BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 1.1 Lata Latarr Bela Belaka kang ng
Berat jenis dapat didefinisikan sebagai perbandingan relatif antar massa sebuah zat dengan massa jenis air murni. Berat jenis suatu zat adalah suatu gaya yang bekerja pada benda tersebut yang dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi dan massa benda tersebut. Satuan Internasional (SI) dari berat jenis adalah kg/m 3. Besaran fisis fluida yang dapat digolongkan penting adalah massa jenis. assa jenis adalah perbandingan massa dengan volume suatu zat yang tidak dipengaruhi oleh gaya gravitasi (Bue!he" #$$%). &enentuan berat jenis zat dan massa jenis zat !air atau padat didasarkan prinsip hukum 'r!himedes yaitu" setiap benda yang di!elupkan ke dalam suatu !airan akan mengalami gaya angkut yang besarnya sama dengan berat zat !air yang dipindahkan. dipindahkan. assa jenis zat ditentukan ditentukan dengan !ara menenggelam menenggelamkan kan bahan ke dalam beberapa zat !air kemudian ditentukan massanya didalam masing* masing zat !air. !air. +ara yang sama digunakan digunakan untuk untuk menentukan menentukan berat jenis benda yang lebih besar daripada berat jenis air. Benda yang memiliki berat jenis lebih ke!il dari air perlu ditambahkan pembenam agar benda dapat tenggelam atau ter!elup seluruhnya. ,ons ,onsep ep massa massa jeni jeniss dan dan berat berat jeni jeniss bend bendaa serin sering g kita kita jump jumpai ai dalam dalam kehidupan sehari*hari. &eralatan meman!ing adalah salah satu !ontohnya. 'lat pan!ing menggunakan bahan yang dapat mengapung dalam air atau benda yang berat jenisnya lebih ke!il daripada air" sebagai penanda pergerakan umpan. ,ail yang digunakan memanfaatkan bahan yang berat jenisnya lebih besar sehingga dapat tenggelam. &embuatan kapal selam dan balon udara memanfaatkan konsep massa jenis dan hukum 'r!himedes. ,apal selam menggunakan tangki yang dapat mengisi dan mengeluarkan air sehingga dapat mengatur massa jenis total kapal selam. Balon udara diisi dengan gas helium yang memiliki massa jenis yang lebih ke!il daripada udara" sehingga balon gas bias naik ke atas.
1.2 Rumusan Masalah
-umusan masalah dalam per!obaan berat jenis dan massa jenis zat !air dan zat padat adalah sebagai berikut . Bagaimana konsep hukum 'r!himedes dalam menentukan massa jenis suatu zat !air0 #. Bagaimana !ara menentukan berat jenis benda yang lebih besar daripada berat jenis air0 3. engapa dalam menentukan berat jenis benda yang lebih ke!il daripada berat jenis air harus ditambahkan pembenam0
1.3 Tujuan
Berdasarkan rumusan masalah tersebut tujuan dari per!obaan berat jenis dan massa jenis zat !air dan zat padat adalah sebagai berikut . engetahui konsep hukum 'r!himedes dalam menentukan massa jenis suatu zat !air #. engetahui !ara menentukan berat jenis benda yang lebih besar daripada berat jenis air 3. engetahui alasan penambahan pemberat dalam menentukan berat jenis benda yang lebih ke!il daripada berat jenis air.
1.4 Manaat
anfaat dari memahami konsep berat jenis dan massa jenis dari zat padat dan !air sangatlah banyak. Salah satu penerapannya adalah peran!angan kapal. 1olume bagian kapal yang ter!elup dalam air diatur sedemikian rupa agar gaya keatas yang dialami kapal dapat menyebabkan kapal terapung.
