MATERI POKOK 1. Tekanan Hidrostatis 2. Hukum Pascal 3. Hukum Archimedes TUJUAN PEMBELAJARAN 1. Memformulasikan persamaan tekanan hidrostatis dalam menyelesaikan permasalahan fisika 2. Memformulasikan
persamaan
hukum
Pascal
dalam
menyelesaikan
permasalahan fisika 3. Memformulasikan persamaan hukum Archimedes dalam menyelesaikan permasalahan fisika KATA KUNCI 1.
Hukum Archimedes
2.
Hukum Pascal
3.
Tekanan Hidrostatis
PENGANTAR Apakah Anda pernah naik pesawat? Jika belum, setidaknya Anda pernah melihat pesawat. Akan tetapi, tahukah Anda mengapa pesawat bisa terbang? Kebanyakan jawaban dari pertanyaan ini sama dengan jawaban dari pertanyaan: “mengapa burung bisa terbang?”, yaitu karena memiliki sayap. Tentunya jawaban ini benar. Akan tetapi, selain sayap, ada faktor lain yang menyebabkan pesawat itu bisa terbang. Faktor apa sajakah itu? Pertanyaan di atas akan dijawab di dalam pokok bahasan ini, yaitu tentang mekanika fluida. Selain menjawab pertanyaan di atas, juga akan dipelajari beberapa materi pokok, yaitu tekanan hidrostatis, hukum Pascal dan hukum Archimedes.
MATERI TEKANAN HIDROSTATIS 1. Massa Jenis Massa jenis atau kerapatan (density) adalah tingkat kerapatan suatu zat. Benda tersusun atas bahan murni, misalnya emas murni yang dapat memiliki berbagai ukuran ataupun massa, tetapi kerapatannya akan sama untuk semuanya. Setiap benda di permukaan bumi ini tersusun atas bahan yang berbeda sehingga memiliki massa jenis yang berbeda pula. Inilah yang menyebabkan setiap benda berbeda dengan benda lainnya, meskipun memiliki struktur yang mirip atau hampir sama jika terlihat secara fisik, seperti besi dan baja. Massa jenis berfungsi untuk menentukan jenis suatu zat. Setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda. Suatu zat berapapun massa dan volumenya akan memiliki massa jenis yang sama. Massa jenis suatu benda merupakan perbandingan antara massa terhadap volumenya. Secara matematis, definisi ini dapat dituliskan:
m ---(1.1) V
Keterangan: massa jenis (kg.m-3) m massa (kg) V volume (m3) Satuan massa jenis dalam SI adalah kg.m-3. Dalam sistem CGS, satuan massa jenis adalah g.cm-3 dimana 1 g.cm-3 = 1000 kg.m-3. Contoh Soal 1.1 Sebuah kubus aluminium memiliki volume 250 cm3 mempunyai massa 675 g. Berapakah besar massa jenis kubus tersebut?
m 675 g 675 x 10 3 kg V 250 cm3 250 x 10 6 m 3 m 675 x 10 3 kg 2.700 kg.m 3 6 3 V 250 x 10 m Jadi besarnya massa jenis aluminium tersebut adalah 2.700 kg.m-3.
Contoh Soal 1.2 Aluminium memiliki massa jenis 2,7 g/cm3. Suatu potongan aluminium memiliki massa 135 g. Berapakah volume potongan aluminium tersebut? Penjelasan: 2,7 g / cm3 m 135 g 135 g m V 50 cm3 3 2,7 g / cm Contoh Soal 1.3 Suatu zat memiliki massa m dan volume V. Zat tersebut memiliki massa jenis 1800 kg/m3. Jika volume zat tersebut diperbesar 2 kali dari volume awal dengan massa tetap, berapakah massa jenis zat tersebut? Berdasarkan jawaban tersebut, bagaimanakah hubungan antara massa jenis dengan volume benda? Penjelasan: Berdasarkan soal di atas, maka dapat diselesaikan sebagai berikut. m1 m 2 1 V1 2 V2 1800 V 2 2V 2 900 kg / m 3 Berdasarkan hasil di atas, maka dapat disimpulkan bahwa massa jenis suatu zat berbanding terbalik dengan volumenya. Semakin besar volume suatu zat, maka massa jenisnya semakin kecil jika massa benda tersebut dibuat tetap.
