Laporan Akhir Archimedes [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR BERAT JENIS DAN MASSA JENIS ZAT CAIR DAN ZAT PADAT



Oleh KELOMPOK VII C Asisten: Jamal Husen 1.) Ilma Eka Nur Rokhmawati



(151810201025)



2.) Fadhilah Nur Ilahi



(151810201026)



3.) Noviani Dwi Ningrum



(151810201027)



4.) Anis Wardatus Sholiha



(151810201028)



LABORATORIUM FISIKA DASAR JURUSAN FISIKA UNIVERSITAS JEMBER 2015



BAB 1. PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Tanpa kita sadari, dalam kehidupan sehari-hari kita selalu berhubungan dengan segala macam jenis benda yang selalu digunakan untuk menunjang aktivitas sehari-hari. Pada setiap benda memiliki massa, bentuk, dan volume yang berbeda. Begitu pula dengan massa jenis. Setiap benda memiliki massa jenis yang berbeda dengan benda yang lain. Massa jenis diartikan sebagai perbandingan antara massa zat dengan volumenya. Nilai dari massa jenis hanya bergantung pada jenis at, tidak bergantung pada volume ataupun massa suatu zat. Jadi, walaupun massa ataupun volume pada suatu zat itu berbeda dengan yang lain, akan tetapi massa jenisnya tetap sama. Pengukuran massa benda dapat dilakukan dengan alat yang disebut denan neraca. Pada setiap nerca memiliki ketelitian masing-masing. Pada umumnya, pengukuran massssa dilakukan secara perbandingan, didalam laboratorium, dikenala neraca analis untuk menetapkan massa suatu benda. Menentukan volume benda dapat dilakukan dengan berbagai macam cara sesuai dengan bentuk bendanya. Untuk benda yang beraturan, bentuknya dapat dilakukan dengan rumus yang sesuai. Sedangkan untuk benda yang tidak beraturan, pengukuran volume dilakukan dengan cara memasukkan benda tersebut kedalam gelas ukur yang sudah diisi dengan air pada volume tertentu, kemudian diamati selisih volumenya. Pengetahuan tentang massa jenis dalam praktikum sangatla penting. Hal itu dikarenakan pengetahuan tentang massa jenis selalu digunakan dalam kehidupan sehari-hari.



1.1 Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah dari praktikum berat jenis dan massa jenis zat air dan zat padat adalah : 1.



Bagaimana perbandingan massa jenis zat cair dengan massa jenis zat padat dari hasil pengamatan yang telah dilakukan ?



2.



Bagaimana perbandingan berat jenis zat padat antara (BJzp> BJair) dengan (BJzp< BJair) ?



3.



Bagaimana perbandingan massa jenis zat padat yang diperoleh dari hasil pengamatan dengan literatur yang ada dibuku ?



1.2 Tujuan Adapun tujuan dari praktikum berat jenis dan massa jenis zat air dan zat padat adalah : 1. Bagaimana perbandingan massa jenis zat cair dengan massa jenis zat padat dari hasil pengamatan yang telah dilakukan ? 2. Bagaimana perbandingan berat jenis zat padat antara (BJzp> BJair) dengan (BJzp< BJair) ? 3. Bagaimana perbandingan massa jenis zat padat yang diperoleh dari hasil pengamatan dengan literatur yang ada dibuku ?



1.3 Manfaat Adapun manfaat dari praktikum berat jenis dan massa jenis zat cair dan zat padat yaitu kitabdapat mengetahui massa jenis ataupun volume dari suatu benda. Aplikasi dari hukum Archimedes juga banyak dijumpai dalam berbagai peralatan misalnya hydrometer, kapal laut, kapal selam, dan balon udara.



BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA



Massa adalah ukuran bertahannya suatu benda terhadap suatu gaya. Jenis dari suatu zat dapat diketahui dengan mencari massa jenisnya. Massa bergantung pada banyaknya partikel yang menyusun sebuah materi (Kanginan, 2002). Massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis berfungsi untuk menentukan zat. Setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda (Tipler, 1998). Konsep massa jenis sering digunakan untuk menentukan jenis suatu zat. Massa jenis zat dapat dihitung dengan membandingkan massa zat (benda) dengan volumenya. Adapun rumus menentukan massa jenis zat adalah sebagai berikut :



𝜌=



𝑚 𝑣



…….. (2.1)



Dengan, 𝜌 = Massa jenis m = Massa benda v = Voulme benda (Halliday, 1991) Menurut Archimedes, benda menjadi lebih ringan bila diukur dalamair daripada di udara. Hal itu disebabkan karena di dalam air, benda mendapat gaya ke atas. Sementara ketika di udara, benda memiliki berat yang sesungguhnya (Kondo, 1982). Keadaan benda dalam air berdasarkan massa jenisnya adalah sebagai berikut : a.



