Hukum Archimedes

Selamat datang di :

Simulasi dan Pemodelan Fenomena Sains Menggunakan PhET Interactive Simulation pada Pembelajaran IPA untuk Meningkatkan Motivasi Belajar dan Kemampuan Analisis Pokok Bahasan Hukum Archimedes dalam Kemasan Modul Elektronik Berbasis Blogger.

Melalui ruang belajar online ini, kita akan bersama-sama mempelajari salah satu konsep dalam IPA, yaitu mengenai gaya apung berdasarkan hukum Archimedes. Mengingat sulitnya mengamati fenomena gaya apung pada benda nyata, maka kita akan mengkajinya menggunakan perangkat lunak yaitu program aplikasi PhET Interactive Simulation.

#Daftar Isi

Ruang belajar online ini terdiri dari tiga bagian yaitu :
1. Hukum Archimedes
2. Tokoh Fisika : Archimedes
3. Simulasi Gaya Apung (PhET Interactive Simulation)

#Pedoman Penggunaan Modul

Agar proses belajar lebih mudah dan mengikuti pentahapan yang sesuai. Mulailah membuka materi utama (Hukum Archimedes), kemudian pada bagian sains info terdapat info menarik mengenai Archimedes, filsuf Yunani yang menemukan hukum Archimedes. Selanjutnya, kalian diharapkan mampu melakukan simulasi tentang gaya apung dengan menggunakan PhET Interactive Simulation.

SIMULASI GAYA APUNG

Setelah kamu belajar mengenai 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. Agar kamu lebih paham mengenai gaya apung, mari lakukan percobaan ini menggunakan simulasi PhET.

Sebelum memulai, gunakan LKPD Hukum Archimedes sebagai panduan menggunakan simulasi PhET. Yuk kita mulai simulasinya.


Berikut ini keterangan satuan yang kalian gunakan.
Berat              = Newton (N)
Gaya              = Newton (N)
Volume         = Liter (L)
Massa            = Kilogram (Kg)
Massa Jenis = Kilogram per Liter (Kg/L)

Keterangan Satuan Internasional
Berat              = Newton (N)
Gaya              = Newton (N)
Volume         = Meter kubik (m ³ )
Massa            = Kilogram (Kg)

Massa Jenis = Kilogram per meter kubik (kg/m ³)

Tokoh Fisika : ARCHIMEDES

ARCHIMEDES

Matematikawan, Fisikawan dan Insinyur Yunani (287-212 SM)

Archimedes

Bisa jadi Archimedes adalah ilmuwan terbesar di zaman kuno. Ia adalah orang pertama yang menghitung secara akurat perbandingan keliling lingkaran terhadap diameternya, dan ia juga menunjukkan cara menghitung volume dan luas permukaan bola, tabung, dan bentuk-bentuk geometris lainnya. Archimedes juga terkenal karena menemukan sifat-sifat alami dari gaya apung.

Konon pada suatu hari, raja Hieron II mencurigai bahwa mahkota emasnya telah dicampur dengan perak. Raja lalu memerintahkan Archimedes untuk menyelidikinya. Archimedes memikirkan masalah ini dengan keras. Ketika kepalanya panas karena terlalu banyak berpikir, ia memutuskan berendam dalam air. Ketika ia menceburkan diri ke dalam bak mandi yang penuh dengan air, beberapa air tumpah ke lantai dan seketika itu pula ia menemukan jawabannya. Ia segera bangkit berdiri, dan berteriak “Eureka! Eureka!” yang berarti “Sudah kutemukan! Sudah kutemukan!”. Apa yang ditemukannya? Ia menemukan hukum Archimedes.

Dengan menggunakan hukum ini, ia akan membuktikan apakah mahkota raja murni emas atau telah dicampur dengan perak. Archimedes menyadari bahwa jika emas dicampur dengan perak (yang massa jenisnya lebih kecil daripada emas), mahkota akan memiliki volum yang lebih besar dan karena itu akan memindahkan lebih banyak air daripada mahkota sama yang terbuat dari emas murni. Kisah ini berakhir dengan ditemukannya kesimpulan bahwa mahkota raja tidak terbuat dari emas murni.

Sumber : Serway, Raymond A. 2009. Fisika. Jakarta : Salemba Teknik

Materi Efek Rumah Kaca

Taukah kalian apa yang dimaksud efek rumah kaca?

Gambar1. Efek Rumah Kaca

Efek rumah kaca dalah proses pemanasan alami karena adanya gas-gas rumah kaca untuk meningkatkan suhu bumi sehingga memungkinkan organisme didalamnya tetap hidup. Suhu bumi tanpa efek rumah kaca -18°C. Efek rumah kaca sangat dibutuhkan, jika tidak ada nantinya suhu bumi sangat dingin dan bisa tertutup oleh es. Namun jika jumlahnya berlebihan di atmosfer maka dapat menyebabkan pemanasan global.