Persamaan di atas memperlihatkan bahwa massa jenis suatu bahan sebanding dengan massanya dan berbanding terbalik dengan volumnye. Artinya, semakin besar massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya.
Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda memiliki massa jenis lebih tinggi (misalnya besi) akan memiliki volume yang lebih rendah daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah (misalnya air). Berikut ini adalah berbagai contoh massa jenis bahan yang sudah pernah diukur. TABEL 1.1. MASSA JENIS BEBERAPA BAHAN Massa Jenis (kg.m-3) Emas 19,3 x 103 Uranium 18,7 x 103 Timah 11,3 x 103 Tembaga 8,92 x 103 Besi 7,86 x 103 Aluminium 2,70 x 103 Magnesium 1,75 x 103 Air 1,00 x 103 Udara pada suhu 270C 0,0012 x 103 Sumber: Halliday (2010: 10) Bahan
Catatan: Massa jenis di atas diukur pada suhu 00C dan tekanan 1 atm, kecuali yang tertulis suhu pengukurannya. 2. Tekanan Hidrostatis Tekanan hidrostatis (Ph) adalah tekanan yang dilakukan zat cair pada bidang dasar tempatnya. Tekanan hidrostatis ini merupakan akibat dari adanya berat zat cair itu sendiri. Tekanan pada zat cair berbeda dengan tekanan pada zat padat. Pada zat cair, tekanannya diberikan ke segala arah. Oleh karena itu, gaya yang bekerja pada dasar sebuah bejana tidak tergantung pada bentuk bejana dan jumlah zat cair dalam bejana. Telah dijelaskan sebelumnya bahwa tekanan merupakan besarnya gaya yang bekerja pada suatu luas permukaan. Gaya berat yang diberikan fluida di dalam wadah sebesar
F mg ---(1.2)
Akibat adanya gaya berat ini, maka fluida juga memberikan tekanan yang besarnya bergantung pada luas penampang wadahnya. Secara matematis, dapat dituliskan:
P
F ---(1.3) A
Dengan mensubtitusi persamaan (1.2) ke dalam persamaan (1.3), persamaan tekanan di atas dapat ditulis menjadi:
P
mg ---(1.4) A
Dari persamaan (1.1), diketahui bahwa massa merupakan hasil kali antara massa jenis dan volume. Dengan demikian, persamaan (1.4) di atas dapat ditulis menjadi:
P
gV ---(1.5) A
Karena V = h A, dan tekanan yang dibahas di atas tidak lain adalah tekanan hidrostatis, maka persamaan di atas dapat ditulis menjadi:
Ph gh ---(1.6) Jika wadah dalam keadaan terbuka, maka perlu memperhitungkan besarnya tekanan atmosfer yang berpengaruh. Dengan demikian, persamaa (1.6) di atas dapat ditulis menjadi:
Ph P0 gh ---(1.7) Keterangan: Ph tekanan hidrostatis (N.m2, Pa) massa jenis (kg.m-3)
g percepatan gravitasi bumi (9,8 m.s-2) h kedalaman fluida (m)
Contoh Soal 1.4 Seorang menyelam sampai kedalaman 4 m (1 meter sebelum sampai dasar kolam) jika massa jenis air 1000 kg/m3 dan g=10 m/s2, berapakah a. Tekanan hidrostatik yang dialami orang b. Tekanan hidrostatik dasar kolam Solusi: ho = 4 m, hdasar = 5 m =103 kg/m3 g=10 m/s2 a. Porang = gh = 1000.10.4 = 4.104 Pa b. Pdasar = .g.h = 1000.10.5 = 5.105 Pa Contoh penerapan atau peristiwa tekanan hidrostatis dalam kehidupan seharihari adalah sebagai berikut. a. Berenang Ketika berenang, semakin dalam kita menyelam maka telinga akan terasa sakit. Hal ini terjadi karena semakin dalam kita menyelam maka tekanan hidrostatis juga akan semakin besar. b. Bendungan Pada bendungan, dinding bendungan bagian bawah lebih tebal daripada bagian atas. Hal ini didasarkan pada konsep tekanan hidrostatis bahwa semakin dalam air dari permukaan, maka tekanan air semakin besar. Artinya, tekanan fluida di bagian dasar bendungan lebih besar. Oleh karena itu, bagian bawah bendungan perlu dibuat tebal untuk menahan besarnya tekanan pada bagian bawah. c. Infus Sebelum pemasangan infus pada pasien, biasanya dilakukan pengukuran tekanan darah terlebih dahulu. Hal ini bertujuan untuk mengetahui tekanan darah pasien sehingga tekanan infus dapat disesuaikan. Dalam pemasangan
