MATERI AJAR TEKANAN ZAT CAIR, HUKUM PASCAL, DAN HUKUM ARCHIMEDES
SMP
WAGE RUDOLF SUPRATMAN 2 MEDAN
Tahun
Pelajaran : ……………………
Semester : ……………….......
Kelas : ……………………
Materi
Ajar : Tekanan zat cair
: Hukum Pascal
: Hukum
Archimedes
Hari/tanggal : ……………………
Waktu : ……………………
Hukum Pascal
“Tekanan
yang diberikan pada zat cair dalam suatu ruang (wadah) tertutup diteruskan ke
segala arah dengan sama besar (sama kuat)”.
Alat
teknik yang menggunakan prinsip Pascal :
1.
Dongkrak
hidrolik
2.
Mesin
hidrolik pengangkat mobil
3.
Pompa
hidrolik
4.
Mesin
pengepres hidrolik
5.
Rem
piringan hidrolik
Mari
kita bahas secara singkat alat teknik menggunakan prinsip pascal di atas.
Dimana :
P1
= tekanan pada pipa kecil (N/m2)
P2
= tekanan pada pipa besar (N/m2)
A1
= luas bidang kecil (m2)
A2
= luas bidang besar (m2)
F1
= gaya tekanan pada pipa kecil (N)
F2
= gaya tekanan pada pipa besar (N)
Pembahasan :
Contoh
: 2
Sebuah
dongkrak hidrolik memiliki silinder kecil berdiameter 5 cm dan silinder besar
berdiameter 30 cm. Bila silinder kecil ditekan dengan gaya 200 N. Maka besar
gaya angkat yang dihasilkan pada silinder besar.
Pembahasan
:
Diketahui,
Diameter
kecil, d1 = 5 cm
Diameter
besar, d2 = 30 cm
Gaya
tekan, F1 = 200 N
Ditanya,
Gaya
angkat F2 = … ?
Jawab,
Dari
soal dapat kita simpulkan bentuk bidangnya adalah lingkaran. Maka kita
mengingatkan rumus lingkaran.
ó A = πr2.
ó karena diameter, d = 2r sehingga r = ½
d
ó A = ¼ πd2.
2.
Mesin
hidrolik pengangkat mobil
Mobil
ditaruh pada ujung silinder besar dan hanya dengan menekan sebuah tombol, mobil
dengan mudah terangkat ke atas.
Prinsip kerja mesin pengangkat mobil :
“Udara
dengan tekanan tinggi yang berada pada silinder kecil A1. Diteruskan
ke silinder besar A2 untuk dapat mengangkat mobil”.
3.
Pompa
hidrolik ban sepeda
Prinsip pompa hidrolik,”Dengan memberikan gaya yang kecil pada penghisap kecil. Sehingga pada penghisap besar akan dihasilkan gaya yang cukup besar”.
4.
Mesin
pengepres hidrolik
5.
Rem
piringan hidrolik
Hukum Archimedes
Konsep
Bejana Berhubungan
“Bentuk permukaan zat cair yang sejenis dalam suatu bejana berhubungan selalu mendatar dan sama tingginya”.
Untuk dua jenis zat cair atau lebih berlaku rumus bejana berhubungan berikut.
Contoh : 3
Sebuah pipa U mula – mula diisi raksa (massa jenis 13.600 kg/m3) kemudian diisi dengan air (massa jenis 1.000 kg/m3). Jika air mengisi pipa kiri sepanjang 20 cm, berapa selisih ketinggian permukaan zat cair dalam kedua pipa.
Pembahasan :
Kita
buat dahulu garis batas antara raksa dan air di dalam pipa kiri sampai memotong
pipa kanan. Selanjutnya kita tetapkan indeks 2 untuk air dalam pipa kiri, yang
berada di atas garis batas. Dan indeks 1 untuk raksa dalam pipa kanan yang
berada di atas garis batas.
Diketahui,
Massa
jenis raksa, ⍴1 = 13.600 kg/m3.
Massa
jenis air, ⍴2 = 1.000 kg/m3.
Kolom
air, h2 = 20 cm
Ditanya,
Selisih
ketinggian air dengan raksa, △h
= … ?
