LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR

Modul 6

Pipa U

Disusun oleh:

Nama : Rizka Nadhira

NPM : 240210130109

Kelompok/Shift : 3/ TIP-B2

Hari, tanggal : Kamis, 31 Oktober 2013

Pukul : 10.00-12.00 WIB

Asisten : Fredy Agil Raynaldo

LABORATORIUM FISIKA DASAR

JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PANGAN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN

UNIVERSITAS PADJADJARAN

2013

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dalam kehidupan sehari-hari kita tentu pernah melihat tukang bangunan

yang sedang bekerja. Banyak sekali alat-alat yang digunakan tukang bangunan

saat membuat sebuah rumah, gedung atau bangunan lainnya. Salah satu alat yang

sering digunakan adalah waterpas. Waterpas berguna untuk mengetahui datar atau

tidak suatu bangunan. Alat tersebut menggunakan hukum bejana berhubungan

seperti halnya pipa U.

Suatu fluida dalam sebuah pipa yang berbentuk U akan bergerak atau

diam. Apabila zat cair dalam pipa setimbang maka zat cair tersebut akan diam

tetapi apabila diberikan perlakuaan dengan cara salah satu permukaan zat cair

dibuat lebih tinggi dari yang lain sehingga zat cair tersebut akan bergerak secara

periodik naik turun sampai keadaannya kembali ke posisi setimbang. Hal itu

merupakan salah satu sifat fluida yang disebabkan oleh gaya luar berupa tekanan

udara dan percepatan gravitasi yang menyebabkan fluida menjadi bergerak dan

berhenti saat zat cair tersebut kembali setimbang.

Sifat fluida tersebut dapat dimanfaatkan untuk mencari besar percepatan

gravitasi di suatu tempat dengan melakukan percobaan yang menunjukan adanya

indikasi percepatan gravitasi mempengaruhi gerak fluida pada sebuah pipa yang

berbentuk U. Hal itu dilakukan dengan cara menghitung waktu yang dibutuhkan

zat cair untuk melakukan satu getaran/osilasi, yaitu gerak bolak-balik yang

berlangsung secara periodik melalui titik kesetimbangan. Dengan demikian,

percepatan gravitasi di suatu tempat dapat dihitung dengan bantuan periode

getaran zat cair tersebut.

1.2. Tujuan

Tujuan dari praktikum ini adalah untuk dapat menentukan percepatan

gravitasi dengan menggunakan osilasi cairan yang berada pada pipa U.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Hukum Pascal

Bila ditinjau dari zat cair yang berada dalam suatu wadah, tekanan zat cair

pada dasar wadah tentu saja lebih besar dari tekanan zat cair pada bagian di

atasnya. Semakin ke bawah, semakin besar tekanan zat cair tersebut. Sebaliknya,

semakin mendekati permukaan atas wadah, semakin kecil tekanan zat cair

tersebut. Besarnya tekanan sebanding dengan pgh (p = massa jenis, g =

percepatan gravitasi dan h = ketinggian/kedalaman). Setiap titik pada kedalaman

yang sama memiliki besar tekanan yang sama. Hal ini berlaku untuk semua zat

cair dalam wadah apapun dan tidak bergantung pada bentuk wadah tersebut.

Apabila ditambahkan tekanan luar misalnya dengan menekan permukaan zat cair

tersebut, pertambahan tekanan dalam zat cair adalah sama di segala arah. Jadi,

jika diberikan tekanan luar, setiap bagian zat cair mendapat jatah tekanan yang

sama.

Jika seseorang memeras ujung kantong plastik berisi air yang memiliki

banyak lubang maka air akan memancar dari setiap lubang dengan sama kuat.

Blaise Pascal (1623-1662) menyimpulkannya dalam hukum Pascal yang berbunyi,

tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama

besar ke segala arah.

2.2. Hukum Utama Hidrostatis

Hukum Utama Hidrostatis menyatakan bahwa semua titik yang berada

pada bidang datar yang sama dalam fluida homogen, memiliki tekanan total yang

sama. Jadi, walaupun bentuk penampang tabung berbeda, besarnya tekanan total

di titik A, B, C, dan D adalah sama. Persamaan Hukum Utama Hidrostatis dapat

diturunkan dengan memperhatikan Gambar 1. Misalkan, pada suatu bejana

berhubungan dimasukkan dua jenis fluida yang massa jenisnya berbeda, yaitu 1

dan 2.