infus, tekanan infus harus lebih tinggi daripada tekanan darah pasien agar cairan infus mengalir ke dalam tubuh pasien. Jika tekanan darah pasien lebih besar dari tekanan cairan infus maka yang terjadi darah pasien akan mengalir melalui selang infus menuju kantong infus. HUKUM PASCAL Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruangan tertutup akan diteruskan ke segala arah dan sama besar. Hukum Pascal berhubungan dengan tekanan hidrostatis di ruang tertutup. Penerapan prinsip Hukum Pascal memungkinkan dengan gaya yang lebih kecil pada pipa kecil, dapat mengangkat beban lebih besar pada pipa besar. Jadi, dengan menaik-turunkan piston, tekanan pada tabung pertama akan diteruskan ke tabung kedua yang memiliki luas penampang lebih besar. Tabung kedua akan mengangkat beban yang sangat berat. Prinsip inilah yang berlaku pada mesin hidrolik pengangkat mobil dan dongkrak sehingga dapat mengangkat mobil dengan mudah. Berdasarkan hukum Pascal, dua pengisap yang memiliki kedudukan sama akan memiliki tekanan yang sama. Secara matematis, persamaan tekanan di dalam hukum Pascal dapat dituliskan sebagai berikut.
P1 P2 ---(1.8) Jika persamaan (1.3) disubtitusi ke persamaan (1.8) di atas, maka akan terbentuk persamaan: F1 F 2 ---(1.9) A1 A 2
Untuk menghitung besarnya gaya pada salah satu penampang, misalnya pada penampang 2 (F2), maka persamaan (1.9) di atas menjadi F2 A 2
F1 atau A1
A F2 2 F1 ---(1.10) A1 Jika penampang memiliki diameter d, maka luas penampang dapat dihitung
1 dengan persamaan A d 2 sehingga persamaan (1.10) di atas dapat ditulis 4 1 2 d 2 F1 . Jika disederhanakan, maka persamaan ini akan menjadi: menjadi F2 4 1 d 2 1 4 2
d F2 2 F1 ---(1.11) d1 Keterangan: F1, F2 : gaya pada penampang pengisap 1 dan 2 (N) A1, A2 : luas penampang pengisap 1 dan 2 (m2) d1, d2 : diameter penampang pengisap 1 dan 2 (m)
Contoh Soal 1.5. Sebuah alat pengangkat mobil menggunakan luas penampang pada pengisap kecil sebesar 10 cm2 dan pengisap besar 50 cm2. Berapakah gaya yang harus diberikan agar dapat mengangkat sebuah mobil yang beratnya 20.000 N? Penyelsaiaian: A1 = 10 cm2 A2 = 50 cm2 F2 = 20.000 N F1 = …? A 10 F1 1 F2 20.000 N 4.000 N 50 A2
Ada beberapa peralatan yang menggunakan prinsip kerja hukum Pascal diantaranya sebagai berikut. 1. Dongkrak hidrolik Dongkrak hidrolik kebanyakan digunakan pada mobil saat mengganti salah satu ban mobil. Dongkrak hidrolik ini berfungsi untuk menjaga keseimbangan mobil pada saat salah satu bannya diganti. Ukuran dongkrak hidrolik sebenarnya jauh kebih kecil daripada mobil itu sendiri, tetapi dengan menggunakan prinsip Pascal sehingga mobil dapat terangkat. Prinsip kerja dongkrak hidrolik ini adalah sebagai berikut. Ketika sebuah gaya F1 diberikan melalui tuas dongkrak, maka tuas tersebut menekan pengisap kecil yang memiliki penampang A1. Tekanan ini kemudian diteruskan ke segala arah, termasuk pada penampang A2. Dengan demikian, bagian mobil yang ada di atas penampang A2 akan terangkat akibat adanya gaya F2. Persamaan matematis pada dongkrak hidrolik juga memenuhi persamaan hukum Pascal pada persamaan (1.9) di atas. 2. Mesin hidrolik pengangkat mobil Mesin hidrolik pengkat mobil ini kebanyakan digunakan pada tempat-tempat pencucian mobil dan bengkel-bengkel besar. Prinsip kerja mesin hidrolik ini sama dengan prinsip kerja pada dongkrak hidrolik. Perbedaan antara mesin hidrolik dan dongkrak hidrolik hanya terletak pada ukuran pistonnya. Pada mesin hidrolik, pistonnya lebih besar karena memangm mengangkat mobil secara total, sedangkan pada dongkrak hidrolk, hanya menahan beban mobil pada bagian tertentu. 