Apa yang menyebabkan adanya efek rumah kaca?

Gambar2. Gas dari Asap Pabrik

Efek rumah kaca terjadi karena adanya gas-gas rumah kaca seperti uap air (H₂O), carbondioksida (CO₂), metana(CH₄), dinitrogen oksida (N₂O) dan gas-gas lainnya. Penyebab dari efek rumah kaca adalah gas-gas dari aktivitas biologis makhluk hidup dan aktivitas manusia. Aktivitas bilogis yang dimaksud seperti pernapasan yang menghasilkan gas CO2, aktivitas mikroorganisme didalam tanah yang menghasilkan gas nitrogen oksida dan zat ekskresi yang menghasilkan gas metana serta aktivitas biologis yang lain. Gas rumah kaca yang paling banyak diudara adalah uap air yang berasal dari penguapan sungai,danau dan perairan lain, kemudian yang terbanyak kedua adalah karbondioksida. Kenaikan konsentrasi gas CO₂ disebabkan oleh kenaikan pembakaran bahan bakar minyak, batu bara dan bahan bakar organik lainnya yang melampaui kemampuan tumbuhan untuk menyerapnya sehingga terjadi kenaikan suhu dibumi yang merupakan akibat dari adanya efek rumah kaca (greenhouse effect). Selain itu gas dari kendaraan bermotor,penggunaan pupuk dan peraatan rumah tangga seperti AC juga menghasilkan gas-gas rumah kaca di atmosfer.

Gambar3. Gas dari Asap Kendaraan

Apakah berdampak bagi kehidupan di permukaan bumi?

Dampak dari efek rumah kaca secara alami untuk menyebabkan suhu bumi lebih hangat dan suhu antara siang dan malam tidak terlalu berbeda. Dampak negatif dari efek rumah kaca apabila gas-gas rumah kaca yang semakin meningkat dapat menyababkan pemanasan global. Pemanasan global nantinya dapat menyebabkan perubahan iklim, bertambahnya suhu air laut yang dapat menyebabkan permukaan air laut naik. Selain itu akan memberikan dapat bagi kelangsungan hidup organisme yang ada di bumi. 

Sekarang kalian sudah tahu apa yang dimaksud efek rumah kaca beserta penyebab dan dampaknya. Bagaimana dengan proses terjadinya efek rumah kaca? lakukan simulasi pada modul ini dengan kembali ke halaman sebelumnya

Gaya Apung dan Hukum Archimedes

Pernahkah kamu berjalan di dalam kolam renang yang dangkal? Apakah kakimu terasa lebih ringan atau justru lebih berat?

Jika kamu berjalan di air yang cukup dalam, misalkan permukaan air sampai di dagumu, dengan sedikit menghentakkan kaki, tubuhmu akan mengambang ke atas. Hal ini terjadi karena air memberikan gaya angkat pada tubuhmu. Gaya angkat itu apa sih?

Gaya Apung

Untuk memahami apa itu tentang gaya angkat, cobalah lakukan percobaan sederhana berikut. Ikatkan batu kecil pada ujung seutas benang yang kuat. Letakkan batu kecil di lantai dan pegang ujung lain benang secara vertikal. Tariklah tali, sehingga batu menggantung di udara (Gambar a). Rasakan gaya otot lenganmu ketika menahan batu di udara. Sekarang celupkan seluruh batu ke dalam gelas berisi air. Tariklah tali, sehingga batu melayang dalam air. Rasakan gaya otot lenganmu ketika menahan batu yang melayang di dalam air (Gambar b).

Gambar 1. a. Batu yang diikat tali. b. Batu yang diikat tali dicelupkan ke dalam air

Dari percobaan sederhana ini kamu dapat merasakan berat batu di dalam air lebih ringan daripada berat batu di udara. Mengapa peristiwa ini terjadi? Sesungguhnya berat batu ketika tercelup di dalam air tidaklah berkurang, tetapi air memberikan gaya apung pada batu. Gaya apung inilah yang membuat berat batu dalam air terasa ringan. Gaya apung merupakan gaya ke atas oleh zat cair pada benda yang berada di dalam zat cair tersebut. Pengurangan berat benda di dalam air sama dengan besar gaya apung ke atas atau dirumuskan :

Fa = wu - wa

Dengan,

Fa        = gaya ke atas atau gaya apung (N)

Wu      = berat benda di udara (N)

Wa       = berat benda di air (N)

Gaya apung pertama kali dikemukakan oleh Archimedes. Oleh karena itu gaya apung sering disebut gaya archimedes dan pernyataan tersebut lebih dikenal sebagai hukum Archimedes.