Terapung Untuk dapat terapung, suatu benda yang ada di dalam air harus



mempunyai massa jenis yang lebih kecil dari massa jenis air. Pada saat benda diletakkan didalam suatu cairan, benda akan bergerak keatas, sehingga gaya keatas lebih besar daripada gaya berat (Fa> W) (Kanginan, 2002).



b.



Melayang Untuk dapat melayang, suatu benda yang ada didalam air harus



mempunyai massa jenis yang sama dengan massa jenis air. Pada saat benda diletakkan didalam suatu cairan, benda tidak akan bergerak keatas ataupun kebawah, sehingga gaya keatas sama dengan gaya ke bawah (Fa = W) (Soedojo,1999). c.



Tenggelam Untuk dapat tenggelam, suatu benda yang ada di dalam air mempunyai



massa jenis yang lebih besar daripada massa jenis air. Pada saat benda di letakkan dalam suatu cairan, benda akan bergerak kebawah sampai menyentuh dasar wadah. Sehingga gaya keatas lebih besar dari gaya berat (Fa < W) (Sears, 1985). Berat jenis pada sebuah benda dapat dirtikan sebagai gaya yang bekerja pada benda tersebut karena pengaruh faktor gravitasi bumi dan gaya massa benda (Bredthaur, 1993). Berat jenis didefinisikan sebagai massa benda persatuan volume benda tersebut. Persamaan dari berat jenis dapat ditulis sebagai berikut :



𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑗𝑒𝑛𝑖𝑠 =



𝑚 𝑣



(Kondo, 1982).



Satuan berat jenis adalah Kg/dm3 atau g/mL.berat jenis mempunyai harga konstan pada temperatur tertentu dan tidak bergantung pada jumlah bahan. Terdapat beberapa alat yang dapat digunakan untuk menentukan berat jenis. Diantaranya yaitu aerometer, piknometer, dan neraca whestpe (Kanginan,2002).



BAB 3. METODE PERCOBAAN



3.1 Alat dan Bahan Adapun alat dan bahan yang akan digunakan dalam percobaan berat jenis dan massa jenis zat cair dan zat padat adalah : 1. Timbangan



: untuk menimbang massa benda padat ataupun cair.



2. Zat padat



: objek percobaan yang akan diuji.



3. Zat cair



: objek percobaan yang akan diuji.



4. Tabung gelas ukur



: untuk mengukur volume zat cair.



5. Jangka sorong



: mengukur benda padat.



3.2 Design Percobaan Adapun desain percobaan pada praktikum berat jenis dan massa jenis zat cair dan zat padat ini adalah :  Menentukan massa jenis zat cair



Aquades



M



M M Aquades



M zat cair



Gambar 3.1 menetukan massa jenis zat cair (Sumber : Petunjuk Praktikum Fisika Dasar 1, 2015)



 Menentukan berat jenis zat padat.



w



wzp



wp



Wzp wp



Gambar 3.2 Menentukan berat jenis zat padat ( Sumber : petunjuk praktikum Fisika Dasar 1, 2015 )



3.3. Langkah Kerja Adapun langkah kerja yang akan dilakukan pada praktikum berat jenis dan massa jenis zat cair dan zat padat adalah : A. Menentukan Massa Jenis Zat Cair ( 𝜌𝑧𝑐 ) 1. Benda M ditimbang diudara. 2. Benda M didalam air ditimbang. 3. Benda M didalam zat cair lainnya ditimbang. 4. Langkah 1-3 diulangi sebanyak 3 kali. 5. Langkah 1-4 diulangi untuk zat cair yang berbeda.



B. Menentukan Berat Jenis Zat Padat ( BJzp> BJair ) 1. Zat padat di udara (W) ditimbang. 2. Zat padat didalam air (Wzp) ditimbang. 3. Langkah 2 diulangi sebanyak 3 kali. 4. Langkah 1-3 diulangi untuk zat padat yang berbeda.



C. Menentukan Berat Jenis Zat Padat ( BJzp< BJair ) 1. Zat padat diudara (W) ditimbang. 2. Zat padat didalam air ditimbang (Wzp). 3. “Pembenam” didalam air (Wp) ditimbang. 4. Zat padat dan “pembenam” didalam air ditimbang. 5. Langkah 1-4 diulangi sebanyak 3 kali.



