UAS E-LEARNING

HUKUM ARCHIMEDES

A.       TUJUAN

1.     Dapat mengukur volume dan berat air yang dipindahkan oleh benda yang tenggelam di dalam air.

2.     Dapat mengetahui dan memahami hukum Archmedes.

B.      DASAR TEORI

Hukum archimedes memberikan pemahaman kepada kita tentang tekanan yang terjadi pada benda yang diletakan pada zat cair. Hukum archimedes ditemukan oleh ilmuwan berkebangsaan Yunani pada tahun 187-212 SM yang bernama Archimedes. Archimedes adalah seorang penemudan ahli matematika dari Yunani yang terkenal sebagai penemu hukum hidrostatika atau yang sering disebut Hukum Archimedes.

Archimedes 187-212 SM

1.         Hukum Archimedes

Pada saat kita berjalan atau berlari di dalam air, kita tentunya akan merasakan bahwa langkah kita lebih berat dibandingkan jika kitamelangkah di tempat biasa. Gejala ini disebabkan adanya tekanan dari zat cair. Pengamatan ini memunculkan sebuah hukum yang dikenal Hukum , yaitu :

“Jika sebuah benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka benda tersebut akan mendapat gaya yang disebut gaya apung (gaya ke atas) sebesar berat zat cair yang dipindahkannya.”

Akibat adanya gaya apung, berat benda dalam zat cair akan berkurang. Benda yang diangkat dalam zat cair akan terasa lebih ringan dibandingkan diangkat di darat. Jadi, telah jelas bahwa berat benda seakan berkurang bila benda dimasukkan ke dalam air. Hal itu karena adanya gaya ke atas yang ditimbulkan oleh air dan diterima benda. Dengan demikian maka resultan gaya antara gaya berat dengan gaya ke atas merupakan berat benda dalam air. Selanjutnya berat disebut dengan berat semu yaitu berat benda tidak sebenarnya karena benda berada dalam zat cair. Benda dalam air diberi simbol W_S.

Hubungan antara berat benda di udara (W), gaya ke atas (F_a) dan berat semu (W_s) adalah :

 

dengan:

W_s = berat benda dalam zat cair (Kg⋅m/s²)
W = berat benda sebenarnya (Kg⋅m/s²)
F_a = gaya apung (N)

dan besarnya gaya apung (F_a) dirumuskan sebagai berikut :

dengan:

ρ_cair = massa jenis zat cair (kg/m³)
V_b = volume benda yang tercelup (m³)
g = percepatan gravitasi (m/s²)

2.      Benda Dalam Hukum Archimedes

Bila benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka ada 3 kemungkinan yang terjadi yaitu tenggelam, melayang, dan terapung.

a.     Benda Tenggelam

Benda disebut tenggelam dalam zat cair apabila posisi benda selalu terletak pada dasar tempat zat cair berada.

Benda Tenggelam

Pada benda tenggelam terdapat tiga gaya yaitu :

W = gaya berat benda
_a = gaya archimedes
N = gaya normal bidang

Dalam keadaan seimbang maka W = N + F_a  sehingga :

  

ρ_b = massa jenis benda
ρ_ZC = massa jenis zat cair

b.    Benda Melayang

Benda melayang dalam zat cair apabila posisi benda di bawah permukaan zat cair dan di atas dasar tempat zat cair berada.

Benda Melayang

Pada benda melayang terdapat dua gaya yaitu: F_a dan W. Dalam keadaan seimbang maka :

c.     Benda Terapung

Benda terapung dalam zat cair apabila posisi benda sebagian muncul dipermukaan zat cair dan sebagian terbenam dalam zat cair.

Benda Terapung

Pada benda terapung terdapat dua gaya yaitu :Fa dan W. Dalam keadaan seimbang maka :

karena V_b > V₂ maka : ρ_b < ρ_ZC

3.    Penerapan Hukum Archimedes

Berikut ini adalah beberapa contoh penerapan Hukum Archimedes dalam kehidupan sehari-hari.

a.     Penerapan Hukum Archimedes Untuk Menentukan Massa Jenis Benda

dengan:

V_air = volume air yang dipindahkan
m = massa benda di udara
m_s = massa semu benda (di air)
ρ_benda = massa jenis benda
ρ_air = massa jenis air

b.    Penerapan Hukum Archimedes Dalam Bidang Teknik

Penerapan Hukum Archimedes dalam bidang teknik adalah sebagai berikut.

