LAPORAN PRAKTIKUM FLUIDA “ARCHIMEDES DAN MASSA JENIS”

LAPORAN PRAKTIKUM FLUIDA
“ARCHIMEDES DAN MASSA JENIS”

Oleh:

        Esti Anugraheni M.                         (12030654056)

          Huni Hindrati                                   (12030654212)

          Suryatin Ardiningsih                       (12030654225)

          M. Martha Ayuhans                         (12030654226)

          Silvia Haryanti                                 (12030654229)

Pendidikan Sains B 2012

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN  SAINS

2014

ARCHIMEDES DAN MASSA JENIS

ABSTRAK

Telah dilakukan percobaan pada Senin, 5 Mei 2014 di Laboratorium Pendidikan Sains Unesa. Percobaan yang kami lakukan bertujuan untuk mengetahui cara merancang alat ukur massa jenis zat cair, membuat skala, dan memvalidasi alat ukur massa jenis zat cair (hidrometer sederhana). Metode yang kami lakukan adalah memotong bagian ujung dari pipet panjang dan memasukkan gotri kedalam pipet panjang. Memasukkan hydrometer sederhana ke dalam gelas ukur yang berisi air 40 ml. Menandai bagian hydrometer yang tercelup air. Membuat larutan garam dari massa garam 8 gr dengan volume air 40 ml. Memasukkan hydrometer ke dalam gelas ukur yang berisi larutan garam. Menandai bagian hydrometer yang tercelup larutan garam. Mengukur jarak pada hydrometer antara hasil tanda pada air dan larutan garam. Membagi jarak tesebut menjadi 4 bagian. Melakukan validasi terhadap skala yang telah dibuat. Untuk mendapatkan hasil yang valid maka percobaan dilakukan dengan 3 kali pengulangan dan hasilnya validitas alat Hidrometer sederhana yang kami buat dengan menggunakan massa jenis 1,04 g/cm3, 1,02 g/cm3 dan 1,01 g/cm3  secara matematis termasuk Valid, karena pada pengukuran dengan menggunakan Hidrometer sederhana yang sudah dibuat skala sebelumnya didapatkan massa jenis larutan garam yang tidak jauh berbeda. Percobaan yang kami lakukan sesuai dengan teori bahwa semakin besar massa jenis zat cair maka semakin dalam panjang hidrometer yang tenggelam dan semakin kecil massa jenis zat cair yang diukur maka semakin dangkal panjang hidrometer yang tenggelam. Namun memang tidak ada yang angka pengukurannya tepat seperti hasil matematis. Hal ini dikarenakan kesalahan praktikan pada kelompok kami yang dalam pengamatannya kurang teliti sewaktu memberikan tanda pada kedalaman Hidrometer yang tercelup yang berpengaruh pada hasil massa jenis yang berbeda sedikit dengan pengukuran secara matematis.

BAB I

PENDAHULUAN

           A.    Latar Belakang

Penentuan massa jenis bahan makanan cair sangat penting dalam teknologi makanan. Salah satu aranya adalah dengan memanfaatkan kenyataan bahwa benda yang tercelup dalam zat cair akan mendapatkan gaya ke atas. Dengan melakukan penskalaan dan kalibrasi yang sesuai, massa jenis zat cair dapat ditemukan. Alat ini dikenal dengan nama hidrometer. Hidrometer merupakan sebuah alat ukur besaran turunan yang menjadi salah satu aplikasi dari Hukum Archimedes yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair.

Sebuah benda dalam fluida (zat cair atau gas) mengalami gaya dari semua arah yang dikerjakan oleh fluida di sekitarnya. Hukum Archimedes menyatakan bahwa sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan mendapat gaya ke atas seberat zat cair yang dipindahkan oleh benda itu. Prinsip kerja Hidrometer menggunakan Hukum Archimedes. Nilai massa jenis suatu zat cair dapat diketahui dengan membaca skala pada Hidrometer yang ditempatkan mengapung pada zat cair. Untuk mengetahui lebih jelas tentang perancangan, penentuan skala dan kalibrasi atau validasi dari alat Hidrometer sederhana, maka dilakukanlah praktikum cara merancang, membuat skala serta memvalidasi hidrometer sederhana dan dijelaskan secara terperinci pada laporan ini.