3.4 Analisis Data / Metode Analisis Adapun metode analisis yang digunakan pada percobaan berat jenis dan massa jenis zat cair dan zat padat adalah : a). Massa jenis zat cair (𝝆𝒛𝒄 ) 𝑊𝑢 − 𝑊𝑧𝑐 𝑉𝑔 (𝑚𝑢 − 𝑚𝑧𝑐 )𝑔 𝜌𝑧𝑐 = 𝑉𝑔 𝑚𝑢 − 𝑚𝑧𝑐 𝜌𝑧𝑐 = 𝑉 𝑊𝑢 − 𝑊𝑎𝑖𝑟 𝑚𝑢. − 𝑚𝑎𝑖𝑟 𝑉= = 𝜌𝑎𝑖𝑟.𝑔 𝜌𝑎𝑖𝑟 𝐴 = 𝜋𝑟 2 𝜌𝑧𝑐 =



𝛿𝜌𝑧𝑐 2 𝛿𝜌𝑧𝑐 2 𝛿𝜌𝑧𝑐 2 𝛿𝜌𝑧𝑐 2 ∆𝜌𝑧𝑐 2 = | | |∆𝑚𝑢 |2 + | | |∆𝑚𝑧𝑐 |2 + | | |∆𝑝|2 + | | |∆𝑙|2 𝛿𝑚𝑢 𝛿𝑚𝑧𝑐 𝛿𝑝 𝛿𝑙 𝛿𝜌𝑧𝑐 2 +| | |∆𝑡|2 𝛿𝑡



𝛿𝜌



1



𝛿𝜌𝑧𝑐



|𝛿𝑚𝑧𝑐| = 𝑝𝑙𝑡 ;



|



𝑢



𝛿𝜌



−1



𝛿𝑝



𝛿𝜌𝑧𝑐



|𝛿𝑚𝑧𝑐 | = 𝑝𝑙𝑡 ;



|



𝑧𝑐



𝛿𝑙



|= |=



𝜌𝑧𝑐 =



∆𝜌𝑧𝑐



𝛿𝜌



|𝛿𝑚𝑧𝑐| = 𝑚 𝑢



2



𝑚𝑢 −𝑚𝑧𝑐 𝑝 2𝑙 𝑡



𝛿𝜌𝑧𝑐



|



;



𝛿𝑡



|=



𝑚𝑢 −𝑚𝑧𝑐 𝑝𝑙 𝑡 2



𝑚𝑢 −𝑚𝑧𝑐 𝑝𝑙2 𝑡



(𝑚𝑢 − 𝑚𝑧𝑐) (



𝑚𝑢 −𝑚𝑎𝑖𝑟 𝜌𝑎𝑖𝑟



)



=



(𝑚𝑢 − 𝑚𝑧𝑐) (𝜌 ) 𝑚𝑢 − 𝑚𝑎𝑖𝑟 𝑎𝑖𝑟



𝛿𝜌𝑧𝑐 2 𝛿𝜌𝑧𝑐 2 𝛿𝜌𝑧𝑐 2 2 2 =| | |∆𝑚𝑢 | + | | |∆𝑚𝑧𝑐 | + | | |∆𝜌𝑎𝑖𝑟 |2 𝛿𝑚𝑢 𝛿𝑚𝑧𝑐 𝛿𝜌𝑎𝑖𝑟 𝛿𝜌𝑧𝑐 2 +| | |∆𝑚𝑎𝑖𝑟 |2 𝛿𝑚𝑎𝑖𝑟



−𝜌



𝑎𝑖𝑟 −𝑚𝑢



(𝑚 −𝑚𝑧𝑐 )𝜌



− (𝑚 𝑢



2 𝑎𝑖𝑟 −𝑚𝑢 )



;



𝛿𝜌



(𝑚 −𝑚𝑧𝑐 )𝜌



|𝛿𝑚 𝑧𝑐 | = (𝑚 𝑢 𝑎𝑖𝑟



2 𝑎𝑖𝑟 −𝑚𝑢 )



𝛿𝜌



|𝛿𝑚𝑧𝑐 | = 𝑚 𝑧𝑐



𝜌



𝑎𝑖𝑟 −𝑚𝑢



𝛿𝜌



|𝛿𝜌 𝑧𝑐 | =



;



𝑎𝑖𝑟



∆𝑚𝑢 = ∆𝑚𝑧𝑐 = ∆𝑚𝑎𝑖𝑟 = √



(𝑚𝑧𝑐 −𝑚𝑢 ) 𝑚𝑎𝑖𝑟 −𝑚𝑢



∑(𝑚𝑖 − ̅̅̅̅ 𝑚)2 𝑛(𝑛 − 1)



