FLUIDA STATIS: HUKUM ARCHIMEDES 1 MATERI AJAR FISIKA HUKUM ARCHIMEDES DISUSUN OLEH: RISMAYANTI, S.Pd
FLUIDA STATIS: HUKUM ARCHIMEDES 2 DAFTAR ISI .............................................................................................................................................................................. 2 PENDAHULUAN ...................................................................................................................................................................... 3 1. Deskripsi ................................................................................................................................................................. 3 2. Relevansi ................................................................................................................................................................. 3 3. Petunjuk Belajar ................................................................................................................................................... 3 INTI ............................................................................................................................................................................................... 4 A. Kompetensi Dasar ................................................................................................................................................. 4 B. Indikator Pencapaian Kompetensi ................................................................................................................. 4 C. Materi Pembelajaran ............................................................................................................................................ 4 D. Uraian Materi ........................................................................................................................................................... 5 Hukum Archimedes ..................................................................................................................................... 5 E. Forum Diskusi ......................................................................................................................................................... 9 PENUTUP .................................................................................................................................................................................... 10 A. Rangkuman ............................................................................................................................................................. 10 B. Tes Formatif ............................................................................................................................................................ 10 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................................................................................. 11 KUNCI JAWABAN TES FORMATIF .................................................................................................................................... 11 DAFTAR ISI
FLUIDA STATIS: HUKUM ARCHIMEDES 3 Pengetahuan fluida pada hakekatnya sama dengan pengetahuan-pengetahuan fisika lainnya, memerlukan cara berfikir sistematis, logis, dan analitis. Pengetahuan tentang fluida selalu berkembang dan semakin kompleks. Penerapannya di dalam kehidupan sehari-hari membuat sains semakin dekat dengan masyarakat. Jika dipelajari secara mendalam materi ini sebenarnya sangat menarik dan dekat dengan kehidupan kita. Semakin banyak kita tahu akan suatu ilmu, semakin kita sadari bahwa sebenarnya diri kita tidak ada artinya di hadapan sang Pencipta yang maha mengetahui segalanya. Materi yang akan Anda pelajari pada bab ini adalah tentang Fluida Statis, khususnya pada Hukum Archimedes. Pengetahuan tentang fluida merupakan pengetahuan yang telah ditemukan berabad-abad yang lampau. Pengetahuan mengenai fluida telah mengalami perkembangan