Upload
lailitwin
View
47
Download
4
Embed Size (px)
DESCRIPTION
fisika
Citation preview
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Ilmu yang mempelajari gejala alam disebut sains. Sains berasal dari kata
Latin yang berarti mengetahui. Sains terbagi atas beberapa cabang ilmu,
diantaranya adalah fisika. Fisika mempelajari gejala-gejala alam seperti gerak,
kalor, cahaya, bunyi, listrik, dan magnet. Semua gejala ini berbentuk energi. Oleh
karena itu, dapat disimpulkan bahwa fisika adalah ilmu yang mempelajari
hubungan antara materi dan energi.
Salah satu visi pendidikan sains adalah mempersiapkan sumber daya
manusia yang handal dalam sains dan teknologi serta memahami lingkungan
sekitar melalui pengembangan keterampilan berpikir, penguasaan konsep esensial,
dan kegiatan teknologi. Kompetensi rumpun sains salah satunya adalah
mengarahkan sumber daya manusia untuk mampu menerjemahkan perilaku alam.
Salah satu fenomena alam yang sering ditemukan adalah fenomena fluida
Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah
fluida mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air dan
zat gas seperti udara dapat mengalir. Zat padat seperti batu atau
besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam
fluida. Semua zat cair itu dapat di kelompokan ke dalam fluida
karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat
yang lain.
1
Dalam fluida statis dipelajari hukum-hukum dasar yang berkaitan dengan
konsep tekanan hidrostatis, salah satunya adalah hukum Pascal. Hukum Pascal
diambil dari nama penemunya yaitu Blaise Pascal (1623-1662) yang berasal
dari Perancis, “Tekanan yang diberikan pada suatu fluida dalam
ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah sama rata”1
Hukum-hukum fisika dalam fluida statis sering dimanfaatkan untuk
kesejahteraan manusia dalam kehidupannya, salah satunya adalah prinsip
hukum Pascal. Prinsip hukum Pascal biasanya digunakan oleh manusia untuk
memudahkan dalam mengerjakan segala perkerjaan, salah satu prinsip hukum
Dongkrak hidrolik merupakan salah satu aplikasi sederhana dari
Hukum Pascal. Prinsip kerja Dongkrak hidrolik adalah dengan
memanfaatkan hukum Pascal. Alat hidrolik pengangkat mobil di
tempat pencucian mobil, mobil dapat dinaikkan di atas pengisap
yang didorong oleh gaya hidrostatik. Gaya ini merupakan hasil
kali dari tekanan dengan luas penampang pengisap yang dipakai
landasan mobil.
Dongkrak hidrolik terdiri dari dua tabung yang berhubungan yang
memiliki diameter yang berbeda ukurannya. Masing- masig ditutup dan diisi
cairan seperti air,oli dan lain-lain.2 Apabila tabung yang permukaannya kecil
ditekan ke bawah, maka setiap bagian cairan juga ikut tertekan. Besarnya tekanan
1
Kanginan. Marthen. Fisika untuk SMA Kelas XI. (Jakarta: Erlangga. 2007 ) hal. 114 2
Siswanto. Kompetensi Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XI /(Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2009) hal. 150
2
yang diberikan oleh tabung yang permukaannya kecil diteruskan ke seluruh
bagian cairan. Akibatnya, cairan menekan pipa yang luas permukaannya lebih
besar hingga pipa terdorong ke atas
3
B. Rumusan Masalah
Dari latar belakang diatas maka dapat diambil rumusan masalahnya adalah
1. Bagaimana prinsip hukum Pascal ?
2. Bagaimana cara kerja hukum Pascal pada Dongkrak Hidrolik ?
C. Tujuan Percobaan
Berdasarkan rumusan masalah maka tujuan dari percobaan ini adalah
1. Mengetahui prinsip hukum Pascal
2. Menjelaskan cara kerja hukum Pascal pada Dongrak Hidrolik.
D. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penulisan ilmiah ini adalah
1. Menambah wawasan dan pengetahuan kepada penulis
tentang hukum Pascal dan penerapannya dalam kehidupan
sehari-hari.