̅̅̅2 ∑(𝜌𝑖 − 𝜌) ∆𝜌 = √ 𝑛(𝑛 − 1)



b). Berat jenis zat padat (𝑩𝑱𝒛𝒑 > 𝑩𝑱𝒂𝒊𝒓 ) 𝐵𝐽 = 𝐵𝐽 =



𝑊 𝑊 − 𝑊𝑠



𝑚𝑔 (𝑚𝑎 − 𝑚𝑢 )𝑔



𝐵𝐽 =



𝑚 (𝑚𝑎 − 𝑚𝑢 )



2 2 −𝑚𝑢 1 𝑚𝑢 2 |∆𝑚 | |∆𝑚𝑎 |2 ∆𝐵𝐽2 = | − | + | | 𝑢 (𝑚𝑎 − 𝑚𝑢 )2 (𝑚𝑎 − 𝑚𝑢 ) (𝑚𝑎 − 𝑚𝑢 )2



̅̅̅̅2 ∑(𝑚𝑖 − 𝑚) ∆𝑚𝑢 = ∆𝑚𝑎𝑖𝑟 = √ 𝑛(𝑛 − 1)



c). berat jenis zat padat (𝑩𝑱𝒛𝒑 > 𝑩𝑱𝒂𝒊𝒓 ) 𝐵𝐽 =



𝑊 𝑊1 + 𝑊2



𝐵𝐽 =



𝑊 𝑊 − 𝑊𝑧𝑝



𝐵𝐽 =



𝑚𝑔 (𝑚𝑢 − 𝑚𝑧𝑝 )𝑔



𝐵𝐽 =



𝑚 (𝑚𝑢 − 𝑚𝑧𝑝 ) 2



2 −𝑚𝑢 1 𝑚𝑢 2 ∆𝐵𝐽 = | − | |∆𝑚𝑢 |2 + | | |∆𝑚𝑧𝑝 | 2 2 (𝑚𝑎 − 𝑚𝑢 ) (𝑚𝑎 − 𝑚𝑢 ) (𝑚𝑢 − 𝑚𝑧𝑝 ) 2



̅̅̅̅2 ∑(𝑚𝑖 − 𝑚) ∆𝑚𝑢 = ∆𝑚𝑧𝑝 = √ 𝑛(𝑛 − 1)



BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN



4.1 Hasil Adapun hasil dari percobaan hokum Archimedes adalah : 4.1.1



Menentukan masa jenis zat cair



Bahan



Δm



𝑚 ̅ (g)



Masa 1 (g)



Masa 2 (g)



Masa 3 (g)



Udara



60



60



60



60



0



Air



51



49



49



50



1,63



Minyak



49



49,3



48,8



49



0,163



Sabun



48,6



48,7



48,6



49



0,072



Δ𝞺



𝜌̅



Zat cair



𝜤 (%)



K (%)



AP



(𝜌̅ ± Δ𝞺)



Air



1



0,009



3,28



96,72



2



(1 ± 0,009)



Minyak



1,07



1,991



0,33



99,67



3



(1,07 ± 1,991)



Sabun



1,09



0,0725



0,149



99,851



4



(1,09 ± 0,0725)



4.1.2 



Menentukan berat jenis zat padat / benda (BJzp > BJair) Kuningan



Bahan



Δm



𝑚 ̅ (g)



Masa 1 (g)



Masa 2 (g)



Masa 3 (g)



Udara



60



60



60



60



0



Air



51



49



49



49,7



0,667



Masa 1 (g)



Masa 2 (g)



Masa 3 (g)



Udara



4,7



4,7



4,7



4,7



0



Air



0,8



2



0,4



1,07



0,48







Kayu



Bahan



Δm



𝑚 ̅ (g)







Alumunium



Bahan



Δm



𝑚 ̅ (g)



Masa 1 (g)



Masa 2 (g)



Masa 3 (g)



Udara



22,2



22,2



22,2



22,2



0



Air



15,2



14,5



14,5



14,7



0,33



Masa 1 (g)



Masa 2 (g)



Masa 3 (g)



Udara



61,4



61,4



61,4



61,4



0



Air



49,8



49



49,5



49,31



0,26







Besi



Bahan



Δm



𝑚 ̅ (g)



ΔBJzp



𝜤 (%)



K (%)



Alumunium 3,17



0,106



3,3



96,7



2



(3,17 ± 1,106)



Kuningan



6,67



0,494



7,4



92,6



2



(6,67 ± 0,494)



Besi



5,29



0,106



2



98



3



(5,29 ± 0,106)



Kayu



1,2



0,149



12,3



87,7



2



(1,2 ± 0,149)



