< Previous12Kelas VIII SMP/MTsSemester 27. Ulangilah langkah kegiatan 1–4 sebanyak 3 kali dengan menggunakan beban yang sama tetapi volumenya berbeda. Tabel 7.2 Data Hasil Percobaan Hukum ArchimedesNoBerat Beban di Udara (wbu )Berat Beban di Air (wba)Gaya Apung (Fa= wbu- wba)Berat air yang Pindah (wap )1234 Apa yang dapat kamu simpulkan?Berdasarkan percobaan yang telah kamu lakukan, apa yang dapat kamu simpulkan?Setelah kamu melakukan percobaan hukum Archimedes, kamu dapat mengetahui bahwa ketika suatu benda dimasukkan ke dalam air, beratnya seolah-olah berkurang. Peristiwa ini bukan berarti ada massa benda yang hilang. Berat benda berkurang saat dimasukkan ke dalam air, disebabkan oleh adanya gaya apung (Fa) yang mendorong benda ke atas atau berlawanan dengan arah berat benda. Perhatikan Gambar 7.9! Secara matematis, dapat dituliskan:Fa= wbuí wbasehingga, wba = wbuí Fadengan:Fa = Gaya apung (N)wba = Berat benda di air (N)wbu = Berat benda di udara (N)Gaya berat (wba)Resultan gaya (F)Gaya apung (Fa)Sumber: Dok. KemdikbudGambar 7.9 Gaya yang Bekerja pada Batu yang Tenggelam13Ilmu Pengetahuan AlamFenomena ini dipelajari oleh Archimedes yang hasilnya kemudian dinyatakan sebagai hukum Archimedes sebagai berikut: “Jika benda dicelupkan ke dalam zat cair, maka benda itu akan mendapat gaya ke atas yang sama besar dengan berat zat cair yang didesak oleh benda tersebut”. Archimedes (287 SM - 212 SM) adalah seorang berkebangsaan <unani \anJ terkenal VeEaJai ahli matematika aVtrRnRmi filVaIat fiVika dan inVin\ur. 3ada Vuatu hari ia diminta 5aja +ierRn ,, untuk membuktikan bahwa mahkotanya benar-benar berasal dari emas murni. Archimedes merasa kesulitan menentukan massa jenis mahkota tersebut karena tidak bisa menghitung volume mahkota. Hingga pada akhirnya saat Archimedes menceburkan dirinya ke bak mandi, ia mengamati adanya air yang tumpah dari bak tersebut. Seketika itu Archimedes berteriak “eureka, eureka!”. Archimedes menyadari bahwa volume air yang tumpah tersebut sama besarnya dengan volume tubuh yang mendesak air keluar dari bak. Melalui temuan tersebut, Archimedes dapat membuktikan bahwa ternyata mahkota Raja tidak berasal dari emas murni melainkan dicampur dengan perak, sehingga pembuat mahkota tersebut dihukum mati oleh sang Raja.Menurut Archimedes, benda menjadi lebih ringan bila diukur dalam air daripada di udara karena di dalam air benda mendapat gaya ke atas. Ketika di udara, benda memiliki berat mendekati yang sesungguhnya. Karena berat zat cair yang didesak atau dipindahkan benda adalah:wcp = mcp × g dan mcp = ρcp × Vcpsehingga berat air yang didesak oleh benda adalah:wcp = ρc × g × VcpBerarti, menurut hukum Archimedes, besar gaya ke atas adalah:Fa= ρc × g × Vcpdengan:Fa = Gaya apung (N)ρc = Massa jenis zat cair (kg/m3)g = Percepatan gravitasi (m/s2)Vcp = Volume zat cair yang dipindahkan (m3) 14Kelas VIII SMP/MTsSemester 2Hukum Archimedes tersebut digunakan sebagai dasar pembuatan kapal laut atau kapal selam. Suatu benda dapat terapung atau tenggelam tergantung pada besarnya gaya berat (w) dan gaya apung (Fa). Jika gaya apung maksimum lebih besar daripada gaya berat maka benda akan terapung. Sebaliknya, jika gaya apung maksimum lebih kecil daripada gaya berat maka benda akan tenggelam. Jika gaya apung