2. Memberikan pengetahuan kepada penulis dan masyarakat yang lain bahwa
Fisika tidak hanya berorientasi pada teorinya saja. Tapi juga dapat
diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari.
4
BAB II
LANDASAN TEORI
A. Pengertian Fluida
Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Kata Fluida mencakup zat cair, air
dan gas karena kedua zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan benda-benda
keras atau seluruh zat padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak bisa
mengalir. Susu, minyak pelumas, dan air merupakan contoh zat cair. dan Semua
zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat
mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga
termasuk fluida.
Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-
hari. Setiap hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam
di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut
mengapung di atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau
melayang di dalamnya. Air yang diminum dan udara yang dihirup juga
bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari.3
Fluida dibagi menjadi dua bagian yakni fluida statis (fluida diam) dan fluida
dinamis (fluida bergerak).4 Fluida statis ditinjau ketika fluida yang sedang diam
atau berada dalam keadaan setimbang. Fluida dinamis ditinjau ketika fluida ketika
sedang dalam keadaan bergerak).3
Asfar syafar. Fluida Statis dan Dinamis(online ), diakses melalui: http://asfarsyafar.blogspot.com/2013/10/makalah-fisika-dasar-fluida-statis-dan.html pada 21 januari 2015
4 Kanginan. Marthen. Fisika untuk SMA Kelas XI. (Jakarta: Erlangga. 2007) hal 104
5
B. Tekanan
Setiap benda yang terletak pada suatu bidang akan melakukan tekanan
pada bidang tersebut. Zat cair yang berada di dalam suatu bejana juga melakukan
tekanan terhadap dasar bejana itu. Tekanan yang dilakukan zat cair demikian
disebut tekanan hidrostatik. Tekanan adalah gaya per satuan luas yang bekerja
pada arah tegak lurus suatu permukaan.5 Dengan demikian, rumus tekanan adalah:
P= FA
Keterangan:
P = tekanan (N/m2)
F = gaya (N)
A = luas permukaan (m2)
Persamaan diatas menyatakan bahwa tekanan (P) berbanding terbalik
dengan luas permukaan bidang tempat gaya bekerja. Jadi, untuk besar gaya yang
sama, luas bidang yang kecil akan mendapatkan tekanan yang lebih besar
daripada luas bidang yang besar.
Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah air.
Tekanan hidrostatis disebabkan oleh fluida tak bergerak. Tekanan hidrostatis yang
dialami oleh suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yang
berada di atas titik tersebut. Jika besarnya tekanan hidrostatis pada dasar tabung
adalah p, menurut konsep tekanan, besarnya p dapat dihitung dari perbandingan
antara gaya berat fluida (F) dan luas permukaan bejana (A).
5 Siswanto. Kompetensi Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XI /(Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2009). hal.156
6
Volume fluida di dalam bejana merupakan hasil perkalian antara luas
permukaan bejana (A) dan tinggi fluida dalam bejana (h). Oleh karena itu,
persamaan tekanan di dasar bejana akibat fluida setinggi h dapat dituliskan
menjadi
P = ρ(Ah) gA
P = ρ h g
Jika tekanan hidrostatis dilambangkan dengan ph, persamaannya dituliskan
sebagai berikut.
Ph = p g h
dengan:
ph = tekanan hidrostatis (N/m2),
ρ = massa jenis fluida (kg/m3),
Semakin tinggi dari permukaan Bumi, tekanan udara akan semakin
berkurang. Sebaliknya, semakin dalam Anda menyelam dari permukaan laut atau
danau, tekanan hidrostatis akan semakin bertambah. Mengapa demikian? Hal
tersebut disebabkan oleh gaya berat yang dihasilkan oleh udara dan zat cair. Anda
telah mengetahui bahwa lapisan udara akan semakin tipis seiring bertambahnya
ketinggian dari permukaan Bumi sehingga tekanan udara akan berkurang jika
ketinggian bertambah. Adapun untuk zat cair, massanya akan semakin besar
seiring dengan bertambahnya kedalaman.6 Oleh karena itu, tekanan hidrostatis
akan bertambah jika kedalaman bertambah.