3. Rem hidrolik Rem hidrolik kebanyakan digunakan pada mobil. Rem hidrolik ini bekerja jika pengemudi menginjak pedal rem. Dengan menggunakan prinsip hukum
Pascal, gaya kecil yang diberikan untuk menginjak pedal rem dapat mengurangi atau menghentikan laju mobil. Hal ini terjadi karena ketika pedal rem diinjak atau diberikan gaya, maka gaya tersebut akan diteruskan melalui minyak yang ada di dalam pipa hingga akhirnya sampai pada rem mobil. Rem inilah yang menjepit piringan pada veleg mobil. 4. Pompa sepeda Pompa sepeda terdiri atas 2 macam, yaitu pompa biasa dan pompa hidrolik. Pompa biasa membutuhkan banyak energi pada saat memompa ban sepeda, sedangkan pada pompa hidrolik, hanya dengan energi yang kecil, sudah dapat memompa ban. 5. Mesin pengpres kapas (kempa) Mesin ini digunakan untuk mengepres kapas dari perkebunan sehingga mempunyai ukuran yang cocok untuk disimpan atau didistribusikan. Cara kerja alat ini adalah sebagai berikut. Gaya tekan dihasilkan oleh pompa yang menekan pengisap yang berpenampang kecil. Akibat gaya ini, pengisap besar bergerak ke atas dan mendorong kapas. Akibatnya, kapas akan termampatkan. HUKUM ARCHIMEDES Penemuan hukum Archimedes merupakan salah satu penemuan konsep di dalam fisika yang diperoleh secara tiba-tiba atau tidak sengaja. Hukum Archimedes ini ditemukan oleh Archimedes yang berawal ketika ia diberi tugas oleh pihak kerajaan untuk mengetahui massa jenis yang terkandung pada sebuah mahkota raja yang bertahtakan permata yang sangat indah. Archimedes berpikir begitu lama untuk menemukan cara mengetahui massa jenis mahkota tersebut. Suatu ketika, saat Archimedes mandi dalam bak air, air melimpah keluar dari bak mandi tersebut. Keadaan ini memberikan suatu gambaran dalam benak Archimedes. Kemudian dia ulangi lagi saat dia masuk ke bak mandi tersebut maka
sejumlah air keluar dari bak mandi. Akhirnya, dia menganalisa mengenai seberapa banyaknya air yang keluar, dan yang tersisa adalah sebanding dengan massa jenis dari badannya sendiri. Menurut sejarah, apa yang ia temukan itu membuatnya bersemangat dan berlari ke jalan dengan bertelanjang seraya meneriakkan ‘eurica’, ‘eurica’, yang artinya “aku dapat, “aku dapat”. Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering merasakan bahwa sebuah benda yang berada di dalam air terasa lebih ringan dibandingkan dengan beratnya di udara. Dalam zat cair, berat benda menjadi berkurang. Hal ini diakibatkan oleh adanya gaya apung. Dengan adanya gaya apung, berat benda dalam zat cair akan berkurang. Bertambahnya kedalaman mengakibatkan gaya pada bagian bawah benda yang berada di dalam air lebih besar daripada gaya yang bekerja pada bagian atas benda. Akibatnya ada selisih gaya yang bekerja pada benda, yang selanjutnya kita sebut gaya apung yang arahnya selalu ke atas. Salah satu cara mengukur besarnya gaya apung ini adalah dengan mengukur besarnya volume zat cair yang berpidah pada saat benda di musukkan ke dalam zat cair. Secara matematis, besarnya gaya apung yang dialami oleh suatu benda yang dicelupkan di dalam fluida dapat dihitung dengan persamaan berikut.