maksimum sama dengan berat benda, maka benda akan melayang. Gaya apung maksimum adalah gaya apung jika seluruh benda berada di bawah permukaan zat cair.Hampir semua logam memiliki massa jenis (kerapatan) yang lebih besar dari air. Tentu kamu berpikir bahwa semua logam akan tenggelam dalam air. Mengapa kapal laut yang terbuat dari logam tidak tenggelam? Kapal laut dapat terapung karena pada saat diletakkan secara tegak di lautan, kapal laut dapat memindahkan air laut dalam jumlah yang cukup besar, sehingga kapal laut mendapat gaya ke atas yang sama besar dengan berat kapal laut (Gambar 7.10).Lambung kapal (ruang berisi udara)Badan kapal (terbuat dari logam)Sumber: Hart & Davis, 2009Gambar 7.10 Struktur Kapal LautAyo, Kita DiskusikanApakah yang terjadi jika kapal diletakkan miring? Apakah kapal dapat terapung? Jelaskan mengapa demikian!15Ilmu Pengetahuan AlamBagaimana dengan kapal selam? Bagaimana kapal selam dapat terapung, melayang, dan tenggelam dalam air laut? Pada prinsipnya kapal selam dapat memiliki kemampuan tersebut karena berat kapal selam dapat diperbesar dengan cara memasukkan air ke dalam badan kapal dan dapat diperkecil dengan cara mengeluarkan air dari badan kapal. Ketika kapal selam akan tenggelam, air laut dimasukkan ke dalam penampung dalam badan kapal. Berat total dari kapal selam menjadi lebih besar daripada gaya ke atas, sehingga kapal selam dapat tenggelam. Agar tidak terus tenggelam, pada kedalaman tertentu air dalam badan kapal selam dikeluarkan kembali dari penampung, sehingga berat total dari kapal selam sama dengan gaya ke atas. Hal ini menyebabkan kapal selam melayang dalam air. Saat kapal selam akan mengapung, air dari penampungan pada badan kapal dikeluarkan sehingga volume total dari kapal selam menjadi lebih kecil daripada gaya ke atas, sehingga kapal selam dapat mengapung. Perhatikan Gambar 7.11!Pengatur keseimbanganKatup tertutupTangki udara bertekananUdara yang tertekan masukAir keluar dari penampungKapal selam naikUdara keluar dari penampungKapal selam tenggelamAir masuk menuju penampungSumber: Hart & Davis, 2009Gambar 7.11 Mekanisme Pengeluaran dan Pemasukan Air dalam Kapal Selamc. Hukum PascalPernahkah kamu melihat mobil yang dicuci di tempat pencucian kendaraan? Mobil di tempat pencucian kendaraan akan diangkat dengan menggunakan alat pengangkat yang disebut pompa hidrolik 16Kelas VIII SMP/MTsSemester 2(Gambar 7.12) untuk membantu pencuci mobil menjangkau semua bagian mobil yang akan dibersihkan. Sumber: Dok. KemdikbudGambar 7.12 Pompa Hidrolik Pengangkat MobilBagaimana alat pengangkat tersebut dapat mengangkat mobil yang sangat berat padahal di dalam pompa hidrolik tersebut hanya berisi udara atau dapat berupa minyak? Kamu penasaran bukan dengan hal tersebut? Agar mengetahuinya, ayo lakukan aktivitas berikut!Aktivitas 7.4 Simulasi Prinsip Kerja Pompa HidrolikAyo, Kita Lakukan Apa yang kamu perlukan?1. Selang plastik kecil sekitar 50 cm2. 2 buah alat suntik, 1 ukuran besar, 1 ukuran kecil3. Papan tripleks atau karton ukuran 25 × 35 cm4. Air 5. Pewarna makanan6. Beban Apa yang harus kamu lakukan?1. Buatlah alat sederhana yang memiliki prinsip kerja seperti pompa hidrolik dengan merangkaikan selang plastik pada dua alat suntik tersebut, seperti Gambar 7.13!17Ilmu Pengetahuan AlamSumber: sukasains.comGambar 7.13 Model Percobaan Pascal2. Rancanglah alat tersebut sebaik mungkin!3. Isilah selang plastik dengan air sampai penuh, kemudian berilah pewarna makanan pada air yang ada dalam selang tersebut!4. Doronglah pengisap alat suntik kecil, lalu amati yang terjadi pada pengisap alat suntik besar. 