6 Indrajit. Dudi. Fisika.(Bandung:Grafindo Media Pratama. 2002.) hal.140
7
C. Hukum Pascal
Tekanan yang diberikan fluida selalu tegak lurus dengan permukaan
dinding. Ketika kita menambahkan tekanan ke dalam fluida, maka tekanan fluida
akan bertambah secara merata di setiap bagian fluida. Inilah salah satu hal yang
mendasari Hukum Pascal.
Blaise Pascal, seorang ilmuwan Perancis menyimpulkannya dalam Hukum
Pascal yang berbunyi bahwa “ Ketika perubahan tekanan diberikan pada suatu
fluida pada ruang tertutup, perubahan tersebut akan diteruskan sama besar ke
segala arah”.7 . Prinsip inilah yang dimanfaatkan pada peralatan teknik yang
banyak dimanfaatkan manusia dalam kehidupan misalnya dongkrak hidraulik,
pompa hidraulik, dan rem hidraulik.
Jika gaya F1 diberikan pada piston A1, maka tekanan fluida akan
bertambah. Akibatnya, piston kedua (A2) akan mendapatkan tekanan yang sama
dengan tekanan yang diberikan pada A1.8 Jadi, pada kedua piston berlaku
persamaan :
PA = PB atau F1 = F2
Jika:
F 1A 1
= F 2A 2
maka F2 = A 2A 1
x F1
Keterangan:
7 Supiyanto. Fisika SMA untukKelas XI. (Jakarta :Erlangga. 2004) hal 158
8 Abdul Haris Humaidi. Fisika untuk SMA/MA Kelas XI, (Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2009.)hal.201
8
F1 = gaya pada piston 1 (N)
F2 = gaya pada piston 2 (N)
A1 = luas piston 1 (m2)
A2 = luas piston 2 (m2)
D. Prinsip Kerja Hukum Pascal
Prinsip hukum Pascal sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari.
Misalnya rem hidrolik, lift hidrolik dan dongkrak hidrolik. Ketika menggunakan
dongkrak mobil, hal pertama yang dilakukan adalah memompa untuk
memperbesar tekanan. Ketika tekanan udara didalam dongkrak meningkat, maka
udara akan mendorong penyangga ke atas, sehingga dapat mengangkat mobil.
Inilah salah satu kelebihan Hukum Pascal.9 Kita dapat mengangkat mobil yang
berat hanya dengan alat yang begitu kecil. dongkrak mobil yang lebih besar
biasanya digunakan dibengkel.
Dongkrak hidrolik merupakan salah satu aplikasi sederhana
dari Hukum Pascal. Prinsip kerja dongkrak hidrolik adalah
dengan memanfaatkan hukum Pascal. Blaise Pascal menyimpulkannya
dalam Hukum Pascal yang berbunyi “Tekanan yang diberikan pada
suatu fluida dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala
arah sama rata” .
Dongkrak hidrolik terdiri dari dua tabung yang berhubungan yang
memiliki diameter yang berbeda ukurannya. Masing- masing ditutup dan diisi
9
Abdul Haris Humaidi. Fisika untuk SMA/MA Kelas XI. (Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2009.)hal. 202
9
cairan seperti air,oli dan lain-lain. Apabila tabung yang permukaannya kecil
ditekan ke bawah, maka setiap bagian cairan juga ikut tertekan. Besarnya tekanan
yang diberikan oleh tabung yang permukaannya kecil diteruskan ke seluruh
bagian cairan.10 Akibatnya, cairan menekan pipa yang luas permukaannya lebih
besar hingga pipa terdorong ke atas.