      B.  Rumusan masalah

      Berdasarkan latar belakang di atas dapat diambil suatu rumusan masalah yaitu:

      1.Bagaimanakah cara merancang, membuat skala dan memvalidasi alat ukur massa jenis zat cair (hidrometer sederhana)?

      C. Tujuan

Tujuan praktikum ini adalah:

1.  Untuk mengetahui cara merancang alat ukur massa jenis zat cair, membuat skala, dan memvalidasi alat ukur massa jenis zat cair (hidrometer sederhana).

BAB II

DASAR TEORI

A.  Hukum Archimedes

Hukum Archimedes mengatakan bahwa "Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya.”

Rumus Prinsip Hukum Archimedes

FA = ρ . g . V

Keterangan: 
F_A  = Tekanan Archimedes             (N/m²⁾

ρ   = Massa Jenis Zat Cair            (kg/m³)

g   = Percepatan Gravitasi            (N/kg)

V   = Volume Benda Tercelup         (m³)

            Menurut Archimedes, benda menjadi lebih ringan bila diukur di dalam air daripada di udara karena di dalam air, benda mendapat gaya ke atas. Sementara ketika di udara, benda memiliki berat yang sesungguhnya. Gaya angkat ke atas ini yang disebut juga gaya apung.

Dalam Persamaan :

W­­­­­­_b = m_b . g

Ketika dalam air, dikatakan memiliki berat semu, dinyatakan dengan:

W_df = W_b – F_a

Keterangan :

W_df            : berat dalam fluida, dikatakan juga berat semu (N)

W_b                : berat benda sesungguhnnya atau berat di udara (N)

F_a              : gaya angkat ke atas (N)

     Berdasarkan Hukum Archimedes, sebuah benda yang tercelup ke dalam zat cair akan mengalami dua gaya, yaitu gaya gravitasi atau gaya berat (W) dan gaya ke atas (F_a) dari zat cair itu. Dalam hal ini ada tiga peristiwa yang berkaitan dengan besarnya kedua gaya tersebut yaitu seperti berikut.

1.    Tenggelam

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat benda (W) lebih besar dari gaya ke atas (F­_a).

W > F_a

ρ _b . V_b . g  > ρ _f . V_f . g

ρ _b > ρ _f

Volume bagian benda yang tenggelam bergantung dari rapat massa zat cair (ρ).

2.   Melayang

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan melayang jika berat benda (W) sama dengan gaya ke atas (F_a) atu benda tersebut tersebut dalam keadaan setimbang.

W = F_a

ρ _b . V_b . g  = ρ _f . V_f . g

ρ _b = ρ _f

3.    Terapung

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung jika berat benda (W) lebih kecil dari gaya ke atas (F_a).

W > F_a

ρ _b . V_b . g  > ρ _f . V_f . g

ρ _b > ρ _f

B.  Massa Jenis

Massa jenis/kerapatan adalah perbandingan massa terhadap volume zat. Massa jenis suatu fluida dapat bergantung pada banyak faktor seperti temperatur fluida dan tekanan yang mempengaruhi fluida. Akan tetapi pengaruhnya sangat sedikit sehingga massa jenis suatu fluida dinyatakan sebagai konstanta/bilangan tetap. Secara matematis massa jenis ditulis:

Keterangan:

   Satuan SI                                         Satuan CGS

     ρ    = massa jenis (kg/m³)                (g/cm³)

    m   = massa           (kg)                     (gr)

    v    = volume          (m³)                     (cm³)

Berikut ini data massa jenis dari beberapa benda.

Tabel 1. Massa jenis beberapa benda

Massa jenis benda yang dinyatakan dalam tabel di atas merupakan massa jenis benda pada suhu 0^o C dan tekanan 1atm (atmosfer).

1.        Massa Jenis Udara dan Zat Cair

Massa jenis fluida berbeda dengan massa jenis zat padat. Besi atau kayu memiliki kerapatan yang sama pada setiap bagiannya. Berbeda dengan fluida, misalnya udara atau air. Makin tinggi udara dari permukaan permukaan laut, massa jenis udara semakin kecil. Hal ini disebabkan karena gaya gravitasi berkurang terhadap ketinggian. Semakin ke atas, gaya gravitasi semakin kecil sehingga jumlah udara yang ditarik juga berkurang. Jumlah udara di dekat permukaan laut lebih banyak dibandingkan jumlah udara di puncak gunung.

Dalam suatu ruang atau volume yang sama, udara yang berada di dekat laut mempunyai massa yang lebih besar sehingga massa jenisnya juga lebih besar. Sebaliknya udara yang berada di puncak gunung mempunyai massa lebih kecil sehingga massa jenis udara juga lebih kecil. Semakin jauh dari permukaan laut, massa jenis udara semakin kecil.

Bagaimana dengan massa jenis air, misalnya air laut ? Udara terdiri dari atom atau molekul yang terpisah dan mudah bergerak sehingga banyak atau sedikitnya jumlah udara sangat dipengaruhi oleh besar atau kecilnya gaya gravitasi yang menariknya. Sebaliknya molekul air tidak berdiri sendiri dan tidak terpisah satu sama lain; molekul air saling terikat dan tidak mudah bergerak. Karenanya jumlah molekul air pada permukaan laut tidak berbeda jauh dengan jumlah molekul air di dasar laut. Jadi massa jenis air laut di permukaan hampir sama dengan massa jenis air laut di dasar laut, walaupun ketinggiannya berbeda.

2.      Menentukan Massa Jenis Zat Cair

Massa jenis zat cair dapat diukur langsung dengan menggunakan hidrometer. Hidrometer memiliki skala massa jenis dan pemberat yang dapat mengakibatkan posisi hidrometer vertikal. Cara mengetahui massa jenis zat cair adalah dengan memasukkan hidrometer ke dalam zat cair tersebut. Hasil pengukuran dapat diperoleh dengan acuan semakin dalam panjang hidrometer yang tenggelam maka massa jenis zat cair yang diukur lebih kecil dan semakin dangkal panjang hidrometer yang tenggelam maka massa jenis zat cair yang diukur lebih besar. Hal ini karena adanya pengaruh gaya apung yang dikerjakan zat cair terhadap hidrometer. Pada zat cair dengan massa jenis lebih kecil, gaya apung yang dikerjakannya kecil pula sehingga panjang hidrometer yang tercelup lebih besar. Dan pada zat cair dengan massa jenis lebih besar, gaya apung yang dikerjakannya besar sehingga panjang hidrometer yang tercelup lebih kecil (dangkal).

BAB III

METODE PERCOBAAN

A.      Rancangan Percobaan

 

Gambar 1. Rancangan percobaan Archimedes dan Massa Jenis

B.       Alat dan Bahan

Alat:

1.      Pipet panjang                  1 buah

2.      Spidol                              1 buah

3.      Gelas kimia 500 ml          2 buah

4.      Neraca                            1 buah

5.      Penggaris                        1 buah

6.      Gelas ukur 50 ml              1 buah

Bahan:

1.      Gotri kecil                         4 buah

2.      Garam                             50 gram

3.      Air                                   400 ml

C.      Alur Percobaan

Meracang Hidrometer Sederhana

 

Membuat Skala

D.      Langkah Kerja

1.    Merancang Hidrometer Sederhana

Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan. Mengambil pipet panjang dan memotong bagian ujungnya. Memasukkan 4 buah gotri kedalam pipet panjang. Mencelupkan pipet panjang pada gelas ukur 50 ml yang telah berisi air sebanyak 40 ml.

2.    Membuat Skala

Memasukkan hydrometer sederhana ke dalam gelas ukur 50 ml yang berisi air sebanyak 40 ml. Menandai bagian hydrometer yang tercelup air. Membuat larutan garam dari massa garam 8 gr dengan volume air 40 ml. Memasukkan hydrometer ke dalam gelas ukur yang berisi larutan garam. Menandai bagian hydrometer yang tercelup larutan garam. Mengukur jarak pada hydrometer antara hasil tanda pada air dan larutan garam. Membagi jarak tesebut menjadi 4 bagian. Melakukan validasi terhadap skala yang telah dibuat. 

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

A.    DATA

Berdasarkan percobaan Archimedes dan massa jenis yang telah kami lakukan, diperoleh data sebagai berikut:

Tabel 1. Tabel Pembuatan Skala

 Tabel 2. Tabel Validasi

B.    ANALISIS

Berdasarkan kegiatan yag telah kami lakukan. Pada pembuatan skala dengan menggunakan air sebagai jenis zat cair dengan massa 38,8 gr, volume 40 ml didapatkan ρ dari hasil hitungan sebesar 0.97 gr/cm³ dan kedalaman hydrometer yang tercelup adalah 5,2 cm. Sedangkan pada pembuatan skala dengan menggunakan larutan garam sebagai jenis zat cair dengan massa 46,6 gr, volume 44 ml didapatkan ρ dari hasil hitungan sebesar 1,05 gr/cm³ dan kedalaman hydrometer yang tercelup adalah 4,0 cm.

Pada kegiatan validasi skala pada hydrometer pada larutan garam dengan massa garam 6 gr, massa larutan garam 43.5 gr, volume larutan 42,5 ml didapatkan ρ dari hasil hitungan sebesar 1,04 gr/cm³ dan ρ hasil pengukuran dengan hydrometer sebesar 1,035 gr/cm³. Pada larutan garam dengan massa garam 4 gr, massa larutan garam 41,9 gr, volume larutan 41,0 ml didapatkan ρ dari hasil hitungan sebesar 1,02 gr/cm³ dan ρ hasil pengukuran dengan hydrometer sebesar 1,010 gr/cm³. Sedangkan pada larutan garam dengan massa garam 2 gr, massa larutan garam 40,5 gr, volume larutan 40,5 ml didapatkan ρ dari hasil hitungan sebesar 1,041gr/cm³ dan ρ hasil pengukuran dengan hydrometer sebesar 0,997 gr/cm³.

BAB V

PEMBAHASAN

Berdasarkan analisis data tabel 1  di atas, pada percobaan pertama dengan menggunakan zat cair air dengan ρ 1 g/cm³, didapatkan kedalaman Hidrometer yang tercelup adalah sedalam 5,2 cm dari permukaan air .

 Pada pengamatan kedua dengan menggunakan zat cair dari campuran garam dengan Air (Larutan Garam) dengan massa jenis atau  ρ 1,05 g/cm³ didapatkan kedalaman Hidrometer yang tercelup adalah sedalam 4,0 cm dari permukaan  larutan garam. Hal ini sesuai dengan teori semakin dalam panjang hidrometer yang tenggelam maka massa jenis zat cair yang diukur lebih kecil dan semakin dangkal panjang hidrometer yang tenggelam maka massa jenis zat cair yang diukur lebih besar. Hal ini karena adanya pengaruh gaya apung yang dikerjakan zat cair terhadap hidrometer. Pada zat cair dengan massa jenis lebih kecil, gaya apung yang dikerjakannya kecil pula sehingga panjang hidrometer yang tercelup lebih besar. Dan pada zat cair dengan massa jenis lebih besar, gaya apung yang dikerjakannya besar sehingga panjang hidrometer yang tercelup lebih kecil (dangkal).

Pada uji Validitas alat Hidrometer sederhana, berdasarkan analisis data (tabel 2), pada pengujian pertama larutan garam yang mempunyai massa jenis  ρ 1,04 g/cm³  pada perhitungan secara matematis dengan rumus  , sedangkan pada pengukuran dengan menggunakan Hidrometer sederhana yang sudah dibuat skala sebelumnya didapatkan massa jenis larutan garam yang pertama adalah   sebesar  1,035 g/cm³. Maka hasilnya termasuk Valid karena nilainya masih dibawah 1,04 g/cm³  dan diatas 1,02 g/cm³.

Pada pengujian kedua larutan garam yang mempunyai massa jenis  ρ 1,02 g/cm³,  pada perhitungan secara matematis dengan rumus, sedangkan pada pengukuran dengan menggunakan Hidrometer sederhana yang sudah dibuat skala sebelumnya didapatkan massa jenis larutan garam yang kedua adalah sebesar  1,010 g/cm³. Maka hasilnya termasuk Valid karena nilainya masih dibawah 1,02 g/cm³  dan berada di 1,010 g/cm³.

Pada pengujian ketiga larutan garam yang mempunyai massa jenis  ρ 1,01 g/cm³  pada perhitungan secara matematis dengan rumus , sedangkan pada pengukuran dengan menggunakan Hidrometer sederhana yang sudah dibuat skala sebelumnya didapatkan massa jenis larutan garam yang kedua adalah sebesar  0,997 g/cm³_. Maka hasilnya termasuk Valid karena nilainya masih dibawah 1,01 g/cm³ dan 1,00 g/cm³.

Jadi, Validitas alat Hidrometer sederhana yang kami buat dengan menggunakan 3 kali pengulangan, dengan menggunakan massa jenis 1,04 g/cm³, 1,02 g/cm³ dan 1,01 g/cm³  secara matematis termasuk Valid, karena pada pengukuran dengan menggunakan Hidrometer sederhana yang sudah dibuat skala sebelumnya didapatkan massa jenis larutan garam yang tidak jauh berbeda. Namun memang tidak ada yang angka pengukurannya tepat seperti hasil matematis. Hal ini dikarenakan kesalahan praktikan pada kelompok kami yang dalam pengamatannya kurang teliti sewaktu memberikan tanda pada kedalaman Hidrometer yang tercelup yang berpengaruh pada hasil massa jenis yang berbeda sedikit dengan pengukuran secara matematis.

Percobaan yang kami lakukan sesuai dengan teori bahwa semakin besar massa jenis zat cair maka semakin dalam panjang hidrometer yang tenggelam dan semakin kecil massa jenis zat cair yang diukur maka semakin dangkal panjang hidrometer yang tenggelam.

BAB VI

PENUTUP

A.      Kesimpulan

Berdasarkan percobaan yang telah kami lakukan didapatkan kesimpulan bahwa kita dapat mengukur massa jenis zat cair dengan menggunakan alat hydrometer sederhana yang dibuat dari pipet panjang yang diisi dengan gotri dengan memanfaatkan hukum Archimedes. Cara mengukurnya adalah dengan memasukkan alat hydrometer sederhana kedalam air dan larutan garam, kemudian memberikan tanda dengan spidol untuk kedalaman alat hydrometer sederhana yang tercelup kedalam air dari permukaan air. Untuk mendapatkan hasil yang valid maka percobaan dilakukan dengan 3 kali pengulangan dan hasilnya validitas alat Hidrometer sederhana yang kami buat dengan menggunakan massa jenis 1,04 g/cm³, 1,02 g/cm³ dan 1,01 g/cm³  secara matematis termasuk Valid, karena pada pengukuran dengan menggunakan Hidrometer sederhana yang sudah dibuat skala sebelumnya didapatkan massa jenis larutan garam yang tidak jauh berbeda. Percobaan yang kami lakukan sesuai dengan teori bahwa semakin besar massa jenis zat cair maka semakin dalam panjang hidrometer yang tenggelam dan semakin kecil massa jenis zat cair yang diukur maka semakin dangkal panjang hidrometer yang tenggelam. Namun memang tidak ada yang angka pengukurannya tepat seperti hasil matematis. Hal ini dikarenakan kesalahan praktikan pada kelompok kami yang dalam pengamatannya kurang teliti sewaktu memberikan tanda pada kedalaman Hidrometer yang tercelup yang berpengaruh pada hasil massa jenis yang berbeda sedikit dengan pengukuran secara matematis.

DAFTAR PUSTAKA

Aya. 2011. Massa Jenis. Online

      http://fisika79.wordpress.com/2011/04/21/massa-jenis/

            (diakses pada 10 Mei 2014 pukul 20.00 WIB)

Gunawan, Ary. 2011. Konsep Zat dan Wujudnya. Online

      http://unitedscience.wordpress.com/ipa-1/bab-4-konsep-zat-dan-wujudnya/

            (diakses pada 10 Mei 2014 pukul 20.00 WIB)

Putri, Andyni. 2014. Hukum Archimedes. Online

      http://putriiandynii.blogspot.com/2014/01/hukum-archimedes.html

            (diakses pada 10 Mei 2014 pukul 20.00 WIB)

LAMPIRAN

LAPORAN SEMENTARA PRAKTIKUM ARCHEMEDES DAN MASSA JENIS KELOMPOK 5 SAINS B 2012

LEMBAR KEGIATAN MAHASISWA "ARCHIMEDES DAN MASSA JENIS"

LEMBAR KEGIATAN MAHASISWA "ARCHIMEDES DAN MASSA JENIS"

LEMBAR KEGIATAN MAHASISWA "ARCHIMEDES DAN MASSA JENIS"

HASIL DOKUMENTASI PRAKTIKUM ARCHIMEDES DAN MASSA JENIS