5. Amati pula aliran air berpewarna makanan yang ada dalam selang!6. Letakkan beban pada pengisap alat suntik besar, lalu doronglah pengisap alat suntik kecil. Apakah yang akan terjadi?7. Ulangi kegiatan tersebut dengan cara menempatkan beban di pengisap kecil dan dengan memberikan dorongan pada pengisap besar. 8. Bandingkan besar dorongan (gaya) yang kamu berikan, ketika mendorong pengisap alat suntik kecil dan pengisap alat suntik besar. Apa yang perlu kamu diskusikan?Bagaimanakah dorongan (gaya) yang kamu berikan ketika beban diletakkan pada pengisap besar dan ketika beban diletakkan pada pengisap kecil? Mana yang memerlukan dorongan lebih mudah? Mengapa? Apa yang dapat kamu simpulkan?Berdasarkan percobaan dan diskusi yang telah kamu lakukan, apa yang dapat kamu simpulkan?18Kelas VIII SMP/MTsSemester 2Fenomena yang terdapat pada Aktivitas 7.4 menunjukkan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan besar yang sama. Hal ini merupakan bunyi dari hukum Pascal yang dikemukakan oleh Blaise Pascal (1623-1662). Blaise Pascal yang lahir pada 19 Juni 1623 adalah seorang ahli matematika dan JeRmetri \anJ juJa mendalami ilmu filVaIat dan agama. Meskipun tidak menempuh pendidikan yang resmi, pada usia 12 tahun Pascal berhasil menciptakan mesin penghitung yang membantu pekerjaan ayahnya sebagai petugas penarik pajak. Sepanjang hidupnya banyak penemuan yang ia publikasikan terutama pada bidang matematika. Selain itu, Pascal juga banyak melahirkan kar\akar\a dalam EidanJ fiVika hidrRdinamika dan hidrRVtatika Valah satunya adalah hukum Pascal. Coba perhatikan Gambar 7.14 yang merupakan penerapan hukum Pascal pada pompa hidrolik!F1A1A2ppF2Sumber: Dok. KemdikbudGambar 7.14 Model Dongkrak HidrolikJika pada penampang dengan luas A1 diberi gaya dorong F1, maka akan dihasilkan tekanan p dapat dirumuskan :=pF1A1Menurut hukum Pascal tekanan p tersebut diteruskan ke segala arah dengan sama besar, termasuk ke luas penampang A2. Pada penampang A2 muncul gaya angkat F2 dengan tekanan:=pF2A2Secara matematis diperoleh persamaan pada dongkrak hidrolik sebagai berikut.F1A1=F2A2 atau =F2A2A1F119Ilmu Pengetahuan Alamdengan:p = Tekanan (N/m2)F1dan F2 = Gaya yang diberikan (newton)A1 dan A2 = Luas penampang (m2)Jika A2 lebih besar dari A1 maka akan diperoleh gaya angkat F2 yang lebih besar dari F1. Ini merupakan prinsip kerja dari pompa hidrolik. Apakah kamu sudah mampu menjawab mengapa pompa hidrolik mampu mengangkat motor atau mobil yang sangat berat dengan menggunakan gaya yang kecil padahal di dalam pompa hidrolik tersebut hanya berisi udara atau dapat berupa minyak? Pompa hidrolik menerapkan prinsip dari Hukum Pascal. Pada pompa hidrolik terdapat dua luas penampang yang berbeda, yaitu luas penampang kecil (A1) dan luas penampang besar (A2). Perhatikan Gambar 7.14! Luas penampang kecil (A1) misalnya 1 cm2 akan diberi gaya yang kecil (F1) misalnya 10 N, sehingga menghasilkan tekanan (p) sebesar 10 