Gambar 1. Bejana Berhubungan

Sumber: http://hidupsehati.com/hukum-utama-hidrostatis.html

Tekanan total di titik A dan B pada bejana U yang terisi fluida homogen

adalah sama besar, pA = pB. Jika diukur dari bidang batas terendah antara fluida 1

dan fluida 2, yaitu titik B dan titik A, fluida 2 memiliki ketinggian h2 dan fluida 1

memiliki ketinggian h1. Tekanan total di titik A dan titik B sama besar. Menurut

persamaan tekanan hidrostatis, besarnya tekanan di titik A dan titik B bergantung

pada massa jenis fluida dan ketinggian fluida di dalam tabung. Secara matematis,

persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut.

pA = pB

p0 + 1gh1 = p0 + 2gh2

1 h1 = 2 h2

dengan: h1 = jarak titik A terhadap permukaan fluida 1,

h2 = jarak titik B terhadap permukaan fluida 2,

1 = massa jenis fluida satu, dan

2 = massa jenis fluida dua.

2.3 Paradoks Hidrostatis

Semua bejana yang mempunyai luas dasar (A) yang sama dan berisi zat

cair dengan ketinggian yang sama pula (h). Menurut Hukum Utama Hidrostatis:

Tekanan hidrostatis pada dasar masing-masing bejana adalah sama yaitu :

Ph = r . g . h

Paradoks Hidrostatis adalah gaya hidrostatis pada dasar bejana tidak tergantung

pada banyaknya zat cair maupun bentuk bejana, melainkan tergantung pada massa

jenis zat cair, tinggi zat cair di atas dasar bejana, luar dasar bejana. Jadi, gaya

hidrostatis pada dasar bejana tersebut sama yaitu:

Fh= r . g . h . A

Besarnya tekanan di suatu titik di dalam zat cair tak bergerak sebanding dengan

kedalaman titik itu (h) dan sebanding dengan massa jenis zat cair tersebut. Secara

matematis, besarnya tekanan oleh fluida tak bergerak dapat dirumuskan sebagai

berikut :

Ph = gh

Keterangan :

Ph = tekanan yang dialami zat cair (tekanan hidrostatis) (Pa)

= massa jenis zat cair (kh/m3)

g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)

h = kedalaman/tinggi titik diukur dari permukaan (mm)

Oleh karena tekanan udara luas Patm memengaruhi besar tekanan hidrostatis,

tekanan total yang dialami suatu zat cair titik tertentu merupakan jumlah dari

tekanan udara laut dengan tekanan hidrostatis yang dirumuskan:

Ptotal = Patm + Ppgh

2.4. Gravitasi

Gravitasi adalah gaya tarik-menarik yang terjadi antara semua partikel

yang mempunyai massa di alam semesta. Fisika modern mendeskripsikan

gravitasi menggunakan Teori Relativitas Umum dari Einstein, namun hukum

gravitasi universal Newton yang lebih sederhana merupakan hampiran yang

cukup akurat dalam kebanyakan kasus.Sebagai contoh, bumi yang memiliki

massa yang sangat besar menghasilkan gaya gravitasi yang sangat besar untuk

menarik benda-benda di sekitarnya, termasuk makhluk hidup, dan benda-benda

yang ada di bumi. Gaya gravitasi ini juga menarik benda-benda yang ada di luar

angkasa, seperti bulan, meteor, dan benda angkasa lainnya, termasuk satelit

buatan manusia.Beberapa teori yang belum dapat dibuktikan menyebutkan bahwa

gaya gravitasi timbul karena adanya partikel gravitron dalam setiap atom.

Percepatan gravitasi suatu obyek yang berada pada permukaan laut dikatakan

ekivalen dengan 1 g, yang didefinisikan memiliki nilai 9,80665 m/s2. Percepatan

di tempat lain seharusnya dikoreksi dari nilai ini sesuai dengan ketinggian dan

juga pengaruh benda-benda bermassa besar di sekitarnya. Umumnya digunakan

nilai 9,81 m/s2 untuk mudahnya

Nilai g dapat diukur dengan berbagai metoda. Bentuk-bentuk paling sederhana

misalnya dengan menggunakan pegas atau bandul yang diketahui konstanta-

konstantanya. Dengan melakukan pengukuran dapat ditentukan nilai percepatan

gravitasi di suatu tempat, yang umumnya berbeda dengan tempat lain.