a) Kran otomatis pada penampungan air

Jika di rumah kita menggunakan mesin pompa air, maka dapat kita lihat bahwa tangki penampungnya harus diletakkan pada ketinggian tertentu. Tujuannya adalah agar diperoleh tekanan besar untuk mengalirkan air. Dalam tangki tersebut terdapat pelampung yang berfungsi sebagai kran otomatis. Kran ini dibuat mengapung di air sehingga ia akan bergerak naik seiring dengan ketinggian air. Ketika air kosong, pelampung akan membuka kran untuk mengalirkan air. Sebaliknya, jika tangki sudah terisi penuh, pelampung akan membuat kran tertutup sehingga secara otomatis kran tertutup.

b) Kapal selam

Pada kapal selam terdapat tangki yang jika di darat ia terisi udara sehingga ia dapat mengapung di permukaan air. Ketika kapal dimasukkan ke dalam air, tangki ini akan terisi air sehingga kapal dapat menyelam.

c) Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Alat ini berbentuk tabung yang berisi pemberat dan ruang udara sehingga akan terapung tegak dan stabil seketika. Hidrometer bekerja sesuai dengan prinsip Hukum Archimedes.

4.    CONTOH SOAL

Jika sebuah benda dengan massa jenis 0,6 g/cm³ dimasukkan ke dalam air dan volume benda yang terapung 40 cm³, maka hitunglah volume benda tersebut.

Pembahasan :
Dik :

 V' = 40 cm³;

ρ_c = 1 g/cm3

ρ_b = 0,6 g/cm³

V_b = V' + V"
V_b = 40 + V"

Pada keadaan setimbang berlaku :
ρ_c.V" = ρ_b.V_b
⇒ 1 (V'') = 0,6 (40 + V'')
⇒ V" = 24 + 0,6 V"
⇒ 0,4 V" = 24
⇒ V" = 60 cm³

Jadi, V_b = 40 + 60 = 100 cm³.

1.      REFERENSI

Handayani, Sri. Damari, Ari. 2009. Fisika untuk SMA dan MA kelas XI  BSE JP BOOKS. Jakarta:Pusat Perbukuan Depdiknas.

Tugas E-Learning (PhEt Simulation)

                                              RANGKAIAN SERI PARALEL

A.    TUJUAN

1.    Agar siswa dapat mengetahui bagaimana merangkai listrik secara seriparalel.

2.    Agar siswa dapat memahami prinsip rangkaian seri paralel.

B.       GAMBAR

C.    PENJELASAN

Dari gambar terlihat sebuah rangkaian yaitu rangkaian campuran seri paralel. Pada lampu B dan C tersusun secara paralel dan lampu A seri terhadap lampu B dan C.

Lampu A lebih terang dibandingkan lampu B dan C karena lampu B dan C disusun secara paralel sehingga berbagi arus (lampu tidak terlalu terang seperti lampu A).

Pada gambar terlihat besar tegangan sumbernya yaitu 40v.

D.    BAHAN AJAR

1.    RANGKAIAN SERI

Rangkaian seri terdiri dari dua atau lebih beban listrik yang dihubungkan ke satu daya lewat satu rangkaian. Rangkaian seri dapat berisi banyak beban listrik dalam satu rangkaian. Dua buah elemen berada dalam susunan seri jika mereka hanya memiliki sebuah titik utama yang tidak terhubung menuju elemen pembawa arus pada suatu jaringan. Karena semua elemen disusun seri, maka jaringan tersebut disebut rangkaian seri. Dalam rangkaian seri, arus yang lewat sama besar pada masing-masing elemen yang tersusun seri.

v  Sifat-sifat Rangkaian Seri adalah sebagai berikut:

a.    Arus yang mengalir pada masing beban adalah sama.

b.    Tegangan sumber akan dibagi dengan jumlah tahanan seri jika besar tahanan sama. Jumlah penurunan tegangan dalam rangkaian seri dari masing-masing tahanan seri adalah sama dengan tegangan total sumber tegangan.

c. Banyak beban listrik yang dihubungkan dalam rangkaian seri, tahanan total rangkaian menyebabkan naiknya penurunan arus yang mengalir dalam rangkaian. Arus yang mengalir tergantung pada jumlah besar tahanan beban dalam rangkaian.

d.  Jika salah satu beban atau bagian dari rangkaian tidak terhubung atau putus, aliran arus terhenti.

v  Prinsip dalam Rangkaian Seri adalah sebagai berikut:

a.     Hambatan total merupakan hasil penjumlahan tiap-tiap hambatan serinya.

b.  Kuat arus dalam tiap-tiap hambatannya tetap dan besar kuat arus setiap hambatan sama dengan kuat arus totalnya,

c. Beda potensial/tegangan tiap-tiap hambatannya berbeda-beda dan hasil penjumlahan tegangan tiap-tiap hambatannya sama dengan tegangan totalnya.