Jawab,
Maka selisih ketinggian antara raksa dengan air dapat kita hitung.
ó
△h = h2 – h1
ó
△h = 20 – 1,47
ó
△h = 18,53 cm
Gaya Apung
“Selisih berat benda di udara dengan berat benda di dalam fluida (zat cair)”.
Maka rumus gaya apung, Fa :
Fa = wudara – wfluida
Keterangan
Fa = gaya apung (N)
wudara
= berat benda di udara (N)
wfluida = berat benda dalam fluida (N)
dengan
memasukkan rumus massa jenis, ⍴
:
mb = ⍴b . Vb
gaya
apung, Fa :
Fa = ⍴f. g. Vb’
Keterangan
:
Fa = gaya apung (N)
⍴f
= massa jenis fluida (kg/m3)
g = gravitasi bumi (N/kg)
Vb’
= volume benda yang tenggelam (m3)
Contoh
: 4
Berat
suatu benda di udara 40 N dan beratnya ketika dicelupkan seluruhnya ke dalam
air adalah 35,1 N.
a.
Tentukan
gaya apung yang dialami benda.
b.
Berapa
berat benda, jika benda hanya terselup 5/7 bagian dalam air.
Pembahasan
Bagian
a)
Gaya
apung yang dialami benda ketika tercelup seluruhnya ke dalam air.
ó
Fa = wu - wf
ó
Fa = 40 – 35,1
ó
Fa = 4,9 N
Bagian
b)
Saat
tercelup seluruhnya, Vb = V1f
Gaya
saat tercelup seluruhnya, F1 = 4,9 N
Saat
tercelup tidak seluruhnya, V2f = 5/7 Vb
Maka F2 = … ?
Maka berat benda di dalam air,
ó
F2a = wu – w2f
ó
3,5 = 40 – w2f
ó
w2f = 40 – 3,5
ó
w2f = 36,5 N
Mengapung, Tenggelam, dan Melayang
Hubungan antara massa jenis dengan peristiwa terapung, melayang, dan tenggelam.
Bunyi
Hukum Archimedes,
“suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya di dalam suatu zat cair akan mengalami gaya apung yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan (didesak) oleh benda tersebut”.
Penerapan konsep mengapung, tenggelam, dan melayang dalam kehidupan kita sehari – hari.
1.
Jembatan
ponton
2.
Hidrometer
3.
Kapal
laut
4.
Galangan
kapal
5.
Kapal
selam
6.
Balon
udara
Soal :
1
Sebuah pipa U diisi dengan raksa (massa jenis 13,6 g/cm3) dan oli (massa jenis 0,8 g/cm3) seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini.
Hitung selisih ketinggian permukaan oli dan raksa.
Soal :
2
Sebuah
pipa U mula – mula diisi dengan raksa (massa jenis 13,6 g/cm3).
Ketika kaki kiri diisi dengan zat cair A yang massa jenisnya 0,6 g/cm3,
permukaan raksa dalam pipa kaki kiri turun sejauh x. Jika tinggi kolom zat cair
A adalah 17 cm. Hitunglah x.
Soal :
3
Berat
sebuah benda di udara 49 N. Bila ditimbang dalam minyak tanah, berat benda
adalah 45 N.
(a)
Tentukan
gaya apung yang dialami benda.
(b) Tentukan gaya apung yang dialami benda jika benda tercelup ¼ bagian dalam minyak
tanah.
(c)
Hitung
berat benda ketika tercelup ¼ bagian dalam minyak tanah.
Soal :
4
Perhatikan gambar – gambar di bawah ini,
Neraca pegas yang akan memberikan bacaan angka skala yang paling besar adalah …
a.
(1)
b.
(2)
c.
(3)
d.
(4)
Soal :
5
Dari empat kumpulan plastisin yang beratnya sama, temanmu membuat empat macam perah, seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Keempat perahu itu mengapung di air. Perahu yang paling banyak dapat kamu muati kelereng tanpa tenggelam adalah perahu nomor …
a.
(1)
b.
(2)
c.
(3)
d.
(4)
Komentar
Posting Komentar
Silahkan Berkomentar dengan Bijak sesuai dengan semangat kemajuan yang membangun Blog ini dan Jangan keluar dari topik