Hukum Archimedes berbunyi “Jika dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair, benda tersebut akan mengalami gaya ke atas. Gaya ke atas itu besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan.”

Perhatikan! Yang dimaksud dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda hanyalah bagian dari berat benda yang tercelup dalam zat cair. (Gambar 2.)

Gambar 2. Berat zat cair yang dipindahkan benda hanyalah berat benda yang tercelup dalam air

Fa = ρf x g x Vbf

Secara matematis, hukum Archimedes dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.

Dengan :

Fa        = gaya ke atas atau gaya apung (N)

ρ_f         = massa jenis zat cair (kg/m³)

g          = percepatan gravitasi (m/s²)

Vb_f      = volume benda yang tercelup (m³)

Konsep Terapung, Melayang dan Tenggelam

Adanya gaya apung dalam zat cair terhadap suatu benda membuat benda tersebut dapat mengalami tiga kemungkinan posisi suatu benda ketika dimasukkan ke dalam air yaitu tenggelam, melayang dan terapung. Pada benda yang berada di dalam air bekerja dua gaya segaris yang berlawanan arah yaitu gaya berat (w) yang arahnya ke bawah dan gaya apung (Fa) yang arahnya ke atas.

a.     Benda Tenggelam

Benda disebut tenggelam dalam zat cair apabila posisi benda selalu terletak pada dasar tempat zat cair berada. Khusus untuk benda yang tenggelam terdapat tiga gaya yaitu :

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

Gambar 3. Tiga gaya yang bekerja pada benda yang tenggelam

Dalam keadaan seimbang maka W = N + F_a  sehingga :

ΣF                       =         0

Fa + N – w       =         0

w                        =         Fa + N

Sehingga, nilai w > Fa

W              >         F_a
m . g         >         ρ_ZC . V_b . g
ρ_b .V_b .g   >         ρ_ZC . V_b . g

ρ_b              >         ρ_zc

dengan :

ρ_b           = massa jenis benda
ρ_ZC            = massa jenis zat cair

Jadi, benda tenggelam di dalam zat cair apabila massa jenis benda lebih besar daripada 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. Pada benda melayang terdapat dua gaya yaitu F_a dan W. 

Gambar 4. Dua gaya yakni gaya apung dan berat benda pada posisi melayang di air

Dalam keadaan seimbang maka:

W                       =         F_a
ρ_b . V_b . g          =         ρ_ZC . V_b . g

ρ_b                       =         ρ_zc

Jadi, benda melayang di dalam zat cair apabila massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair.

c.      Benda Terapung

Benda terapung dalam zat cair apabila posisi benda sebagian muncul dipermukaan zat cair dan sebagian terbenam dalam zat cair.Pada benda terapung terdapat dua gaya yaitu : Fa dan W. 

Gambar 5. Gaya apung dan berat benda pada saat benda terapung di permukaan air.

Dalam keadaan seimbang maka :

W                         =         F_a
ρ_b . V₁ . g            =         ρ_ZC . V₂ . g
ρ_b . V₁                  =         ρ_ZC . V₂

karena V₁ > V₂ maka  ρ_b < ρ_ZC

Jadi, benda terapung di dalam zat cair apabila massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair.

Penerapan Hukum Archimedes

Gaya apung atau gaya Archimedes banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari, antara lain dalam pembuatan kapal laut, galangan kapal, kapal selam, hidrometer dan jembatan ponton.

1)      Kapal laut

Gambar 6. Kapal laut

Umumnya kapal terbuat dari kayu atau besi yang memiliki massa jenis lebih besar dibanding air. Namun, mengapa kapal dapat terapung di atas permukaan air? Kapal laut dapat terapung di atas permukaan air karena bentuk kapal dibuat berongga sehingga volume air yang dipindahkan kapal tersebut dapat lebih besar, hal ini mengakibatkan gaya ke atas dari air juga menjadi lebih besar dan mampu menahan kapal agar tidak tenggelam. Ketika kapal laut terbalik, ruang kosong akan terisi air sehingga kapal bisa tenggelam.

2)    Galangan kapal

Gambar 7. Galangan Kapal

Galangan kapal digunakan untuk mengangkat kapal laut yang akan diperbaiki bagian bawahnya yang berada di permukaan air, sehingga dapat terangkat ke permukaan air. Prinsip kerja galangan kapal serupa dengan kapal, tetapi dapat ditenggelamkan dan dimunculkan. Galangan kapal dapat diisi penuh dengan air laut atau dikosongkan. Kapal yang akan diperbaiki dimasukkan ke dalam galangan. Kemudian, air di dalam galangan disedot keluar. Bersamaan dengan berkurangnya air, galangan akan terangkat. Akhirnya, air di sekeliling kapal habis dan kapal bisa diperbaiki. Setelah kapal diperbaiki, galangan kembali diisi dengan air hingga penuh. Galangan kembali tenggelam dan disekeliling kapal dipenuhi oleh air. Kapal pun siap kembali ke laut.