FA w u w f ---(1.12) Keterangan: FA gaya apung ( N)
w u berat benda di udara ( N) w f berat benda dalam zat cair ( N Untuk menjelaskan lebih jauh mengenai persamaan hukum Archimedes, perhatikanlah gambar di samping. Berdasarkan gambar tersebut, diperoleh gaya yang menekan
permukaan
benda
F1 p1A1 p0 gx A
sedangkan gaya yang menekan dasar benda ke atas
sebesar F2 p2 A2 p0 gx hA . Gaya
bersih
ke
atas
atau
gaya
apung
dapat
ditulis
menjadi
F2 F1 p0 gx h A p0 gx A sehingga diperoleh: F2 F1 f ghA ---(1.13) Jika gaya apung F2 F1 FA dan hA Vbf , maka persamaan (1.13) di atas dapat ditulis menjadi:
FA f gVbf ---(1.14) Keterangan: FA gaya yang dilakukan zat cair terhadap benda (N) f massa jenis fluida (kg.m-3) g percepatan gravitasi bumi (9,8 m.s-2) Vbf volume benda yang tercelup ke dalam fluida (m3) Persamaan di atas merupakan persamaan umum untuk gaya apung atau gaya Archimedes yang dialami oleh benda yang tercelup sebagaian atau keseluruhan ke dalam fluida. Contoh Soal 1.6 Sebuah kubus memiliki panjang rusuk 10 cm. Kubus tersebut dicelupkan seluruhnya ke dalam kolam berisi air. Berapakah besarnya gaya angkat yang diberikan zat cair pada kubus tersebut jika percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s2 dan masa jenis air ρair = 1000 kg/m3. Penyelesaian: f 1000 kg.m 3
g 10 m.s 2
r 10 cm 10 1 m
Vbf r 3 10 1 m 10 3 m3 3
FA f gVbf 1000 1010 3 10 N Jadi gaya apung yang dialami oleh kubus tersebut adalah 10 N.
Ketika kita membenamkan sebuah benda yang memiliki volume V ke dalam fluida, maka akan ada fluida yang dipindahkan sebanyak volume benda yang dibenamkan. Dengan demikian volume benda adalah V dan massa fluida yang dipindahkan adalah m = ρV. Akhirnya, persamaannya dapat dituliskan :
FA mg ---(1.15) Perlu diingat kembali bahwa berat merupakan hasil kali antara massa dengan percepatan gravitasi bumi. Jadi, persamaan di atas memperlihatkan bahwa gaya apung yang bekerja pada sebuah benda yang dibenamkan sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Pada peristiwa mengapung, berat benda sama dengan gaya apung yang diberikan fluida ke atas. Pada peristiwa ini, hanya sebagian benda yang tercelup, sedangkan bagian yang lainnya muncul ke permukaan (Vtercelup< Vbenda). Peristiwa ini terjadi karena massa jenis rata-rata benda lebih kecil daripada massa jenis fluida ( b
ratarata
f ). Contohnya adalah gabus yang berada di atas permukaan
air, tutup botol, kayu dan kapal laut yang berada di permukaan laut. Dalam keadaan setimbang, jumlah gaya yang bekerja pada benda adalah nol.