Dalam bidang fisika bumi dikenal pula metoda gravitasi yaitu suatu metoda

pengukuran perbedaan percepatan gravitasi suatu tempat untuk memperkirakan

kandungan tanah yang berada di bawah titik pengukuran. Dengan cara ini dapat

diduga (bersama-sama dengan pemanfaatan metoda fisika bumi lainnya) struktur

dan juga unsur-unsur pembentuk lapisan tanah yang tersusun atas elemen yang

memiliki rapat massa yang berbeda-beda.

2.5. Pipa U

Pada modulus pipa U kali ini termasuk gerak harmonis sederhana linier.

Gerak harmonis sederhana ini tidak menghasilkan sudut dalam gerak osilasinya.

Berdasarkan teori atom modern, orang menduga bahwa molekul-molekul benda

padat bergetar dengan gerak yang hampir harmonik terhadap posisi kisi-kisi

tetapnya, walaupun gerak molekul-molekul itu tentunya tidak dapat kita lihat

secara langsung.

Gambar 2.2. pipa U dalam keadaan horizontal

Sumber: Nurfauziawati, Nova. 2010. Laporan Praktikum Fisika Dasar Modul 6

Pipa U

Pipa U adalah salah satu bejana berhubungan yang paling sederhana

berbentuk huruf U. Bila pipa U diisi oleh sejenis zat cair tertentu, maka zat cair di

kedua pipa mempunyai tinggi yang sama, berarti mengikuti hukum bejana

berhubungan. Alat yang digunakan oleh para tukang bangunan untuk

mendapatkan sifat datar juga menggunakan hukum bejana berhubungan. Alat

tersebut dinamakan water pas. Gejala-gejala dalam kehidupan sehari-hari yang

pemanfaatannya menggunakan hukum bejana berhubungan akan bermanfaat

sekali untuk mendapatkan sifat datar. Bunyi hukum bejana berhubungan yaitu :

Bila bejana-bejana berhubungan diisi dengan zat cair yang sama, dalam

keadaan setimbang, permukaan zat cair dalam bejanabejana itu terletak pada

sebuh bidang mendatar. Para tukang bangunan juga sering menggunakan prinsip

hukum bejana berhubungan ini untuk mengukur ketinggian dua tempat yang

berbeda letaknya dengan cara menggunakan selang bening yang berisi air. Tinggi

air di kedua bagian ujung selang selalu sama.

Hukum bejana berhubungan tidak berlaku jika terdapat pipa kapiler di

salah satu bejana, dan tidak berlaku pula jika diisi dengan lebih dari satu jenis zat

cair yang berbeda. Pada pipa U bila dari salah satu mulut pipa U dituangkan zat

cair yang berbeda (massa jenisnya berbeda dengan massa jenis zat cair yang sudah

ada di dalam pipa). Tekanan pada kedua permukaan zat cair di kedua mulut pipa

U selalu sama, yaitu merupakan tekanan hidrostatis. Jika pipa U diisi dengan dua

zat cair yang tidak bercampur, tinggi permukaan zat cair pada kedua mulut pipa

berbeda. Hubungan antara massa jenis dan tinggi zat cair dalam pipa U adalah

sebagai berikut.

Misalkan, massa jenis zat cair pertama adalah 1 dan massa jenis zat cair

kedua adalah 2. Dari titik pertemuan kedua zat cair, kita buat garis mendatar

yang memotong kedua kaki pipa U. Misalkan, tinggi permukaan zat cair pertama

dari garis adalah h1 dan tinggi permukaan zat cair kedua dari garis adalah h2. Zat

cair pertama setinggi h1 melakukan tekanan yang sama besar dengan tekanan zat

cair kedua setinggi h2.