3)    Kapal selam

Gambar 8. Cara Kerja Kapal Selam

Kapal selam adalah kapal laut yang dapat berada dalam tiga keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam. Ketiga keadaan ini dapat dicapai dengan cara mengatur banyaknya air dan udara dalam badan kapal selam. Ketika kapal selam ingin terapung maka bagian badan kapal harus berisi udara. Ketika akan melayang, udara di dalam badan kapal dikeluarkan dan diisi dengan air sehingga mencapai keadaan melayang. Jika ingin tenggelam maka air dalam badan kapal harus lebih diperbanyak.

4)    Hidrometer

Gambar 9. 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. Cara menggunakan alat ini adalah dengan mencelupkannya pada zat cair yang akan diukur massa jenisnya. Kemudian, dilihat skala permukaan zat cair dan nilai itulah yang merupakan nilai massa jenis dari zat cair tersebut.

5)     Jembatan Ponton

Gambar 10. Jembatan Ponton

Jembatan ponton adalah jembatan yang terbuat dari tabung-tabung, drum-drum kosong atau bahan lain yang terapung di atas permukaan air. Dalam keadaan darurat, orang membuat jembatan dengan memasang beberapa drum kosong yang tertutup rapat secara berjajar dan meletakkan papan di atasnya untuk orang berjalan. Drum kosong akan mengapung dalam air sebab drum kosong memiliki rongga yang berisi udara di dalamnya (udara jauh lebih ringan daripada air).

Sumber            :

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika. Jakarta : Erlangga.

Giancoli, Douglas C. 2007. Fisika : Prnsip dan Aplikasi. Jakarta : Erlangga.

Marthen, Kanginan. 2007. IPA Fisika 2 untuk SMP KELAS VIII. Jakarta : Erlangga.

Muhammad, Akrom. 2009. Fisika Praktis. Cara Mudah Memahami Fisika. Yogyakarta : Tunas Publishing.

Serway, Raymond A. 2009. Fisika. Jakarta : Salemba Teknik

Young, Hugh. 2002. Fisika Universitas. Jakarta : Erlangga.

Efek Rumah Kaca

Assalamualaikum wr wb
Selamat datang di

Penggunaan Media PhET Interaktive dalam Modul Elektronik berbasis Blogger terhadap Kemampuan Analisis dan ICT Literacy Peserta Didik Kelas VII SMP Pokok Bahasan Efek Rumah Kaca (Greenhouse Effect)

Pada modul elektronik ini kita akan belajar tentang pokok bahasan kelas VII SMP tentang efek rumah kaca. Kita sering merasakan dampak dari efek rumah kaca seperti kenaikan suhu bumi yang terus-menerus menyebabkan pemanasan global. Bagaimanakah proses terjadinya efek rumah kaca tersebut? pada blog ini akan diberikan simulasi proses terjadinya efek rumah kaca yang sifatnya abstrak sehingga perlu simulasi ini untuk membantu belajar siswa . Simulasi ini menggunakan aplikasi PhET Interactive tentang Greenhouse Effect, untuk simulasi materi lain kunjungi https://phet.colorado.edu/in/simulations

Daftar Isi
1. Efek Rumah Kaca
2. Simulasi


Petunjuk Penggunaan Modul
Modul ini memberikan penjelasan tentang terjadinya efek rumah kaca menggunakan simulasi sehingga terlebih dahulu buka materi utama (perubahan energi). Setelah mempelajari materi utama, ukurlah kemampuanmu dengan membuka evaluasi.

Simulasi Efek Rumah Kaca

Pengantar

Efek rumah kaca mirip dengan rumah kaca yang digunakan untuk menanam tanaman (greenhouse). Coba ingat-ingat lagi fungsi dari rumah kaca itu sendiri. Selain untuk melindungi tanaman, rumah kaca bersifat hangat karena kaca-kacanya bisa menangkap panas sehingga tanaman yang ada didalamnya menjadi hangat. Lalu apa yang dimaksud dengan efek rumah kaca?

Efek rumah kaca disebabkan oleh banyaknya gas-gas rumah kaca seperti CO₂ diudara yang disebabkan oleh aktivitas manusia. Emisi yang terus menerus menyebabkan gas-rumah kaca terkumpul di atmosfer yang mempengaruhi kehidupan di bumi. Bagaimana pengaruhnya? Lakukan simulasi berikut !

Download LKPD disini

Gunakan simulasi dibawah ini :

Click to Run