F 0 ---(1.16) Karena gaya yang bekerja pada benda hanya dua, yaitu gaya berat dan gaya apung, sehingga persamaan (1.16) di atas dapat ditulis menjadi FA W 0 atau
FA w ---(1.17) Jika besarnya gaya apaung pada persamaan (1.14) disubtitusi ke dalam persaamaan (1.17) dan berat benda dirumuskan w b gVb , maka persamaan (1.17) di atas dapat ditulis menjadi:
f gVbf b gVb ---(1.18)
Persamaan (1.18) di atas juga dapat ditulis menjadi:
V f b ---(1.19) b Vbf Keterangan: FA gaya yang dilakukan zat cair terhadap benda (N) f massa jenis fluida (kg.m-3) b massa jenis benda (kg.m-3) g percepatan gravitasi bumi (9,8 m.s-2) Vbf volume benda yang tercelup ke dalam fluida (m3)
Vb = volume benda yang secara total (m3) Peristiwa melayang hampir sama dengan mengapung. Kedua-duanya memiliki berat yang sama dengan gaya angkat yang diberikan pada fluida. Akan tetapi, pada peritiwa ini, seluruh benda tercelup ke dalam fluida. Peristiwa ini terjadi karena massa jenis rata-rata benda sama dengan massa jenis fluida
b ratarata
f . Contohnya adalah kapal selam, penyelam dan telur ayam yang
melayang dalam air garam. Peristiwa tenggelam terjadi karena massa jenis rata-rata benda lebih besar
daripada massa jenis fluida b ratarata f . Pada peristiwa ini, berat benda lebih besar dibanding gaya ke atas (w > Fa). Ketika benda tenggelam, posisinya berada pada dasar fluida. Contohnya adalah batu, besi atau tanah yang dimasukkan ke dalam air. Secara matematis, peristiwa mengapung, melayang dan tenggelam dapat dituliskan sebagai berikut.
w FA ---(1.20) Jika berat benda w bgVb , maka persamaan di atas dapat ditulis menjadi:
bgVb FA ---(1.21) Dengan mensubtitusi perasamaan (1.21) ke dalam persamaan (1.14), maka akan diperoleh persamaan berikut.
b gVb f gVbf ---(1.22) Keterangan: FA gaya yang dilakukan zat cair terhadap benda (N) b massa jenis fluida (kg.m-3)
f massa jenis fluida (kg.m-3) g percepatan gravitasi bumi (9,8 m.s-2) Vb volume benda (m3) Vbf volume benda yang tercelup ke dalam fluida (m3)
Penerapan hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut. 1. Hidrometer Hidrometer yaitu alat yang digunakan untuk menghitung besarnya massa jenis fluida. Massa jenis fluida terlihat pada pembacaan skala oleh hidrometer yang mengapung di atas fluida. Prinsip matematis hidrometer ini menggunakan persamaan:
hb
m ---(1.23) A f
2. Balon Udara Gaya apung yang dialami oleh balon udara sama dengan berat udara yang dipindahkannya. Balon udara bisa terangkat karena massa jenis gas yang mengisi balon lebih kecil daripada massa jenis udara yang ada di sekitarnya.
3. Kapal laut Kapal laut terbuat dari baja atau besi memiliki massa jenis yang lebih besar daripada massa jenis air laut. Terapungnya kapal ini disebabkan oleh adanya gaya angkat yang diberikan oleh air yang disebut dengan gaya apung. Selain gaya apung, pada kapal juga dilengkapi dengan ruang berongga yang berfungsi untuk memindahkan volume air lebih besar. 4. Kapal Selam Kapal selam merupakan salah satu jenis kapal yang banyak digunakan terutama untuk keperluan militer. Kapal ini dapat bergerak di dalam air sejauh ratusan bahkan ribuan kilometer. Jenis kapal ini memiliki dua rongga pada badannya, yaitu rongga dalam dan rongga luar. Rongga dalam berfungsi sebagai tempat awak kapal untuk melakukan aktivitasnya, dan juga dijadikan sebagai ruang kontrol kapal. Rongga bagian luar berfungsi untuk mengatur volume air. Pengaturan volume air pada kapal ini berfungsi untuk membuat kapal menjadi tenggelam, melayang atau terapung. Untuk membuat kapal ini tenggelam, maka air laut dipompa ke dalam rongga. Banyaknya air yang dimasukkan ke dalam rongga disesuaikan dengan kedalaman kapal yang diinginkan atau disesuaikan kedalamn laut. Hal yang sama juga dilakukan pada saat kapa ingin dibuat melayang dan terapung. Untuk membuatnya terapung, maka air dalam rongga harus dipompa keluar. Intinya, volume air dalam rongga menjadi penentu keadaan kapal di dalam air laut. 5. Galangan Kapal Galangan kapal berfungsi sebagai tempat untuk memperbaiki kapal yang rusak serta membuat kapal yang baru. Untuk mempermudah dalam pengerjaan kapal, maka galangan permukaan galangan kapal ini dibuat lebih luas sehingga volumenya lebih besar daripada kapal yang akan diangkat. Prinsip kerja dari galangan kapal ini sama seperti prisip kerja kapal selam.