BAB 2. DA!AR TE"R#
,onsep berat jenis dan massa jenis memiliki hubungan erat dengan hukum yang di!etuskan oleh 'r!himedes. 'r!himedes (#2*## S) merupakan seorang ilmu4an 5unani ,uno yang menemukan !ara dan rumus untuk menghitung volume benda yang tidak memiliki bentuk baku. &enemuannya terjadi saat mandi dalam bak yang airnya tumpah akibat adanya gaya apung (buoyan!y) dari zat !air dan setelah diukur ternyata tiap tiap bagian permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida. 'r!himedes melakukan eksperimen untuk menentukan massa jenis benda yang merupakan tantangan dari raja. &enentuan massa jenis benda (mahkota) dia4ali dengan men!ari volume" kemudian 'r!himedes men!ari massa mahkota raja. 'r!himedes mendefinisikan massa jenis sebagai perbandingan massa dan volume benda (6alliday" #$$). Berat jenis adalah konstanta atau ketetapan bahan yang tergantung pada suhu untuk benda padat" !air" dan gas yang homogen. Berat jenis didefinisikan sebagai massa persatuan volume bahan tersebut. Satuan berat jenis menurut SI (Satuan Internasional) adalah 7.m*3. &embedaan 4ujud zat sangat diperlukan dalam menentukan berat jenis suatu benda (Bue!he" #$$%). 6ukum 'r!himedes berbunyi setiap benda yang berada dalam fluida maka benda tersebut akan mengalami gaya angkat yang disebut gaya apung sebesar berat air yang dipindahkannnya. ,etika benda bekerja pada benda" yaitu gaya angkat 'r!himedes (arah ke atas) dan berat benda (arah ke ba4ah). Berdasarkan perbandingan kekuatan gaya tersebut maka akan teramati tiga fenomena ketika memasukkan benda dalam zat !air" yaitu tenggelam" melayang" dan terapung (Soedojo" 888). enurut 'bdullah" (#$$) menyatakan bah4a kondisi benda ketika dimasukkan dalam zat !air dapat diketahui dengan membandingkan nilai gaya 'r!himedes dengan berat benda. Benda akan mengalami gaya angkat maksimum" jika benda ter!elup seluruhnya. Se!ara matematis dapat ditulis sebagai berikut Fa= ρ . g . V 9(#.)
:imana ;a < =aya angkat 'r!himedes (7) > < massa jenis fluida (,g.m*3) g < per!epatan gravitasi bumi (m.s *#) 1 < volume benda (m 3) enurut 'bdullah" (#$$) menyatakan bah4a benda dapat terapung dalam fluida ketika besarnya gaya apung ;a lebih besar dari berat benda ?. &erlu diketahui bah4a pada peristi4a ini" hanya sebagian volume benda yang ter!elup di dalam fluida sehingga volume fluida yang dipindahkan lebih ke!il dari volume total benda yang mengapung
Fy =0 Fa =W
ρf . g . Vt = ρb. g .Vb ρf .Vt = ρb .Vb
9(#.#)
=ambar #. Benda @erapung (Sumber 'bdullah" #$$) 1olume benda ter!elup harus lebih besar dari pada volume benda total (1b)" maka syarat benda mengapung adalah ρf > ρb . 'rtinya massa jenis fluida harus lebih besar dibanding massa jenis benda. enurut 'bdullah" (#$$) menyatakan bah4a nilai gaya apung ;a lebih ke!il daripada gaya berat benda dapat mengakibatkan benda tenggelam. &erlu diketahui bah4a pada peristi4a ini" volume total benda yang ter!elup di dalam fluida sama dengan volume total benda yangmengapung. 7amun benda bertumpu pada dasar bejana sehingga ada gaya normal dasar bejana pada benda sebesar 7.