yang pesat akhir-akhir ini. Aplikasi dari fluida sudah menjamah ke semua sektor, baik sektor pengairan sampai sektor transportasi. Semua jenis alat transportasi pasti dalam perancangannya mengaplikasikan konsep fluida. Bagaimana menciptakan sebuah kendaraan yang aerodinamis tentunya harus merujuk pada konsep fluida. Fluida juga merupakan medium bagi alat transportasi udara dan laut. Kedua jenis transportasi tersebut menjadi pemersatu negara republik Indonesia. Diharapkan selama mengikuti kegiatan pembelajaran ini, peserta didik mengikuti petunjuk belajar sebagai berikut: 1. Peserta didik memahami kompetensi dasar pembelajaran dan indikator pencapaian kompetensi materi ajar. 2. Peserta didik membaca materi dengan seksama dan memahaminya, terkait dengan konsep dan gambar pembelajaran supaya pemenuhan kompetensi pembelajaran tidak hanya secara konseptual tetapi juga secara analisis. 3. Peserta didik mengerjakan soal-soal latihan untuk mengukur pemahaman. 4. Mencocokkan hasil pengerjaan soal latihan dan bila masih ada hal yang salah dan belum dipahami perlu membaca ulang uraian materi agar semakin paham. PENDAHULUAN DESKRIPSI RELEVANSI PETUNJUK BELAJAR
FLUIDA STATIS: HUKUM ARCHIMEDES 4 3.4 Menerapkan hukum-hukum fluida dalam kehidupan sehari- hari. 4.4 Merancang dan melakukan percobaan yang memanfaatkan sifat-sifat fluida berikut presentasi hasil percobaan dan pemanfaatannya. 3.4.9 Menghitung besar gaya apung melalui berat benda dan berat semu benda. 3.4.10 Menganalisis hubungan antara berat zat cair yang dipindahkan terhadap gaya apung. 3.4.11 Menganalisis faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya gaya apung. 3.4.12 Menerapkan hukum Archimedes dalam penyelesaian masalah. 4.4.5 Melakukan percobaan Hukum Archimedes. Fluida Statis: 1. Hukum Archimedes INTI KOMPETENSI DASAR INDIKATOR PENCAPAIAN KOMPETENSI MATERI PEMBELAJARAN
FLUIDA STATIS: HUKUM ARCHIMEDES 5 Sumber: https://bengkulu.antaranews.com/berita/ Sebuah kapal berlayar di laut. Kapal tersebut sarat muatan sehingga tinggi permukaan laut mendekati ketinggian geladak kapal. Kemudian kapal tersebut memasuki sungai. Semakin jauh memasuki sungai, jarak antara ketinggian air dengan geladak kapal semakin mengecil, sehingga suatu ketika air sungai memasuki geladak kapal dan kapal tersebut tenggelam. Mengapa hal itu bisa terjadi? Untuk memperoleh jawaban dari pertanyaan ini, pelajarilah materi ajar ini dengan sungguh- sungguh Pernahkah Anda memancing? Atau pernahkah Anda mengangkat benda dalam air? Adakah perbedaan berat benda tersebut di dalam air dengan beratnya di udara? Ketika kita mengangkat suatu benda di dalam suatu zat cair akan terasa lebih ringan jika dibandingkan ketika kita mengangkatnya di udara. Mengapa demikian? Ketika dimasukkan ke dalam zat cair, benda akan mengalami gaya ke atas sehingga benda terasa lebih ringan. Fenomena ini dapat dijelaskan dengan Hukum Archimedes. Sebelum mempelajari lebih lanjut tentang Hukum Archimedes, lakukanlah kegiatan 4. 3 berikut. URAIAN MATERI
FLUIDA STATIS: HUKUM ARCHIMEDES 6 KEGIATAN 4.3 TUJUAN Mengamati fenomena gaya ke atas (gaya apung) dalam zat cair ALAT DAN BAHAN 1. Beban 2. Neraca pegas 3. Air 4. Garam halus 5. Gelas beker / wadah diberi skala cm LANGKAH KERJA a. Percobaan 1 1. Isilah gelas beker dengan air sampai terisi 3/5 bagian, bacalah volume air mula-mula (V0) pada gelas beker, kemudian catatlah. 2. Gantungkan beban pada neraca pegas. Kemudian bacalah berat beban pada neraca pegas (wu). 3. Catat hasil pengamatanmu. 4. Celupkan beban yang masih tergantung pada neraca pegas ke dalam air sehingga seluruh bagian beban tercelup. 5. Bacalah berat beban dalam air (wa) pada skala neraca pegas, kemudian catatlah hasil pengamatan. 6. Bacalah volume pada gelas beker saat beban dicelupkan, kemudian catatlah hasil pengamatanmu. b. Percobaan 2 Pengaruh Volume benda tercelup 1. Isilah gelas beker dengan air sampai terisi 3/5 bagian, bacalah volume air mula-mula (V0) pada gelas beker, kemudian catatlah. 