10
Siswanto. Kompetensi Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XI (Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional. 2009)hal. 159
10
BAB III
METODE PENELITIAN
A. Lokasi dan Waktu Penelitian
Percobaan tentang prinsip kerja Dongkrak hidrolik Berdasarkan hukum
Pascal di lakukan di Laboratorium Fisika pada Rabu, 11 Februari 2015.
B. Alat dan Bahan
1. Papan
2. Balok
3. Suntikan
4. Micrometer scrup
5. Selang
6. Air
7. Gelas
8. Bubuk besi
9. Timbangan
10. Kaset bekas
11. Lem
12. Neraca O’house
11
C. Skema Percobaan
D. Prosedur Percobaan
1. Susun alat seperti pada gambar
2. Hubungkan suntikan yang pertama dengan yang kedua
3. Ukur diameter suntikan yang pertama dan yang kedua
4. Isikan air pada suntikan A secara penuh dan tidak diisi pada suntikan B
5. Lem kan kaset pada suntikan A dan Letakkan beban pada suntikan A
6. Letakkan gelas diatas suntikan A dan isikan serbuk besi dalam gelas dan
berhenti ketika beban pada suntikan A sudah turun dan suntikan B naik
keatas.
7. Hitunglah massa serbuk besi dalam 3 kali hitungan.
8. Ulangi langkah 6 dan 7 pada massa air sebanyak 3 kali hitungan.
9. Hitunglah berapa F2 pada pada beban serbuk besi dan air
10. Bandingkan tekanan 1 dan 2 pada suntikan berdasarkan hukum pascal
12
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. Data Penelitian
Pada percobaan ini penulis mengambil 2 data yang massa-massanya berbeda
yang dapat dilihat pada Tabel 4.1 dan 4.2
Tabel 4.1 Data hasil penelitian massa Serbuk Besi
No
Massa
Serbuk
besi ( kg)
F1=
m.g
( N)
A1=π r2
( m2)
A2=π r2
( m2)
F2 = A 2A 1
x
F1
( N)
P1 = P2
(N/m2)
1. 0,343 3,43 1,1 .10-4 1,8 .10-4 5,59 3,1 . 104 =
3,1 . 104
2. 0,4273 2,273 1,1 .10-4 1,8 .10-4 6,96 3,8. 104 =
3,8. 104
3. 0,48 0, 48 1,1 .10-4 1,8 .10-4 7,82 4,3. 104 =
4,3. 104
Tabel 4.2 Data hasil penelitian massa Air
NoMassa
Air ( Kg)
F1= m.g
( N)
A1=π r2
( m2)
A2=π r2
( m2)
F2 = A 2A 1
x F1 (N)
P1 = P2
(N/m2)
1. 0,2505 2,505 N 1,1 .10-4 1,8 .10-4 4,0832,2. 104 =
2,2. 104
2. 0, 311 3,11 N 1,1 .10-4 1,8 .10-4 5,0692,8. 104 =
2,8. 104
3. 0,34 3,4 N 1,1 .10-4 1,8 .10-4 5,543,0. 104 =
3,0. 104
13
B. Analisa Data
1. Analisa pada tabel 4.1
a. Luas penampang
1. Luas penampang A
Su = 1,1 cm
Sn = 10 mm
D = Su+(Sn.Kt)
= 1,1 cm + ( 10 mm. 0,1 mm)
= 1,1 cm + ( 1 mm)
= 1,1 cm + ( 0,1 cm )
= 1,2 cm
= 0,012 m
r = 12
D
= 12
0,012
= 0,006 m
A2 = π r2
= 3,14 . 0,0062
=3,14 . 0, 000036
= 1,1 .10-4 m2
2. Luas penampang B
Su = 1,5 cm
14
Sn = 7 mm
D = Su+(Sn.Kt)
= 1,5 cm + ( 7 mm. 0,1 mm)
= 1,5 cm + ( 0,7 mm)
= 1,5 cm + ( 0,07 cm )
=1, 57 cm
= 0.0157 m
r = 12
D
= 12
0,0157
= 0,0078 m
A2 = π r2
= 3,14 . 0,0078 2
=3,14 . 0, 00006
= 1,8 .10-4m2
b. Massa Serbuk Besi
1. Dik : massa gelas = 24 g
Massa total = 367 g
Dit : Mserbuk besi ?