P1 = P2

Dengan menggunakan persamaan di atas, maka diperoleh :

1 g h1 = 2 g h2 , 1 h1 = 2 h2

Gambar 2.2 Pipa U yang berisi cairan

Sumber: Nurfauziawati, Nova. 2010. Laporan Praktikum Fisika Dasar Modul 6

Pipa U

Sebuah tabung berbentuk U diisi air sampai ketinggian tertentu. Kemudian air

disebelah kanan ditekan kebawah hingga turun setinggi x, lalu dilepas sedemikian,

sehingga air bergerak harmonik sedehana. Jika luas permukaan tabung A dan

massa air seluruhnya m, maka besar perioda gerak harmonik ini adalah sebagai

berikut.

Gaya pemulih adalah gaya berat air di kolom sebelah kiri setinggi 2x yang

mendorong air bergerak ke sebelah kanan, besarnya adalah

F = -mg = -Vg = -A(2x)g = -(2Ag) x

Sesuai dengan persaman gaya pemulih bahwa F = -k x, maka diperoleh:

k = 2Ag

Massa total cairan : m = V = A(2l) = 2Al

Periode gerak harmonik adalah

= 2

Atau

= 2 2

2

sehingga periode getaran memenuhi hubungan :

= 2

Dengan:

T = perioda (sekon)

l = panjang kolom zat cair (m)

g = percepatan gravitasi (ms-2)

BAB III

METODE PRAKTIKUM

3.1. Alat dan Bahan

3.1.1. Alat

Alat-alat yang digunakan pada praktikum kali ini adalah:

1. Pipa U, yang berfungsi sebagai media gerak harmonis sederhana linear

2. Kabel atau benang, yang berfungsi untuk mengukur tinggi permukaan zat

cair

3. Stopwatch, yang berfungsi untuk mengukur waktu

4. Penggaris, yang berfungsi untuk mengukur panjang benang atau kabel

yang telah digunakan untuk menentukan tinggi permukaan zat cair.

3.1.2. Bahan

Bahan yang digunakan dalam praktikum kali ini adalah air, yang berfungsi

sebagai acuan gerak harmonis sederhana linear.

3.2. Prosedur

1. Mengukur panjang kolom zat cair

2. Membuat kedudukan zat cair tidak sama tinggi kemudian melepasnya, lalu

mengukur T sebanyak 5 kali (setiap t terdiri dari 5 ayunan). T=t/5

3. Menghitung g dari percobaan ini

4. Membandingkan dengan literatur (g=9,78 m/s2).

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil

1. Panjang kolom zat cair = (2,57 0,05 102 ) meter

2. =

2=

2,57 0,05 102

2= 12,85 0,05 102

Tabel 1. Periode Zat Cair

No. t (s) (s) =

< >

1 3,5

3,36 0,047 0,672

2 3,3

3 3,3

4 3,4

5 3,2

6 3,5

7 3,1

8 3,4

9 3,6

10 3,3

Perhitungan:

= 1

2 ()2

1

=1

10

10 113,1 1128,96

9

= 1

10

2,04

9

= 1

10 0,226

= 1

10 (0,476)

= 0,0476

< > = t

10

= 3,5 + 3,3 + 3,3 + 3,4 + 3,2 + 3,5 + 3,1 + 3,4 + 3,6 + 3,3

10

= 3,36

= < >

5

=3,36

5

= 0,672 s

= 4 2

2

= 12,85 42 (102)

(0,672)2

= 507 ,298 102

0,452 = 11,12 m/s

2

4.2. Pembahasan

Praktikum kali ini membahas tentang pipa U. Pipa U ini digunakan untuk

menentukan percepatan gravitasi dengan cara menggunakan osilasi cairan yang

berada di pipa U. Osilasi adalah gerak berulang-ulang dari kiri ke kanan atau dari

atas ke bawah pada selang waktu dan lintasan yang sama. Pada percobaan ini

yang diperhatikan adalah gerak air ke kanan dan ke kiri setelah dimiringkan.

Prosedur praktikum ini adalah, pertama mengukur panjang kolom zat

cairan, kemudian membuat kedudukan zat cair tidak sama tinggi kemudian

melepasnya, lalu mengukur t sebanyak 10 kali (setiap t terdiri dari 5 ayunan).

