FISIKA (kelas XI)

Fisika

Ini sekedar bantuan buat anda yang sedang mempelajari tentang materi pelajaran Fisika ( khususnya kelas XI SMA ).Dalam mempelajari hal tentang terapung, melayang, dan tenggelam, secara tidak langsung kita harus mempelajari tentang hokum Archimedes :

Hukum 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

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 > 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 <>

Sumber : http://sg.ard.yahoo.com
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.

Sumber : http://sg.ard.yahoo.com/

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.

Sumber : http://sg.ard.yahoo.com/

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.