N/cm2. Tekanan p (10 N/cm2 ) akan diteruskan menuju luas penampang besar (A2) misalnya 100 cm2. Sehingga =F2F1 × A2A1=F210 N × 100 cm21 cm2= 1.000 NBerdasarkan contoh tersebut dapat dilihat bahwa dengan memberikan gaya 10 N pada luas penampang kecil mampu menghasilkan gaya 1.000 N pada luas penampang besar. Berdasarkan prinsip inilah pompa hidrolik tersebut mampu mengangkat motor atau mobil yang cukup berat. Ayo, Kita Cari TahuMasih banyak alat dalam kehidupan sehari-hari yang menggunakan prinsip dari hukum Pascal. Bersama kelompokmu coba cari tahu alat apa saja yang menggunakan prinsip hukum Pascal! Cari tahu juga bagaimana mekanisme kerjanya! 20Kelas VIII SMP/MTsSemester 23. Tekanan GasPada bagian sebelumnya kamu telah mempelajari bahwa zat padat dan zat cair memiliki tekanan. Bagaimana dengan gas? Apakah gas juga memiliki tekanan? Pernahkah kamu melihat balon udara? Bagaimana balon udara dapat terbang? Coba lakukan aktivitas berikut agar kamu dapat memahami jawaban pertanyaan tersebut!Aktivitas 7.5 Membuktikan Tekanan pada UdaraAyo, Kita LakukanApa yang kamu perlukan?1. Gelas minum2. Air3. Kertas HVS4. Labuh Erlenmeyer5. Pembakar spiritus6. Karet gelang7. BalonApa yang harus kamu lakukan?1. Isilah gelas dengan air sampai penuh.2. Tutuplah gelas yang telah berisi air tersebut dengan selembar kertas HVS.3. Tahan kertas HVS tersebut dengan telapak tangan, kemudian baliklah gelas dengan cepat (usahakan jangan sampai tumpah).4. Lepaskan tangan secara perlahan. Amati apa yang terjadi.5. Sediakan erlenmeyer 250 mL, kemudian isilah dengan air.6. Kemudian tutup labu erlenmeyer dengan balon karet, ikatlah dengan karet gelang agar lebih kuat.7. Panaskan erlenmeyer di atas pembakar spiritus sampai mendidih. Amati apa yang terjadi pada balon karet.8. Hentikan pemanasan dengan cara mematikan pembakar spiritus.9. Buka kembali balon karet pada labu erlenmeyer. Berhati-hatilah ketika membuka karena erlenmeyer dalam keadaan panas.10. Tutuplah dengan rapat erlenmeyer dengan balon karet.21Ilmu Pengetahuan Alam11. Dinginkan erlenmeyer yang telah ditutup dengan karet dengan cara memasukkannya ke dalam air dingin.12. Kemudian biarkan beberapa saat. Amati apa yang terjadi pada balon karet. Apa yang perlu kamu diskusikan?1. Ketika gelas yang berisi air dibalik, ternyata kertas HVS dapat menahan air di dalam gelas. Jelaskan mengapa hal ini dapat terjadi!2. Ketika air dalam erlenmeyer yang ditutup dengan balon karet dipanaskan, balon karet mengembang. Mengapa hal ini dapat terjadi?3. Mengapa ketika erlenmeyer yang berisi air panas yang telah ditutup rapat dengan balon karet dimasukkan ke dalam air dingin, balon karet tertekan ke dalam labu erlenmeyer? Jelaskan kejadian tersebut! Apa yang dapat kamu simpulkan?Berdasarkan percobaan dan diskusi yang telah kamu lakukan, apa yang dapat kamu simpulkan?Percobaan yang telah kamu lakukan, menunjukkan bahwa gas juga memiliki tekanan. Ketika gelas yang berisi air dibalik, ternyata kertas HVS dapat menahan air di dalam gelas. Hal ini terjadi karena HVS mendapatkan tekanan dari udara luar yang besarnya lebih besar daripada tekanan air dalam gelas.Tekanan air Tekanan udaraGelas yang berisi airKertasSumber: Dok. KemdikbudGambar 7.15 Tekanan Udara pada Kertas HVS sehingga Mampu Menahan AirNext >