Jawab :
Mserbuk besi = mgelas - mtotal
= 367 g - 24 g
= 343 g
15
= 0,343 Kg
2. Dik : massa gelas = 24 g
Massa total = 450,3 g
Dit : Mserbuk besi ?
Jawab :
Mserbuk besi = mgelas - mtotal
= 450,3 g - 24 g
= 427 g
= 4,27 Kg
3. Dik : massa gelas = 24 g
Massa total = 504 g
Dit : Mserbuk besi ?
Jawab :
Mserbuk besi = mgelas - mtotal
= 504 g - 24 g
= 480 g
= 4,8 Kg
c. Gaya pada suntikan A
1. F1 = m .g
= 0,343 kg . 10 m/s2
= 3,43 N
2. F1 = m .g
16
= 0,343 kg . 10 m/s2
= 3,43 N
3. F1 = m .g
= 0,343 kg . 10 m/s2
= 3,43 N
d. Gaya pada suntikan B
1. F2 = A2
A1 F1
= 1, 8 .10−4
1 ,1 .10−4 5,97
= 1,63 x3,43 N
= 5,59 N
Pembuktian :
P1 = P2
F1
A1
=F2
A2
3,43
1, 1 .10−4= 5,59
1 , 8.10−4
3,1 . 104 N/m2 = 3,1 . 104 N/m2
2. F2 = A2
A1 F1
= 1, 8 .10−4
1 ,1 .10−4 4,273
= 1,63 x 4,273 N
= 6,69 N
17
Pembuktian :
P1 = P2
F1
A1
=F2
A2
4,273
1, 1 .10−4= 6,69
1 , 8.10−4
3,8. 104 N/m2 = 3,8. 104 N/m2
3. F2 = A2
A1 F1
= 1, 8 .10−4
1 ,1 .10−4 4,8
= 1,63 x 4,8 N
= 7,82 N
Pembuktian :
P1 = P2
F1
A1
=F2
A2
3,43
1, 1 .10−4= 4,8
1 , 8.10−4
4,3. 104 N/m2 = 4,3. 104 N/m2
2. Analisa pada tabel 4.2
a. Massa Air
1. Dik : massa gelas = 24 g
Massa total = 272,5 g
Dit : Mair ?
Jawab :
18
Mair = mgelas - mtotal
= 274,5 g - 24 g
= 250,5 g
= 0,2505 Kg
2. Dik : massa gelas = 24 g
Massa total = 335 g
Dit : Mair ?
Jawab :
Mair = mgelas - mtotal
= 335 g - 24 g
= 311 g
= 0,311 Kg
3. Dik : massa gelas = 24 g
Massa total = 365 g
Dit : Mair ?