Fy =0
Fa+ N =W ρf . g . Vt + N = ρb. g .Vb
N = ρb . g .Vb − ρf . g . Vt
9(#.3)
=ambar #.# Benda @enggelam (Sumber 'bdullah" #$$) ,arena 1t (volume benda ter!elup) sama dengan 1b (volume benda total)" maka syarat benda tenggelam adalah
ρf < ρb . 'rtinya massa jenis fluida harus lebih
ke!il dibanding massa jenis benda. enurut 'bdullah" (#$$) menyatakan bah4a nilai gaya apung ;a sama dengan berat benda ? akan mengakibatkan benda melayang dalam fluida. &erlu diketahui bah4a pada peristi4a ini " volume benda yang ter!elup didalam fluida sama dengan volume total benda yang melayang. Fy =0
Fa=W ρf . g . Vt = ρb. g .Vb
ρf .Vt = ρb .Vb
=ambar #.3 Benda elayang (Sumber 'bdullah" #$$)
9(#.A)
1olume benda yang ter!elup (1t) sama dengan volume benda total (1b)" maka syarat benda tenggelam adalah ρb = ρf . 'rtinya" massa jenis benda harus sama dengan massa jenis fluida. &embuatan kapal selam dan kapal laut merupakan !ontoh aplikasi hukum 'r!himedes. ,apal laut dan kapal selam terbuat dari besi yang dibuat berongga" sehingga volume air laut yang dipindahkan oleh badan kapal menjadi sangat besar. =aya apung sebanding dengan volume air yang dipindahkan" sehingga gaya apung menjadi sangat besar. =aya apung mampu mengatasi berat total kapal" sehingga kapal laut mengapung. ,apal selam memiliki tangkai pemberat untuk menyesuaikan posisinya dalam air. @angki akan diisi air ketika kapal selam berada dalam air dan sebaliknya akan dikosongkan ketika kapal selam berada di permukaan suatu perairan (6alliday" #$$). 'plikasi hukum 'r!himedes untuk fluida udara adalah balon udara. Balon udara perlu diisi dengan gas panas" sehingga balon menggelembung dengan volumenya bertambah. 1olume balon udara yang bertambah akan menyebabkan bertambahnya volume udara yang dipindahkan oleh balon. Se!ara otomatis gaya apung akan lebih besar daripada besar total balon (balon dan muatan)" sehingga balon dapat bergerak naik (=ian!olli" #$$).
BAB 3. MET"DE PER$"BAAN
3.1 Alat %an Bahan
'lat dan bahan yang digunakan dalam praktikum berat jenis dan massa jenis zat !air dan zat padat adalah sebagai berikut . @imbangan atau 7era!a hauss" untuk mengukur massa benda #. Cat &adat yaitu 'luminium" balok kayu" kuningan" dan besi" digunakan sebagi bahan yang ditentukan berat jenisnya 3. Cat !air yaitu air" minyak goreng" dan gliserin" digunakan sebagai bahan yang ditentukan massa jenisnya A. @abung gelas ukur" sebagai 4adah zat !air D. Eangka sorong" untuk mengukur dimensi panjang benda.
3.2 Desa&n Per'()aan
:esain per!obaan yang diterapkan dalam praktikum berat jenis dan massa jenis zat !air dan zat padat adalah sebagi berikut 3.#.
enentukan massa jenis zat !air
=ambar 3. (a) Benda ditimbang diudara" (b) Benda ditimbang didalam aFuades" (!) Benda ditimbang didalam zat !air lain. (Sumber @im &enyusun" #$%) 3.#.#
enentukan berat jenis zat padat (BEzpGBEair)
=ambar 3.# (a) Cat padat ditimbang diudara" (b) Cat padat ditimbang didalam air" (!) &embenam ditimbang didalam air" (d) Cat padat dan pembenam ditimbang didalam air (Sumber @im &enyusun" #$%)
3.3 Langkah *erja
Hangkah kerja pada per!obaan berat jenis dan massa jenis zat !air dan zat padat adalah sebagai berikut 3.3.
enentukan massa jenis zat !air
. Benda ditimbang diudara #. Benda ditimbang didalam aFuades 3. Benda ditimbang didalam zat !air lain A. Hangkah sampai 3 diulangi sebanyak 3 kali D. Hangkah sampai A diulangi untuk zat !air yang berbeda. 3.3.#
enentukan berat jenis zat padat (BEzpBEair)
. Benda ditimbang diudara (?) #. Benda ditimbang didalam air (?zp) 3. Hangkah dan # diulangi sebanyak 3 kali A. Hangkah sampai 3 diulangi untuk zat padat yang berbeda.
