Fisika: Kapal Selam Sederhana

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Salah satu visi pendidikan sains adalah mempersiapkan sumber daya manusia yang handal dalam sains dan teknologi serta memahami lingkungan sekitar melalui pengembangan keterampilan berpikir, penguassaan konsep esensial, dan kegiatan teknologi. Kompetensi rumpun sains salah satunya adalah mengarah 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. Air merupakan salah satu contoh zat cair. Masih ada contoh zat cair ainnya, seperti minyak pelumas, susu, dan sebagainya. Semua zat cair itu dapat dikelompokkan kedalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain.

Fenomena fluida statis berkaitan erat dengan tekanan hidrostatik. Dalam fluida statis dipelajari hukum-hukum dasar yang berkaitan dengan konsep tekanan hidrostatis, salah satunya adalah hukum Archimedes. Hukum archimedes diambil daru nama penemunya yaitu Archimedes (287-212 SM) yang berasal dari Italia.

Hukum Archimedes sering dimanfaatkan untuk kesejahteraan manusia dalam kehidupan sehari-hari, salah satunya adalah kapal selam. Semua siswa tahu dengan kapal selam, tetapi kebanyakan tidak mengerti prinsip kerja dari kapal selam itu sendiri. Padahal, prinsip kerja dari kapal selam adalah dengan menggunakan prinsip hukum Archimedes. Maka dari itu penulis mengambil judul “ Kapal Selam Sederhana” sebagai media pembelajaran fisika fluida statis khususnya penjelasan hukum Archimedes.

1.2 Tujuan

1. Menjelaskan hukum Archimedes

2. Menjelaskan prinsip kerja kapal selam

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Dasar Teori

Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapaat mengalir. Istilah fluida mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air atau zat gas seperti udara dapat mengalir. Fluida statis memiliki hukum-hukum, salah satunya adalah hukum Archimedes.

Hukum archimedes menyatakan 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”. Artinya, sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida akan mendapatkan gaya angkat ke atas yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Besarnya gaya keatas menurut hukum Archimedes ditulis dalam persamaan:

Dimana :

Hukum ini juga bukan suatu hukum fundamental karena dapat diturunkan dari hukum newton juga, yakni:

Ø Bila gaya archimedes sama dengan gaya berat W, maka resultan gaya + 0 dan benda melayang.

Ø Bila , maka benda akan terdorong keatas , sehingga benda mengapung.

Ø Bila , maka benda akan terdorong kebawah, sehingga benda akan tenggelam.

Berdasarkan hukum archimedes, sebuah benda yang tercelup ke dalam zat cair akan mengalami dua gaya, yaitu gaya gravitasi atau gaya berat (W) dan gaya keatas (Fa) dari zat cair itu. Dalam hal ini ada tiga peristiwa yang berkaitan dengan besarnya kedua gaya tersebut yaitu sebagai berikut:

· Tenggelam

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

Jadi, Syarat benda tenggelam adalah Massa jenis benda harus lebih besar dari massa zat cair.

· Melayang

Sebuah benda yang tercelup kedalam zat cair akan melayang jika berat benda (W) sama dengan gaya keatas (Fa) atau benda tersebut dalam keadaan setimbang.

Jadi, Syarat benda melayang adalah massa jenis benda harus sama dengan dari massa zat cair.

· Terapung

Sebuah benda yang dicelupkan kedalam zat cair akan teapung juka berat benda (W) lebih kecil dari gaya keatas (Fa).

Jadi, Syarat benda mengapung adalah Massa jenis benda harus lebih kecil dari massa zat cair

2.2 Manfaat Media

Manfaat dari media ini adalah:

1. Menunjukkan secara nyata kepada siswa-siswi tentang fluida, khususnya hukum archimedes melalui kapal selam sederhana.

2. Siswa-siswi dapat meningkatkan kemampuan diri dan bekerja sama dengan temannya.

3. Memberi pemahaman tentang fluida, khususnya hukum archimedes melalui kapal selam sederhana.

4. Membuat siswa-siswi agar lebih tertarik belajar tentang hukum archimedes.

2.3 Alat dan Bahan

1. Botol plastik kosong

2. Baterai

3. Selang kecil

4. Sedotan minuman

5. Plastisin

6. Double tip

7. Selotip

8. Air

9. Wadah besar

10. Gunting

11. Paku

2.4 Cara Membuat Rangkaian

1. Siapkan bahan

2. Buatlah lubang botol plastik kosong menggunakan paku dengan api diatas bagian ujung kiri botol dengan posisi baring, dan bagian bawah bagian ujung kanan botol.