2. Ukurlah berat beban diudara dengan menggunakan neraca pegas (wu). 3. Celupkan beban yang masih tergantung pada neraca pegas ke dalam air dengan hanya 1/3 bagian beban yang tercelup di air. 4. Catatlah besar berat beban dalam air (wa) pada neraca pegas dan volume air pada gelas beker. 5. Ulangi langkah 3 dan 4 dengan mengubah bagian beban yang tercelup, yaitu 2/3 bagian dan seluruh bagiannya sehingga diperoleh 3 data pengamatan. 6. Catatlah hasil pengamatanmu pada tabel. Pengaruh Massa Jenis zat cair 1. Ukurlah berat beban diudara (wu) dengan menggunakan neraca pegas. 2. Celupkan beban yang masih tergantung pada neraca pegas ke dalam air hingga seluruh bagian beban tercelup. 3. Catatlah besar berat beban dalam air (wa) pada neraca pegas dan volume air pada gelas beker. 4. Tambahkan 3 sendok garam pada air dalam beker dan aduk hingga garam larut. 5. Ulangi langkah 2 dan 3 dengan mencelupkan beban pada air garam. 6. Tambahkan lagi 3 sendok garam pada gelas beker dan aduk hingga garam larut. 7. Ulangi langkah 2 dan 3. Sumber:https://www.pngegg.com/id/png-pseja
FLUIDA STATIS: HUKUM ARCHIMEDES 7 HASIL PENGAMATAN a. Percobaan 1 Berat beban di udara (wu) = .... Berat beban di air (wa) = .... Gaya apung: FA = wu - wa = ... - ... = ... Massa jenis air = 1.000 kg/m3 Volume mula-mula air (V0) = ... cm3 = ... m3 Volume air setelah benda tercelup (VT) = ... cm3 = ... m3 Volume zat cair yang dipindahkan beban: Vbf = VT -V0 = ... - ... = ... b. Percobaan 2 Volume benda tercelup Volume mula-mula (V0) = ... cm3 Berat beban diudara (wu) = ... Bagian beban tercelup Berat beban di air wa (N) Volume air setelah benda tercelup VT (cm3) Volume benda tercelup V = VT – V0 (cm3) Gaya apung FA = wu – wa (N) 1/3 bagian 2/3 bagian Seluruh bagian Massa jenis zat cair Berat beban di udara (wu) = ... Fluida Berat beban di air wa (N) Gaya apung FA = wu – wa (N) Air Air garam (3 sendok) Air garam (6 sendok) PERTANYAAN DAN DISKUSI a. Percobaan 1 1. Berdasarkan hasil pengamatan pada percobaan 1, berapakah besar daya apung (FA)? 2. Berdasarkan hasil pengamatan, berapakah besar volume zat cair yang dipindahkan beban (Vbf)? 3. Berdasarkan hasil perhitungan, berapakah berat zat cair yang dipindahkan beban (wbf)? 4. Bandingkanlah besar gaya apung (FA) dan berat zat cair yang dipindahkan beban (wbf). Bagaimanakah hubungan antara gaya apung (FA) dengan berat zat cair yang dipindahkan beban (wbf)? b. Percobaan 2 1. Berdasarkan tabel hasil pengamatan pada volume benda tercelup, bagaimanakah pengaruh volume benda tercelup terhadap besar gaya apung? 2. Berdasarkan tabel hasil pengamatan massa jenis zat cair, bandingkanlah besar massa jenis antara air, air garam (3 sendok) dan air garam (6 sendok)! 3. Bagaimanakah pengaruh massa jenis zat cair terhadap besar gaya apung? KESIMPULAN
FLUIDA STATIS: HUKUM ARCHIMEDES 8 Jika Anda melakukan Kegiatan 4.3 dengan benar, Anda akan memperoleh nilai wu – wf yang mendekati atau bahkan sama dengan nilai berat air yang tumpah (w’). Selain itu, pada setiap percobaan, nilai wu selalu lebih besar daripada wf. Menurut Archimedes, fenomena ini terjadi karena benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas. Prinsip ini dikenal sebagai Hukum Archimedes, yang berbunyi: “Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida akan mengalami gaya ke atas atau gaya apung yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkannya” Secara matematis, dituliskan: = ′ Berat zat cair yang dipindahkan oleh benda yang tercelup ke dalam zat cair = dan = , sehingga = . Dalam hal ini, Vbf merupakan volume zat cair yang dipindahkan oleh benda yang tercelup ke dalamnya sehingga volume ini akan sama dengan volume benda yang tercelup. Sehingga pernyataan Hukum Archimedes yang menyatakan besarnya gaya ke atas atau gaya apung yang dialami benda yang tercelup ke dalam suatu fluida dapat dituliskan: = Dengan: FA = gaya ke atas