3.3.3
enentukan berat jenis zat padat (BEzpGBEair)
. Cat padat ditimbang diudara (?) #. Benda padat ditimbang didalam air (?zp) 3. &embenam ditimbang didalam air (?p) A. Cat padat dan pembenam ditimbang didalam air (?z) D. Hangkah sampai A diulangi sebanyak 3 kali.
3.4 Anal&s&s Data
&erhitungan data hasil per!obaan menggunakan metode analisis sebagai berikut a) assa jenis zat !air (>z!)
ρzc = ρzc =
ρzc = ρzc =
Wu−Wzc V .g g ( m u−m zc ) V .g
mu −m zc V
( mu−m zc ) ρa ma− mu
(| |
| |
2
2
| | ) 2
2 2 2 2 δρzc δρzc δρzc ∆ ρ zc = Δm u| + Δ m zc| + Δ m a| x ( 0,68 ) | | | δ mu δ m zc δ ma 2
Δρz =
√(
)
(
2 2 ( mu− m zc ) ρa 2 (m m zc −mu − ρ ρ 2 2 2 2 2 − + +¿ + Δm Δ m Δρa ( 0,68 ) ( 0,68 ) ( ) ( ) ( ) u zc ma −mu ma − mu ma −mu ( ma− mu ) 2 (
∆ mu= ∆ m zc =∆ ma= ∆ ρa = 0 ( Ketetapan )
√
(
∑ ( m −m´ )
2
1
n ( n − 1)
b) Berat jenis zat padat (BEzpBEair)
BJ =
W W −Ws
BJ =
m. g ( m u− m a ) g
)
(
)
BJ =
mu
( m u− m a )
| | (√ ( ) ) ( ∑( √
| | ((
2
2
δBJ ( 0,68 )2 ( ∆ mu )2 + δBJ ( 0,68 )2 ( ∆ ma )2 ∆ B J = δ mu δ ma 2
∆ BJ =
2
1
mu −ma
∆ m u ) ( 0,68 ) + 2
´) m1 −m
∆ m u= ∆ m a=
2
)
2
mu m u− ma ) m a
( ∆ ma ) ( 0,68 ) 2
2
2
n ( n− 1 )
!) Berat jenis zat padat (BEzpGBEair)
W 1=W + W p W 2=W zp + W p
BJzp =
W W 1−W 2
¿
W ( W + W p ) −( W zp+ W p )
¿
m. g ( m+ m p ) g −( m zp + m ) g
¿
m ( m+ m p ) −( m zp −m p )
| |
δBJzp ∆ BJz p = δm 2
∆ BJ =
√
2
| |
|∆ m| ( 0,68) + δBJzp δ m p
2
2
( ∆ m) ( 0,68 )
∆ m= ∆ m zp = ∆ m p =
2
(
√
2
2 2
|∆ m p|
)
| | ) (((
( 0,68 ) + δBJzp δ m zp 2
2 m +¿ ( ∆ m p 2 ( 0,68 ) (( m+m p ) −( m zp− m p ) m )
∑ ( m − m´ ) 1
n ( n− 1 )
2
2
2
|∆ m zp| ( 0,68 )
2
m m + m p )−( m zp −m p ) m p )
)
BAB 4. HA!#L DAN PEMBAHA!AN
4.1 Has&l
6asil yang diperoleh berdasarkan praktikum berat jenis dan massa jenis zat !air dan zat padat adalah sebagai berikut '. enentukan massa jenis zat zair (>z!) dengan menggunakan hukum 'r!himedes (benda yang digunakan adalah aluminium) 7 o . #. 3. . #. 3.
Cat +air inyak inyak inyak =liseri n =liseri n =liseri n
Jma $"D# $"D# $"D# $"D# $"D# $"D#
mu (,g) 8" 8"3 8"A 8"
mzp (,g) #"2 #" #"$ $"D
ma (,g) #" # #"D #"
1 (m3) $"$$ $"$$3 $"$$%8 $"$$
>z! (gm*3) $"8$$ $"8$A $"8#2 "##8
J>z!