Saat kapal akan dimasukkan, maka galangan kapal diisi dengan air laut sehingga masuk ke dalam laut. Setelah kapal masuk ke dalam galangan, maka air yang ada di dalam galangan tersebut dipompa keluar sehingga akan kembali ke permukaan. Tentunya, galangan kapal naik ke permukaan dengan kapal di atasnya. RANGKUMAN 1. Massa jenis suatu benda dapat dihitung dengan menggunakan persamaann
m V
2. Tekanan hidrostatis yang dialami oleh suatu dasar wadah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Ph P0 gh 3. Hukum Pascal memiliki persamaan
F1 F 2 A1 A 2
4. Beberapa alat yang memanfaatkan prinsip hukum Pascal adalah dongkrak hidrolik, mesin hidrolik pengangkat mobil, rem hidrolik, pompa sepeda, mesin pengepres kapas (kempa). 5. Hukum Archimedes memiliki persamaan FA f gVbf 6. Beberapa alat yang memanfaatkan prinsip hukum Archimedes adalah hidrometer, balon udara, kapal laut, dan galangan kapal. SOAL-SOAL PILIHAN GANDA 1. Dalam sebuah gelas ukur akan dimasukkan tiga jenis fluida, yakni minyak, air, dan air raksa. Menurut Anda, susunan fluida yang akan terjadi di dalam gelas ukur tersebut dari atas ke bawah adalah… A. Minyak – Air – Raksa B. Air – Minyak – Raksa C. Minyak – Raksa – Air D. Raksa – Air – Minyak
E. Air – Raksa - Minyak 2. Sebuah balok dimasukkan ke dalam wadah yang berisi air yang massa jenisnya 1 g/cm3 dan minyak yang massa jenisnya 0,8 g/cm3. Jika balok itu mengapung dengan 50% ketinggiannya tenggelam di dalam air dan 30 % ketinggiannya di dalam minyak, massa jenis balok tersebut adalah... A. 0,24 gr/cm3 B. 0,32 gr/cm3 C. 0,5 gr/cm3 D. 0,63 gr/cm3 E. 0,74 gr/cm3 3. Sebuah bejana berisi dua lapisan cairan berupa air dan minyak. Diketahui massa jenis air 1 g/cm3, massa jenis minyak 0,8 g/cm3, dan g = 10 m/s2. Ketinggian air dan minyak dalam bejana yaitu 20 cm. Tekanan hidrostatis pada dasar bejana adalah... A. 1.600 N.m-2 B. 2.000 N.m-2 C. 2.400 N.m-2 D. 3.000 N.m-2 E. 3.600 N.m-2 4. Bejana berisi air setinggi 20 cm dan minyak setinggi 5 cm. Massa jenis air dan minyak berturut-turut adalah 1 g/cm3 dan 0,8 g/cm3. Jika g = 9,8 m/s2, tekanan hidrostatis di dasar bejanan sebesar.... A. 392 N/m2 B. 490 N/m2 C. 784 N/m2 D. 1.960 N/m2 E. 2.352 N/m2 5. Perhatikan daftar kegiatan di bawah ini! (1) Andi memompa ban sepeda (2) Budi menyelam di kolam renang
(3) Pak Cecep merem mobilnya yang sementara melaju (4) Pilot menerbangkan pesawatnya (5) Mengangkat mobil dengan mesin hidrolik Dari data di atas, kegiatan yang menggunakan hukum Pascal adalah… A. (1), (2), (3) B. (1), (2), (4) C. (1), (2), (5) D. (1), (3), (4) E. (1), (3), (5) 6. Tekanan yang dilakukan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dan sama besar. Hal tersebut merupakan pernyataan… A. hukum utama hidrostatik B. hukum Archimedes C. hukum Pascal D. hukum Bernoulli E. hukum kontinuitas 7. Sebongkah es dengan volume V berada di laut. Diketahui massa jenis air laut 1,2 g/cm3 dan massa jenis es 0,8 g/cm3. Volume bongkahan es yang tidak tercelup di air laut sebesar... A. ¾ V B. 2/3 V C. 2/5 V D. 1/3 V E. ¼ V 8. Balok kayu terapung di atas minyak yang bermassa jenis 8.500 kg.m-3. Balok tersebut mempunyai ukuran panjang, lebar dan tinggi secara berurutan adalah 0,9 m, 0,7 m dan 0,5 m. Jika yang tenggelam dari balok tersebut hanya 3/5 bagian saja maka gaya apungnya adalah… A. 0,9 x 104 N