Jawab :
Mair = mgelas - mtotal
= 365 g - 24 g
= 340 g
= 0,340 Kg
b. Gaya pada suntikan A
1. F1 = m .g
= 0,2505 kg . 10 m/s2
19
= 2,505 N
2. F1 = m .g
= 0,311 kg . 10 m/s2
= 3,11 N
3. F1 = m .g
= 0,34 kg . 10 m/s2
= 3,43 N
c. Gaya pada suntikan B
1. F2 = A2
A1 F1
= 1, 8 .10−4
1 ,1 .10−4 2,505
= 1,63 x2,505 N
= 4,083 N
Pembuktian :
P1 = P2
F1
A1
=F2
A2
2,505
1, 1 .10−4= 4,083
1 , 8.10−4
2,2. 104 N/m2 = 2,2. 104 N/m2
2. F2 = A2
A1 F1
= 1, 8 .10−4
1 ,1 .10−4 3,11
20
= 1,63 x3,11 N
= 5,069 N
Pembuktian :
P1 = P2
F1
A1
=F2
A2
3,11
1, 1 .10−4= 5,069
1 , 8.10−4
2,8. 104 N/m2 = 2,8. 104 N/m2
3. F2 = A2
A1 F1
= 1, 8 .10−4
1 ,1 .10−4 3,4
= 1,63 x3,4 N
= 5,54 N
Pembuktian :
P1 = P2
F1
A1
=F2
A2
3,4
1, 1 .10−4= 5,54
1 , 1.10−4
3,0. 104 N/m2 = 3,0. 104 N/m2
21
B. Pembahasan
Setelah penulis melakukan penelitian, maka penulis dapat mengamati bahwa
ketika suntikan A diberikan gaya yang lebih kecil dan luas penampang yang juga
kecil dari pada suntikan B yang gaya dan luas penampangnya lebih besar dengan
suntikan A tapi kedua suntikan itu menghasilkan tekanan yang sama besar. Hal ini
didasari dengan hukum Pascal bahwa “ Ketika perubahan tekanan diberikan pada
suatu fluida pada ruang tertutup, perubahan tersebut akan diteruskan sama besar
ke segala arah”11. Peneliti juga mengambil beberapa massa yang berbeda untuk
diletakkan pada suntikan A dan didapati hasil yang sama, tapi yang
membedakannya hanya tergantung pada massa yang diberikan. semakin besar
beban yang diberikan maka gaya yang dihasilkan akan semakin besar. F1 yang
berkerja pada alat suntikan A lebih kecil dibandingkan F2 yang berkerja pada
suntikan B ini juga di pengaruhi oleh luas penampang masing- masing pada gaya
tersebut. Sehingga penulis dapat mengetahui bahwa bardasarkan hukum Pascal
F1
A1
=F2
A2 atau P1 = P2 ini terbukti pada penelitian yang peneliti analisa.
11 Supiyanto. Fisika SMA untukKelas XI. (Jakarta :Erlangga. 2004) hal 158
22
BAB V
PENUTUP
A. Kesimpulan
Berdasarkan hasil percobaan yang penulis lakukan dapat disimpulkan
bahwa:
1. Tekanan yang diberikan fluida selalu tegak lurus dengan permukaan dinding
suntikan . Ketika kita menambahkan tekanan ke dalam fluida, maka tekanan
fluida akan bertambah secara merata di setiap bagian fluida yang berada dalam
suntikan. Berdasarkan hukum Pascal ini diperoleh bahwa “ Ketika perubahan
tekanan diberikan pada suatu fluida pada ruang tertutup, perubahan tersebut
akan diteruskan sama besar ke segala arah”
2. Cara kerja dongkrak hidrolik ini memanfaatkan hukum Pascal bahwa “ Ketika
perubahan tekanan diberikan pada suatu fluida pada ruang tertutup, perubahan
tersebut akan diteruskan sama besar ke segala arah”. Percobaan diatas
membuktikan bahwa ketika suntikan A di letakkan beban maka suntikan B
akan terdorong keatas. Dari suntikan B ini kita dapat mengetahui berapa
tekanan yang dapat kita berikan sehinnga beban pada suntikan A dapat
terangkat keatas kembali dan gaya yang didapatkan ini merupakan hasil kali
dari tekanan dengan luas penampang pengisap yang dipakai untuk Menaikan
beban . dan berdasarkan hukum Pascal tekanan yang pertama sama dengan
tekanan yang kedua.
23
B. Saran
Penulis berharap kepada pengajar atau pendidik seharusnya lebih
menekankan pada praktikum atau percobaan-percobaan fisika, tidak hanya
berorientasi pada teorinya saja. Dengan demikian diharapkan mahasiswa fisika
mampu mengaplikasikannya dalam kehidupan sehari-hari.
24