Jmu
Jmzp
$"$D2 $"$% $"$2 $"$2D
$"$2 $"$2 $"$2 $"$2
$"$2 $"$2 $"$2 $"$2
8"3
$"%
#
$"$$3
"8#
$"$%
$"$2
$"$2
8"A
$"2
#"D
$"$$%8
"#A%
$"$2
$"$2
$"$2
δρ δmu $"$3$ $"$# $"$# $"$D8 $"$A2 $"$%A
δρ δma $"#2 $"#3 $"3A $"D $"%3 $"2$
δρ δmz $"A# $"3 $"AA $"A# $"3 $"AA
δρ δρa $"8 $"8$A $"8# "##2 "8 "#A%
J>a $ $ $ $ $ $
>a (g.mH)
I (K) " "2 "8 "D "A "A
B. enentukan berat jenis zat padat (BEzpBEair) 7o . #. 3. . #. 3. . #. 3. . #.
Bahan ,uningan ,uningan ,uningan Besi Besi Besi 'luminium 'luminium 'luminium ,ayu ,ayu
mu DA" DA"% DA"# D# D#"8 D#"D 8"% 8" 8"D D D
ma A" A2"3 A2" A%"% A%" A%"2 #"% #" "2 #" #"
Jmu $"#33 $"#33 $"#33 $"$% $"$% $"$% $"$#33 $"$#33 $"$#33 $"# $"#
Jma $"#28 $"#28 $"#28 $"## $"## $"## $"#33 $"#33 $"#33 $"$ $"$
BE "2 2"% 8"2D 8"%3 "2 8"# #"2$ #"3 #"D $"$8D $"$82
JBE $"#A3 $"33 $"AA3 $"38 $"## $"32 $"$%8 $"$%D $"$D #" #"
, (K) 82"3 82"# 82" 82"D 82"% 82"%
'& 3 3 3 3 3 3
3.
,ayu
LBE/Lmu $"83 "2 "D2 "D2 $"8A "AA $"#AA $"3 $"82 $"D$2 $"D$8 $"D$
A"A LBE/Lma "#A% "3A "8 "2 "A$ "%# $"A $"32 $"3# $"8A $"83 $"8#
#"A
I(K) 3" 2"3 %"A 3"8 #" A" #"D #"3 #"$ A"A A"D A"%
$"#
,(K) 8%"8 8" 83"% 8%" 8"3 8%"8 8"D 8" 82"$ 8D"% 8D"D 8D"A
$"$ '& 3 # # 3 3 # 3 3 3 # # #
$"$#
#"#$
BE M JBE "2 M $"#A3 2"% M $"33 8"2D M $"AA3 8"%3 M $"38 8"2 M $"## 8"# M $"32 #"2$ M $"%8 #"3 M $"$%D #"D M $"$D #" M $"$8D #" M $"$82 #"#$ M $"$#
+. enentukan berat jenis zat padat (BEz!GBEair) 7o . #. 3.
mu A"D A"% A"%
mp $"# $"A $"D
mz! A" A2"3 A2"
m D#"# D#"8 D3"3 LBE/ Lmp $"#A3 $"3AD $"#A%
JBE
Jmz!