T=t/5, selanjutnya menghitung g dari percobaan ini, terakhir membandingkan

dengan literatur (g=9,78 m/s2).

Sebelum pipa U mulai dimiringkan diukur terlebih dahulu panjang kolom

zat cair, yaitu (2,57 0,05 102 ) meter, lalu mengukur l dengan cara:

=

2

Berdasarkan perhitungan tersebut didapatkan l yaitu 12,85 0,05 102

meter. Ketika memiringkan pipa U, bagian sebelah kiri lebih rendah dari sebelah

kanan. Bagian sebelah kiri dimiringkan sampai air mencapai 7 cm. Perlakuan

tersebut dilakukan secara konstan ketika menghitung t supaya hasil yang

didapatkan tidak terlalu jauh. Setelah dilakukan praktikum didapat hasil rata-rata t

adalah 3,36 s. Dari hasil tersebut dapat dicari periodenya dengan cara:

=< >

5

adalah rata-rata waktu yang didapatkan, sementara angka 5 menunjukkan

bahwa dalam waktu tertentu air dapa bergerak harmonis sebanyak 5 kali.

Berdasarkan rumus tersebut didapatkan periode yaitu 0,672 s. kemudian dapat

dicari pula nya dengan rumus:

= 1

2 ()2

1

Berdasarkan rumus tersebut didapatkan nilai nya yaitu 0,0476 s.

Percepatan gravitasi juga dapat dicari dengan menggunakan rumus:

= 4 2

2

Percepatan gravitasi tersebut didapatkan dari hasil osilasi cairan dalam pipa U.

peecepatan gravitasinya didapat 11,12 m/s2, sementara g berdasarkan literatur

adalah 9,78 m/s2. Perbedaan percepatan gravitasi ini dapat disebabkan oleh

berbagai faktor, misalnya karena kemiringan yang berbeda-beda sehingga

pengukuran tidak akurat, atau juga karena stopwatch yang dipakai adalah

stopwatch dari telepon selular, padahal terdapat perbedaan penghitungan antara

stopwatch biasa dengan stopwatch dari telepon selular.

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Kesimpulan yang didapat dari praktikum ini adalah:

Pipa U digunakan untuk menentukan percepatan gravitasi dengan cara

menggunakan osilasi cairan yang berada di pipa U.

Osilasi adalah gerak berulang-ulang dari kiri ke kanan atau dari atas ke

bawah pada selang waktu dan lintasan yang sama.

Berdasarkan praktikum didapat percepatan gravitasi sebesar 11,12 m/s2

Nilai percepatan gravitasi praktikum lebih besar disbanding dengan nilai

percepatan gravitasi literatur.

5.2. Saran

Dalam melakukan praktikum ini sebaiknya diperhatikan kemiringan pipa

U diusahakan sama supaya hasil yang didapat pun akan semakin akurat.

DAFTAR PUSTAKA

Ardhli, Amin Mieftahul. 2013. Pengertian, Persamaan, dan Penggunaan Prinsip

Hukum Pascal. Terdapat pada:

http://smarterbloggerz.blogspot.com/2013/03/pengertian-persamaan-dan-

penggunaan.html pada tanggal 6 November 2013 pukul 17.54 WIB

Budiyanto. 2013. Hukum Utama Hidrostatis. Terdapat pada:

http://hidupsehati.com/hukum-utama-hidrostatis.html pada tanggal 6

November 2013 pukul 17.55 WIB

Herlambang, Tatag. 2010. Gravitasi. Terdapat pada:

http://herlambangtatag.blogspot.com/2010/09/gravitasi.html pada tanggal

6 November 2013 pukul 20.23 WIB

Nurfauziawati, Nova. 2010. Laporan Praktikum Fisika Dasar Modul 6 Pipa U.

Bandung: Fakultas Teknologi Industri Pertanian

Triyadi, Rikky. 2011. Laporan Fisika Dasar Pipa U. Terdapat pada:

http://triyadirikky06.blogspot.com/2011/10/laporan-fisika-dasar-pipa-

u.html pada tanggal 6 November 2013 pukul 16.11 WIB

Zaida. 2008. Petunjuk Praktikum Fisika Dasar. Bandung: Fakultas Teknologi

Industri Pertanian Universitas Padjadjaran