Zat padat



4.1.3



BJzp



(BJzp ± ΔBJzp)



AP



Berat jenis zat padat (BJzp < BJair)



Bahan



Δm



𝑚 ̅



Masa 1 (g) Masa 2 (g)



Masa 3 (g)



Wu besi



61,4



61,4



61,4



61,4



0



Wzp besi air



49,8



49



49,5



49,43



0,57



Wp alumunium 15,2



14,5



14,5



14,73



0,57



Wz di air



59,7



59,9



59,8



0,14



𝜤 (%)



59,8



K (%)



AP



BJK



ΔBJK



(BJK ± ΔBJK)



0



100



0



5,13



0,429



(5,13 ± 0,429)



1,15



98,85



3



1,42



0,041



(1,42 ± 0,041)



3,88



96,12



2



-0,326



0,007



(-0,326 ± 0,007)



0,23



99,77



4



1



0,016



(1 ± 0,016)



4.2 Pembahasan Percobaan ini bertujuan untuk menentukan masa jenis zat cair pada percobaan pertama dengan menggunkan hokum Archimedes. Zat cair yang akan ditentukan adalah air, minyak dan air sabun. Untuk mengukur atau menentukan masa jenis dari zat cair tersebut, balok yang telah dihitung gayanya di udara dicelupkan ke dalam zat cair. Gaya dalam zat cair dihitung selisih gaya di udara (Fu) dengan gaya zat cair (Fzc) merupakan nilai dari gaya apung(Fa). Maka masa jenis zat cair dari percobaan telah didapatkan. Pada air 1 gram/cm3,pada minyak 1,07 gram/cm3,pada air sabun 1,09 gram/cm3. Secara matematis,hasil dari percobaan yang telah dilakukan merupakan tidak termasuk valid. Pada pengukuran yang sudah dilakukan,didapatkan masa jenis yang agak berbeda jauh dengan literature. Dimana masa jenis minyak 0,92 gram/cm3, masa jenis air 1 gram/cm3. Pada percobaan yang kedua yaitu menentukan berat jenis zat padat. Berat jenis zat padat yang diperoleh dari kuningan yaitu 6,67 ; kayu 1,2 ; alumunium 3,17 ; dan besi 5,29. Perbedaan besarnya berat jenis yang didapatkan dipengaruhi oleh perbedaan masa benda,volume benda,dan kerapatan zat padat yang lebih besar daripada kerapatan zat cair. Pada percobaan yang ketiga, yaitu menentukan berat jenis zat padat atau benda (BJzp < BJair). Berat jenis zat padat yang didapat pada besi yaitu 5,13; alumunium -0,326. Pada suatu percobaan dimana semakin berat benda atau benda yang tenggelam, maka masa benda semakin ringan. Sehingga berat jenis yang diperoleh pada benda yang telah diberi pembenam akan menghasilkan berat jenis kurang dari berat jenis air(BJzp < BJair). Masa jenis pada setiap zat cair berbeda-beda. Hal tersebut dipengaruhi oleh gaya ke atas atau gaya apung yang dialami oleh benda, percepatan grafitasi dan volume. Berat jenis pada setiap zat padat juga berbeda-beda. Hal tersebut disebabkan karena berat zat padat lebih besar ketika benda di luar air.



BAB 5. PENUTUP



1.1 Kesimpulan Adapun kesimpula yang diperoleh dari percobaan Archimedes ini adalah massa benda menjadi berkurang ketika dimasukkan benda dimasukkan kedalam zat cair. Hal itu disebabkan adanya gaya dorong keatas didalam zat cair. Sehingga massa benda menjadi lebih ringan. Massa jenis suatu benda tidak berganutng pada tempat dan suhu. 1.2 Saran Adapun saran dari praktikum Archimedes ini adalah perlunya ketelitian ketika menghitung suatu massa benda, baik itu pada saat diudara, atupun pada saat di dalam zat cair.



DAFTAR PUSTAKA



Bredthaue,wilhem et all.1993.Impulse Physics Jilid 1.Stuttgard:Ernstklett Schubuchvelag. Halliday dan Resnick.1991.Fisika Jilid 1.Jakarta:Erlangga. Kanginan,M.20020Fisika.Jakarta:Grafinda. Kondo.1982.The New Book Of Popular Science.New York:Groiler Int.Inc. Searss,F.W



dan



M.W.Zeamansky.1981.Fisika



Untuk



Universitas



1.Bandung:Bina Cipta. Soedojopeter.1999.Fisika Dasar.Yogyakarta:Penerbit Andi. Tipler,PA.1998.Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid 1.Jakarta:Erlangga.



Jilid