atau gaya apung (N) w’ = berat zat cair yang dipindahkan oleh benda (N) ρf = massa jenis zat cair (kg/m3 ) Vbf = volume zat cair yang dipindahkan benda (m3 ) g = percepatan gravitasi bumi (m/s2 ) Berdasarkan Hukum Archimedes, fenomena “berat benda yang hilang dalam zat cair” dapat dijelaskan karena ketika benda diangkat di dalam zat cair, gaya ke atas atau gaya apung pada benda akan membantu menopang benda sehingga benda terasa lebih ringan. Dalam hal ini, gaya ke atas yang dialami benda sama dengan selisih berat benda tersebut di udara dengan berat benda tersebut di dalam air. = − Dengan: wu = berat benda di udara (N) wf = berat semu benda di dalam zat cair (N)
FLUIDA STATIS: HUKUM ARCHIMEDES 9 Sebuah balok kayu yang volumenya 10-4 m3 muncul 0,6 bagian ketika dimasukkan ke dalam air yang mempunyai massa jenis 1.000 kg/m3. Jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s2, hitunglah besar gaya ke atas yang dialami benda! Penyelesaian: Diketahui: Vk = 10-4 m3 Vbf = 1 - 0,6 = 0,4 x 10-4 m3 g = 10 m/s2 ρf = 1.000 kg/m3 Ditanyakan: FA = ...? Jawab:= = (10 )(10)(0,4 × 10 ) = 4 × 10 N Jadi, besar gaya apung yang dialami benda adalah 4 x 10-1 N. Latihan Soal: Sebuah benda bermassa 1 kg, massa jenisnya 4.000 kg/m3 digantungkan pada neraca pegas, kemudian dimasukkan ke dalam minyak yang massa jenisnya 800 kg/m3. Jika diketahui g = 10 m/s2, berapakah berat benda dalam minyak yang ditunjukkan pada neraca pegas? Anda telah sampai pada bagian akhir materi ini. Seperti yang disinggung di awal materi tentang kejadian kapal tengelam. Seperti yang sudah dibahas, jadi penyebab kapal tersebut tenggelam adalah ... Diskusikanlah dengan teman-teman Anda kasus berikut! Kapal laut terbuat dari bahan-bahan logam yang mempunyai massa jenis yang jauh lebih besar dari massa jenis air laut. Tetapi mengapa kapal laut dapat terapung dipermukaan air? Sedangkan paku yang ukuran lebih kecil, akan tenggelam jika dilemparkan ke laut. FORUM DISKUSI Ayo Berlatih
FLUIDA STATIS: HUKUM ARCHIMEDES 10 1. Besarnya gaya apung dapat dihitung dengan persamaan: = − 2. Bunyi Hukum Archimedes: “Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalamfluida akan mengalami gaya ke atas atau gaya apung yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkannya” Secara matematis, dituliskan: = ′ 3. Gaya apung dipengaruhi oleh volume benda yang tercelup dan massa jenis fluida. Persamaannya dituliskan: = 1. Perhatikan data di bawah ini 1. Volume fluida yang dipindahkan 2. Volume fluida 3. Berat fluida yang dipindahkan 4. Berat fluida 5. Massa jenis fluida Dari data di atas, besarnya gaya apung bergantung pada.... A. 1, 3 dan 5 B. 1 dan 3 C. 2 dan 4 D. 5 saja E. Semua benar 2. Sebuah mata uang logam jika dicelupkan dalam fluida A dengan ρA = 0,8 g/cm3 mengalami gaya ke atas sebesar FA dan jika dicelupkan dalam fluida B dengan ρB = 0,7 g/cm3 mengalami gaya ke atas sebesar FB, maka FA/FB bernilai... A. 8/14 B. 4/7 C. 7/6 D. 7/8 E. 8/7 PENUTUP RANGKUMAN TES FORMATIF
FLUIDA STATIS: HUKUM ARCHIMEDES 11 3. Massa sesungguhnya dari sebuah benda adalah 300 g. Jika ditimbang di dalam air massanya seolah-olah menjadi 225 g dan jika ditimbang di dalam suatu cairan lain massanya seolah- olah 112,5 g. Jika massa air adalah 1 g/cm3, maka massa jenis cairan itu adalah ... g/cm3. A. 0,83 B. 1,20 C. 2,50 D. 2,67 E. 3,20 4. Balok dengan ukuran 0,2 m x 0,2 m x 0,3 m terapung saat dicelupkan ke dalam raksa. Gaya apung pada balok jika 1/5 bagian balok berada dalam raksa (ρraksa = 13.600 kg/m3) adalah ... A. 163,1 N B. 163,2 N C. 163,3 N D. 163,7 N E. 163,9 N Ari Damari. 2018. Buku Penilaian (Bupena) Fisika. Jakarta: Erlangga. Pujianto, dkk. 2016. Fisika untuk SMA/MA Kelas XI. Klaten: PT Intan Pariwara. Sunardi, Paramita R. P., & Andreas B.D. 2016. Fisika untuk Siswa SMA/MA Kelas XI. Bandung: Yrama Widya. Syamsuardi, 2021. Super Coach Fisika XI. Bandung: Yrama Widya KUNCI JAWABAN TES FORMATIF 1. A 2. E 3. C 4. B DAFTAR PUSTAKA