B. 1,6 x 104 N C. 2,7 x 104 N D. 4,6 x 104 N E. 5,0 x 104 N 9.
Sebuah benda terbuat dari besi terapung di atas permukaan air dan mengalami gaya sebesar 13 N terhadap permukaan air. Besarnya tegangan permukaan pada air adalah 35 N/m. Panjang benda tersebut adalah… A. 0,37 m B. 0,47 m C. 0,57 m D. 0,67 m E. 0,77 m
10. Di bawah ini yang merupakan akibat dari adanya tegangan permukaan adalah… A. Kapal mengapung, silet mengapung dalam air, terbentuknya busa sabun B. silet mengapung dalam air, terbentuknya busa sabun, batu tenggelam dalam air C. terbentuknya busa sabun, batu tenggelam dalam air, benda jatuh ke bawah D. batu tenggelam dalam air, benda jatuh ke bawah, kapal mengapung E. benda jatuh ke bawah, kapal mengapung, silet mengapung dalam air ESSAI 1. Sebuah balok memiliki ukuran 3 cm x 2 cm x 1 cm terapung di permukaan air yang memiliki massa jenis 1000 kg/m3. Tentukan massa jenis balok dan berapa bagian balok yang tercelup di dalam air! 2. Tentukanlah tekanan hidrostatis yang dialami oleh seekor ikan yang sedang berenang pada kedalaman 10 meter dari permukaan sungai! 3. Tinjau sebuah pompa hidrolik yang mempunyai perbandingan diameter penghisap 1: 50. Jika pada penghisap besar dimuati sebuah mobil dengan berat
35.000 N, berpakah gaya yang harus diberikan pada pengisap kecil agar setimbang? 4. Massa sesungguhnya dari sebuah benda adalah 400 g. Jika ditimbang di dalam air, massanya seakan-akan menjadi 325 g dan jika ditimbang pada cairan lain, massanya seolah-olah menjadi 225 gram. Jika massa jenis air adalah 1 g/cm3 , berapakah massa jenis cairan tersebut? 5. Seseorang akan menjual sebongkah emas dengan harga murah. Ketika ditimbang, massa emas itu adalah 12,8 kg. Karena ragu-ragu, calon pembeli menimbangnya di dalam air dan mendapatkan bahwa massa bongkahan emas tersebut sama dengan 11,5 kg. Pembeli berkesimpulan bahwa bongkahan emas tersebut bukan emas murni. Bagaimana anda menjelaskan peristiwa tersebut jika diketahui massa jenis emas murni adalah 19.300 kg/m3? DAFTAR PUSTAKA Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Edisi Ke lima Jilid 1, Terjemahan. Jakarta: Erlangga. Halliday, David, dkk. 2010. Fisika Dasar Jilid 7 Edisi ke 1, Terjemahan. Jakarta: Erlangga. Sears, F. W. dan Zemansky, M.W. 2001. Fisika universitas jilid 1. Jakarta : Erlangga. Serway , A. Raymond dan John W. Jewett. 2009. Fisika untuk sains dan teknik. Jakarta: Penerbit Salemba Teknika. Tipler, Paul A. 2001. Fisika Untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 2 (Terjemahan Dr. Bambang Soegijono). Jakarta: Erlangga. Young, Hugh D. dan Roger A. Freedman. 2002. Fisika Universitas, Terjemahan. Erlangga : Jakarta.