LBE/ Lmu
$"$$A# $"$$A% $"$$A2
$"$2 $"$2 $"$2
$"$$2 $"$##% $"$#8
m# A"8 A2" A8"#
Jmu $"$3 $"$3 $"$3
LBE/ Lmz! $"#% $"#2 $"#%
Jmp $"#8$ $"#8$ $"#8$ I
,
$"A $"A $"A
88"% 88"% 88"%
BEzp "$D "$ "# '& 3 3 3
4.2 Pem)ahasan
&raktikum kali ini yaitu tentang berat jenis dan massa jenis zat !air dan zat padat. &enentuan massa jenis dan berat jenis zat padat dan zat !air menggunakan prinsip 'r!himedes yang menyatakan bah4a ketika sebuah benda seluruhnya atau sebagian dimasukkan ke dalam zat !air" maka !airan akan memberikan gaya keatas yang setara dengan berat zat !air yang dipindahkannya. &er!obaan ini juga membuktikan adanya perbedaan berat benda yang berada didalam fluida dengan diudara. &er!obaan pertama yaitu menentukan massa jenis zat !air menggunakan bahan minyak goreng dan gliserin. Cat padat yang digunakan adalah aluminium. 6asil massa jenis untuk minyak goreng yaitu $.8 g/mH" $"8$A g/mH" dan $"88
g/mH. 6asil tersebut relatife jauh dengan literature yaitu 2 g/mH. ,esalahan ini mungkin dikarenakan bahan padat yang digunakan dalam beberapa zat !air pen!u!iannya kurang bersih. 6al lain yang memungkinkan adalah adanya endapan pada minyak goreng sehingga massa jenis yang terukur bukan massa jenis minyak goreng murni. 6asil massa jenis gliserin dalam 3 kali pengukuran adalah "# g/mH" "8 g/mH" dan "#A g/mH. 6asil pengukuran massa jenis gliserin jika dibandingkan dengan antara literature dan per!obaan memiliki perbedaan yang sedikit. 7ilai massa jenis mungkin dapat mendekati literature jika praktikan lebih teliti dalam perhitungan dan memba!a skala pada nera!a. &er!obaan kedua yaitu menentukan berat jenis zat padat. Cat padat yang digunakan memiliki berat jenis yang lebih besar daripada zat !air sehingga benda akan tenggelam dalam air. Bahan yang digunakan adalah aluminium" besi" kuningan" dan kayu. 6asil berat jenis untuk aluminium rata*ratanya yaitu #"% g/mH. 6asil berat jenis untuk kuningan rata*ratanya adalah 2" g/mH. 6asil berat jenis untuk besi rata*ratanya adalah 2"2 g/mH. 6asil berat jenis kayu rata*ratanya adalah #"2 g/mH. &er!obaan ketiga yaitu menentukan berat jenis zat padat yang lebih ke!il dari berat jenis air. Cat padat yang digunakan adalah kayu dan pembenamnya aluminium. ,ayu harus ditenggelamkan karena dalam menentukan berat jenis zat harus diketahui volume benda seluruhnya dan agar gaya yang mengangkat kayu maksimum. 6asil berat jenis rata*rata untuk kayu adalah "8 g/mH.
BAB +. PENUTUP
+.1 *es&m,ulan
,esimpulan yang dapat diperoleh dari praktikum berat jenis dan massa jenis zat !air dan zat padat" adalah . ,onsep hukum 'r!himedes menyatakan bah4a massa jenis zat !air sebanding dengan gaya apung dan berbanding terbalik dengan volume benda. #. &enentuan berat jenis padat (BEzpBEair) dilakukan dengan menimbang benda di udara lalu di air dan kemudian dihitung menggunakan rumus yang berasal dari hukum 'r!himedes. 3. &enambahan pemberat dalam menentukan berat jenis benda yang lebih ke!il daripada berat jenis air bertujuan agar benda dapat ter!elup seluruhnya.
+.2 !aran
&er!obaan praktikum berat jenis dan massa jenis zat !air dan zat padat sebaiknya lebih diperhatikan lagi dalam menimbang zat padat. Cat padat harus di!u!i sampai bersih sebelum ditimbang dalam zat !air yang berbeda. 7era!a hauss yang digunakan harus dikalibrasi terlebih dahulu agar hasilnya tepat.
DA-TAR PU!TA*A
'bdullah" ikrajuddin. #$$. ;isika :asar I Ndisi -evisi. Bandung Institut @eknologi Bandung. Bue!he" ;.E dan 6e!ht" N. #$$%. ;isika Ontuk Oniversitas. EakartaNrlangga. =ian!oli" :ouglas. #$$. ;isika Eilid I. EakartaNrlangga 6alliday dan -esni!k. #$$. ;isika :asar Ndisi Eilid . EakartaNrlangga. Soedojo" &.888. ;isika :asar. 5ogyakarta=ama NPa!t. @im &enyusun. #$%. &etunjuk &raktikum ;isika :asar. EemberOniversitas Eember
