Vbenda x g  
·         Mencari Vbenda (Volume benda) =         Fa        .
                                                               ρbenda x g  



b) Mencari W (berat benda)
Sebuah benda volumenya 400 cm3, massa jenisnya 12 gr/cm3. Jika benda tersebut dimasukkan dalam fluida yang massa jenisnya 0,8 gr/cm3. Berapakah berat benda tersebut ?
=> Dik :
Vbenda = 400 cm3                                  ρfluida = 0,8 gr/cm3
ρbenda = 1,2 gr/cm3                                g = 10 m/s2 = 1000 cm/m2
Jawab :
Wdi udara = ρbenda x g x Vbenda
1,2 x 1000 x 400 = 480.000 dyne
Fa = ρfluida x g x Vbenda
Fa = 0,8 x 1000 x 400
Fa = 320.000 dyne
Jadi, Wdi zat cair = Wdi udara – Fa
                            = 480.000 – 320.000
    = 160. 000 dyne








BAB V
PENUTUP


Kesimpulan
Ada dua cara mengatahui gaya ke atas (gaya apung) , yaitu dengan rumus :



> Ada tiga kedudukan yang terjadi yaitu MELAYANG, MENGAPUNG, dan  TENGGELAM.
 > Alat yang bekerja dengan sistem Archimedes adalah kapal selam, kapal laut, telur, hidrometer, dll.










DAFTAR PUSTAKA


1 komentar: