Docstoc

Menentukan Massa Jenis Zat Cair _Autosaved_

Document Sample
Menentukan Massa Jenis Zat Cair _Autosaved_ Powered By Docstoc
					Menentukan Massa Jenis Zat Cair dengan bantuan Bidang Miring

I.

TUJUAN  Memahami hukum hidrostatika sebagai landasan untuk menentukan massa jenis zat cair dengan alat bejana yang berisi air.`  Menentukan massa jenis zat cair

II. ALAT DAN BAHAN 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Bejana Beban 3 buah yang berbeda massanya Katrol 2 buah Busur derajat Zat cair (air) Tali Bidang miring licin Bola 2 buah Jangka sorong

10. Neraca digital

1

III. DASAR TEORI 1. Massa Jenis (Kerapatan) Massa jenis atau kerapatan (ρ) zat merupakan karakteristik mendasar yang dimiliki zat. Kerapatan suatu zat merupakan perbandingan massa dan volume zat itu, sehingga nilai kerapatan dapat diukur melalui pengukuran massa dan volumenya. Namun, nilai kerapatan tidak bergantung pada massa zat maupun

���� =

���� ����

…. (1)
����3 )

ρ = massa jenis zat (�������� m = massa zat (kg) V = volume benda

2. Penurunan Matematis Hukum Archimedes Apakah penyebab munculnya gaya apung yang dikerjakan oleh suatu fluida kepada benda yang tercelup dalam fluida? Ternyata gaya apung ini muncul karena selisih antara gaya hidrostatis yang dikerjakan fluida terhadap permukaan bawah dengan permukaan atas benda. Kita akan menurunkan rumus gaya apung Fa secara teoritis berdasarkan pemahaman tekanan hidrostatis .

2

��������

��������

����

h2 – h1 = h

�������� ��������

Gambar 1 Seperti yang telah kita ketahui bahwa gaya apung terjadi akibat konsekuensi dari tekanan hidrostatis yang makin meningkat kedalaman. Dengan kata lain, gaya apung terjadi karena makin dalam zat cair, makin besar tekanan hidrostatisnya. Ini menyebankan tekanan pada bagian bawah benda lebih besar dari pada tekanan pada bagian atasnya. Perhatikan sebuah silinder yang tingginya h , luasnya A, yang tercelup seluruhnya di dalam zat cair dengan massa jenis ρf

(gambar 1) . Fluida

melakukan tekana Hidrostatis P1 = ρf g h1 pada bagian atas silinder. Gaya yang berhubungan dengan tekanan ini adalah F1 = P1 A = ρf g h1 A berarah kebawah. Dengan cara yang sama, fluida melakukan tekanan hidrostatis F2 = P2 A = ρf g h2 A dengan arah ke atas. Resultan kedua gaya ini adalah gaya apung Fa

3

Jadi,

Fa = F2 – F1 = ρf g h2 A - ρf g h1 A = ρf g A ( h2 – h1) = ρf g A h = ρf g Vbf

karena F2 > F1

sebab h2 – h1 = h sebab A h = Vbf adalah volum silinder yang tercelup dalam fluida

perhatikan ρf Vbf = Mf adalah massa fluida yang dipindahkan oleh benda; ρf g Vbf = Mf g adalah berat fluida yang dipindahkan oleh benda. Jadi, gaya fluida yang dipindahkan oleh benda (silinder). Pernyataan ini berlaku untuk sembarang bentuk benda, dan telah dinyatakan sebelumnya sebagai hukum Archimedes. Jadi gaya apung dapat dirumuskan sebagai : Fa = Mf g . . . . (2)

Fa = ρf Vbf g

. . . . (3)

Dengan ρf fluida.

=

massa jenis fluida dan Vbf = volume benda yang tercelup dalam

4

3. Bidang Miring Bidang miring adalah suatu permukaan datar yang memiliki suatu sudut, yang bukan sudut tegak lurus, terhadap permukaan horizontal. Jika tidak ada gesekan atau tidak diperhitungkan maka percepatan (a) benda yang bergerak pada bidang miring : ���� = ���� ������������ ���� Dimana : θ = sudut yang dibentuk antara bidang miring dengan bidang datar g = gaya gravitasi (9,8 m/detik2) gaya yang mendorong adalah : F = m g sin ���� . . . . (4)

Untuk kasus di bawah ini, dimana sebuah bola yang berada pada wadah zat cair tertarik oleh beban yang berada pada bidang miring. Dari hal tersebut dengan menggunakan konsep hukum Archimedes (melayang) besar suatu massa jenis suatu zat cair : dapat kita ketahui berapa

���� ���� ���� ����

��������
a a b

���� = m.g sin θ ����
a

V Gambar 2 5

a

Fa = ρf Vb g Keterangan : Fa : gaya apung benda (N) ρf : massa jenis zat cair(air ; 1000 kg m-3) Vb : Volume bola (m3) g : percepatan grafitasi bumi (9,8 m s-2) ���� = m.g sin θ ���� ���� : gaya yang sejajar bidang miring (N) ���� m : massa beban (kg) g : percepatan gravitasi bumi (9,8 m s-2) Sehingga diperoleh: ���� = ���� ���� ���� ρf Vb g = m.g sin θ

. . . . (5)

. . . . (6)

�������� =

���� sin ���� ��������

. . . . (7)

6

IV. PROSEDUR KERJA 1. Mengukur diameter bola 1 dan bola 2 dengan menggunakan jangka sorong. 2. Menimbang massa beban ����1 , ����2 , dan ����3 dengan menggunakan neraca digital. 3. Memasukkan bola 1 dalam bejana yang berisi air, kemudian memasang beban ����1 pada bidang miring. 4. Mengusahakan bola 1 pada bejana berada dalam keadaan melayang, dengan cara mengatur beban dan bidang miring. Kemudian mengukur sudut yang dibentuk oleh bidang miring. 5. Mengganti beban ����1 dengan beban ����2 , kemudian melakukan perlakuan seperti pada langkah 4. 6. Mengganti beban ����2 dengan beban ����3 , kemudian melakukan perlakuan seperti pada langkah 4. 7. Mengganti bola 1 dengan bola 2, kemudian melakukan perlakuan seperti langkah 4, 5, dan 6.

7

V. HASIL PENGAMATAN

NO

V. Bola (��������3 )

Massa (g) ����1

Sudut/θ (º) 35 28 25

1.

�������������������� 1

����2 ����3 ����1

62 43 34

2.

�������������������� 2

����2 ����3

Keterangan: �������������������� 1 = 133,05 ��������3 ��������������������2 = 268,95 ��������3 ����1 ����2 ����3 = 260,01 g = 337,72 g = 414,60 g

8

VI. ANALISA DATA 1. Perhitungan Umum A. Menentukan Volume Benda (Bola) Rumus:

���� = �������� 3
3

4

 Untuk Bola I: D = 6,335 cm ����1 = 4 3,14 3,167 3
3

r = 3,167 = 132,988 ��������3

 Untuk Bola II: D = 8,01 cm ����1 = 4 3,14 4,005 3
3

r = 4,005 cm = 268,952 ��������3

B. Menentukan Massa Jenis (Air) Rumus : �������� = Diketahui: ����1 ����2 ����3 = 260,01 g = 337,72 g = 414,60 g
���� sin ���� ��������

�������������������� 1 = 132,988 ��������3 ��������������������2 = 268,952 ��������3

9

 Untuk Bola I (V1)  Beban 1 (m1 = 260,01 g) �������� = = 260,01 ���� X sin 35 132,988 ��������3 260,01 ���� X 0,573 ���� = 1,120 ��������3 132,988 ��������3

 Beban II (m2 = 337,72 g) �������� = = 337,72 ���� X sin 28 132,988 ��������3 337,72 ���� X 0,469 ���� = 1,191 ��������3 3 132,988 �������� 414,60 ���� X sin 25 132,988 ��������3 414,60 ���� X 0,422 ���� = 1,315 ��������3 3 132,988 ��������

 Beban III (m3 = 414,60 g) �������� = =

 Untuk Bola II (V2)  Beban 1 (m1 = 260,01 g) �������� = = 260,01 ���� X sin 62 268,952 ��������3 260,01 ���� X 0,88 ���� = 0,852 ��������3 3 268,952 ��������

 Beban II (m2 = 337,72 g) �������� = = 337,72 ���� X sin 43 268,952 ��������3 337,72 ���� X 0,63 ���� = 0,855 ��������3 268,952 ��������3

10

 Beban III (m3 = 414,60 g) �������� = = 414,60 ���� X sin 34 268,952 ��������3 414,60 ���� X 0,55 ���� = 0,861 ��������3 3 268,952 ��������

2. Perhitungan Ralat ∆���� = = �������� �������� �������� ∆���� + ∆���� + ∆���� �������� �������� �������� ������������ ���� ����. ���������������� −����. ���������������� ∆���� + ∆���� + ∆���� ���� ���� ���� 2
1 1

Dimana: ∆���� = 2 NST Neracas Digital = 2. 0,01 g = 5. 10−3 g ∆���� = 2 NST Busur Derajat = 2. 1° = 0,5° = 8,7. 10−3 rad ∆���� = 2 NST Jangka Sorong = 2 . 0,005 �������� = 2,5. 10-3 cm3 KTPm = ∆���� KTPr =
∆���� ����
1 1 1 1

x 100%
∆���� ����

AB = 1 – log

Pelaporan: (���� ± ∆����)g/cm3

11

 Untuk Bola I (V1 = 132,988 cm3)  Beban 1 (m1 = 260,01 g) ∆���� = sin 35 260,01���������������� 35 5. 10−3 + 8,7. 10−3 132,988 132,988 + −260,01���������������� 35 2,5. 10−3 132,988 2

= 2,154. 10−5 + 0,013 + 2,106. 10−5 = 0,013 g/cm3 KTPm = 0,013 g/cm3 KTPr =
0,013 1,120

x 100% = 1,16%

AB = 1 – log

0,013 1,120

= 1 + 1,93 = 2,9 ≈ 3 AB

Pelaporan: (1,120 ± 0,013) g/cm3  Beban 1I (m2 = 337,72 g) ∆���� = sin 28 337,72���������������� 28 5. 10−3 + 8,7. 10−3 132,988 132,988 + −337,72���������������� 28 2,5. 10−3 132,988 2

= 1,763. 10−5 + 0,019 + 2,238. 10−5 = 0,019 g/cm3 KTPm = 0,019 g/cm3 KTPr =
0,019 1,191

x 100% = 1,59%

12

AB = 1 – log

0,019 1,191

= 1 + 1,79 = 2,7 ≈ 3 AB

Pelaporan: (1,191 ± 0,019) g/cm3  Beban 1II (m3 = 414,60 g) ∆���� = sin 25 414,60���������������� 25 5. 10−3 + 8,7. 10−3 132,988 132,988 + −414,60���������������� 25 2,5. 10−3 132,988 2

= 1,586. 10−5 + 0,024 + 2,473. 10−5 = 0,024 g/cm3 KTPm = 0,024 g/cm3 KTPr =
0,024 1,315

x 100% = 2,11%

AB = 1 – log

0,024 1,315

= 1 + 1,67 = 2,67 ≈ 3 AB

Pelaporan: (1,315 ± 0,024) g/cm3  Untuk Bola II (V2 = 268,952 cm3)  Beban 1 (m1 = 260,01 g) ∆���� = sin 62 260,01���������������� 62 5. 10−3 + 8,7. 10−3 268,952 268,952 + −260,01���������������� 25 2,5. 10−3 268,952 2

= 4,833. 10−3 + 3,948. 10−3 + 7,925. 10−6 = 8,788. 10−3 g/cm3

13

KTPm = 8,788. 10−3 g/cm3 KTPr =
8,788.10 −3 0,852

x 100% = 1,03%

AB = 1 – log

8,788.10 −3 0,852

= 1 + 1,98 = 2,98 ≈ 3 AB

Pelaporan: (0,852 ± 0,008) g/cm3  Beban II (m2 = 337,72 g) ∆���� = + sin 43 337,72���������������� 43 5. 10−3 + 8,7. 10−3 268,952 268,952 −337,72���������������� 43 2,5. 10−3 268,952 2

= 1,266. 10−5 + 7,989. 10−3 + 7,942. 10−6 = 8,009. 10−3 g/cm3 KTPm = 8,009. 10−3 g/cm3 KTPr =
8,009.10 −3 0,855

x 100% = 0,93%

AB = 1 – log

8,009.10 −3 0,855

= 1 + 2,02 = 3,02 ≈ 3 AB

Pelaporan: (0,855 ± 0,008) g/cm3

14

 Beban III (m3 = 414,60 g) ∆���� = + sin 34 414,60���������������� 34 5. 10−3 + 8,7. 10−3 268,952 268,952 −414,60���������������� 34 2,5. 10−3 268,952 2

= 1,039. 10−5 + 0,011 + 8,009. 10−6 = 0,011 g/cm3 KTPm = 0,011 g/cm3 KTPr =
0,011 0,861

x 100% = 1,27%

AB = 1 – log

0,011 0,861

= 1 + 1,89 = 2,89 ≈ 3 AB

Pelaporan: (0,861 ± 0,011) g/cm3

15

VII. PEMBAHASAN Pada percobaan ini untuk menentukan massa jenis zat cair, digunakan konsep hukum Archimedes dengan bantuan bidang miring. Hukum Archimedes berbunyi “sebuah benda diletakkan di dalam fluida, maka fluida tersebut akan memberikan gaya ke atas (FA) pada benda tersebut yang besarnya = berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut”. Dengan menggunakan konsep hukum Archimedes, kedudukan benda dalam zat cair ada 3 macam keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam. Di antara 3 macam keadaan ini digunakan keadaan melayang. Benda melayang di dalam zat cair berarti dalam keadaan setimbang (Fa=W) atau besar gaya ke atas sama dengan gaya berat benda tersebut. Dalam percobaan ini, bola yang digunakan jika dimasukkan ke dalam wadah akan mengalami keadaan mengapung. Hal ini karena gaya ke atas (Fa) lebih kecil dari gaya berat (W) benda. Untuk mendapatkan keadaan melayang bola yang digunakan dihubungkan beban yang berada pada bidang miring. Dengan demikian gaya berat bola (W) akan diganti dengan gaya yang dimiliki beban yang berada pada bidang miring (m g sin θ). Dari percobaan yang telah dilakukan didapatkan nilai massa jenis air (ρ) untuk bola pertama dengan tiga kali perlakuan yaitu 1,120 g/cm3, 1,191 g/cm3, dan 1,315 g/cm3. Sedangkan bola kedua dengan tiga kali perlakuan yaitu 0,852 g/cm3, 0,855 g/cm3, dan 0,861 g/cm3. Nilai ini sedikit berbeda dengan nilai 16

massa jenis air pada literatur yaitu sebesar 1 g/cm3. Perbedaan nilai ini disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu: adanya gaya gesek antara beban dengan bidang miring, gaya gesek pada katrol, masuknya air dalam bola. Dari hasil tersebut, setelah dilakukan perhitungan ralat persentase kesalahan berkisar antara 0,93% - 2,11%. Kemudian ketelitiannya sebesar 97,89% - 99,07. Dari pengamatan yang dilakukan pada percobaan, untuk bola pertama yang mempunyai diameter lebih kecil dari bola kedua besar sudut yang dibentuk olerh bidang miring berubah-ubah sesuai massa beban yang diletakkan pada bidang miring. Jika massa beban kecil sudut yang dibentuk akan besar, sebaliknya jika massa beban besar sudut yang dibentuk akan kecil. Hal ini dikarenakan untuk menyeimbangkan antara besar gaya ke atas (Fa) dengan gaya gaya beban pada bidang miring (Fm).

17

VIII. KESIMPULAN

Dari konsep hukum Archimedes dan dengan bantuan bidang miring yang dipadukan dalam percobaan ini untuk menentukan massa jenis zat cair, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan yaitu : 1. Akibat besar gaya ke atas (Fa) lebih kecil dari gaya pada bidang

miring (Fm), besar sudut yang dibentuk olerh bidang miring berubah-ubah sesuai massa beban yang diletakkan pada bidang miring. Jika massa beban kecil sudut yang dibentuk akan besar, sebaliknya jika massa beban besar sudut yang dibentuk akan kecil. 2. Untuk menentukan massa jenis dengan bantuan bidang miring dapat digunakan persamaan: �������� = ���� sin ���� ��������

Dimana : m = massa beban (g) θ = sudut yang dibentu bidang miring (º) Vb = Volume benda yang tercelup (cm3)

18


				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Tags:
Stats:
views:13621
posted:1/23/2010
language:Indonesian
pages:18