V total = V1 + V2 +.. Vn

I total = I1 = I2 =…. I n

R total = R1 + R2 + ... Rn

v  Contoh paling sederhana penerapan rangkaian listrik seri dalam kehidupan sehari-hari (di rumah) yaitu:

a.    Lampu hias pohon Natal model lama (yang baru pakai rangkaian elektronik & lampu LED) merupakan rangkaian seri beberapa lampu (12V di-seri 20 pcs) sehingga dapat menerima tegangan sesuai dengan jala-jala (220V).

b.    Lampu TL (tube Lamp) atau orang bilang lampu neon, model lama yang masih memakai ballast, di dalam box nya memakai rangkaian seri antara jala-jala dengan ballastnya.

c.    Di dalam setrika listrik ada rangkaian seri dengan bimetal (temperatur kontrol), demikian juga kulkas.

d.     Sakelar/switch merupakan penerapan rangkaian seri dengan beban.

  

 2.    RANGKAIAN PARALEL

Rangkaian Paralel merupakan salah satu yang memiliki lebih dari satu bagian garis edar untuk mengalirkan arus.  Dalam kendaraan bermotor, sebagian besar beban listrik dihubungkan secara paralel. Masing-masing rangkaian dapat dihubung-putuskan tanpa mempengaruhi rangkaian yang lain.

v  Sifat-sifat Rangkaian Paralel adalah sebagai berikut:

a.     Tegangan pada masing-masing beban listrik sama dengan tegangan sumber.

b.   Masing-masing cabang dalam rangkaian parallel adalah rangkaian individu. Arus masing- masing cabang adalah tergantung besar tahanan cabang.

c. Sebagaian besar tahanan dirangkai dalam rangkaian parallel, tahanan total rangkaian mengecil, oleh karena itu arus total lebih besar. (Tahanan total dari rangkaian parallel adalah lebih kecil dari tahanan yang terkecil dalam rangkaian.)

d. Jika terjadi salah satu cabang tahanan parallel terputus, arus akan terputus hanya pada rangkaian tahanan tersebut. Rangkaian cabang yang lain tetap bekerja tanpa terganggu oleh rangkaian cabang yang terputus tersebut.

v  Prinsip dalam Rangkaian Paralel adalah sebagai berikut:

a.    Seper hambatan paralel merupakan hasil penjumlahan seper tiap-tiap hambatan paralelnya.

b. Kuat arus dalam percabangannya berbeda-beda dan perbandingan kuat arus tiap-tiap percabangan berbanding terbalik dengan perbandingan hambatan tiap-tiap percabangannya serta hasil penjumlahan kuat arus tiap-tiap percabangannya sama dengan kuat arus totalnya.

c. Beda potensial/ tegangan tiap-tiap percabangannya tetap dan besar tegangan setiap percabangan sama dengan tegangan totalnya.

V total = V1 = V2 = V3 = .. Vn

I total = I1 + I2 +.. In

1/R total = 1/R1 + 1/R2 + … 1/R n

v  Contoh paling sederhana penerapan rangkaian listrik paralel dalam kehidupan sehari-hari:

a.    Distribusi Listrik PLN kerumah-rumah adalah paralel.

b.    Stop contact merupakan rangkaian paralel dengan jala-jala.

v  Perbedaan Rangkaian seri dan paralel adalah sebagai berikut:

a. Rangkaian seri besar arus listriknya sama besar, tapi besar tegangannya berbeda-beda tergantung besar hambatan pada rangkaian tersebut.

b.  Rangkaian paralel, besar tegangan adalah sama untuk masing hambatan yg terpasang, tapi arusnya berbeda tergantung besar hambatan yg terpasang.

c.   Rangkaian seri, total hambatan tinggal dijumlah aja semua, kalo rangkaian paralel, jumlah hambatan adalah 1/Rt = (1/R1)+(1/R2)+ ...

d.    Jumlah total hambatan pada rangkaian seri, lebih besar dari rangkaian paralel.

e.    Total daya yg diserap rangkaian seri biasanya lebih besar dibanding rangkaian paralel.

NAMA  : LIA FITRIYANTI

NIM      : 321300066