3. Masukkan dan rekatkan sedotan minuman kedalam lubang-lubang dengan bantuan double tip, dibagian bawah gunakan sedotan yang ukuran pendek, sedangkan bagian atas gunakan sedotan yang ukuran panjang, agar tidak ada udara yang keluar melalui lubang tempelkan plastisin dan rekatkan menggunakan selotip.

4. Rekatkan baterai sebagai pemberat dibawah botol plastik kosong dengan menggunakan double tip dan selotip.

5. Rangkaianpun telah jadi.

2.5 Langkah kerja

1. Rangkailah bahan seperti gambar.

2. Letakkan kapal selam yang telah jadi kedalam air.

3. Lihatlah apa yang akan terjadi.

4. Setelah tenggelam, tiuplah selang diatas kapal selam dan lihat apa yang akan terjadi

BAB III

PEMBAHASAN

Kapal selam bekerja berdasarkan prinsip yang cukup sederhana, yakni kenyataan bahwa udara lebih ringan daripada air. Jika kita mengambil cangkir teh kita dan membaliknya lalu kita mendorong cangkir tersebut di dalam ember yang penuh berisi air, kita harus menerapkan banyak tekanan untuk melakukannya. Tapi begitu kita melepaskan tekanan tersebut, cangkir dengan segera akan mengapung kembali ke atas. Cangkir dapat mengapung kembali karena udara yang terjebak di dalamnya membuat cangkir lebih ringan dari air.

Demikian pula pada kapal selam, kapal selam memiliki bagian-bagian yaitu :

1. Tangki Ballast berfungsi untuk menyimpan udara dan air.

2. Katup udara, berfungsi untuk memasukkan udara ke dalam ballast (tangki).

3. Katup air, berfungsi untuk memasukkan air ke dalam ballast (tangki).

4. Tangki Kompresor udara, yang berfungsi memompa air keluar dari ballast dan diganti dengan udara.

Dalam kegiatan ini kapal selam sederhana juga memiliki bagian-bagian, yaitu:

1. Botol plastik kosong digunakan sebagai pengganti tangki ballas yang berfungsi sebagai penyimpan udara dan air.

2. Sedotan panjang diatas botol plastik digunakan sebagai pengganti katup udara yang berfungsi sebagai tempat memasukkan udara kedalam dan mengeluarkan udara dari botol plastik.

3. Sedotan pendek dibawah botol plastik digunakan sebagai pengganti katup air yang berfungsi sebagai tempat untuk memasukkan air kedalam dan mengeluarkan air dari botol plastik.

4. Mulut digunakan sebagai pengganti tangki kompresor udara yang berfungsi sebagai pemompa air keluar dari botol plastik dan diganti dengan udara.

Kapal selam sederhana dapat menyelam dan mengapung berkat pengaturan udara yang berada di dalamnya. Ketika kapal selam sederhana harus menyelam, botol plastik diisi dengan air. Hal ini membuat massa jenis air yang dimasukan kedalam botol plastik lebih besar dari pada massa jenis udara didalam botol plastik , sehingga kapal selam sederhana menjadi berat dan tenggelam. Ketika kapal selam sederhana ingin naik ke permukaan , air didalam botol plastik ditiup sehingga keluar dari botol plastik dan diisi dengan udara. Hal ini menyebabkan massa jenis air didalam botol plastik lebih kecil dari massa jenis udara , sehingga kapal selam menjadi ringan lagi dan mulai mengapung.

Begitu juga dengan kapal selam sebenarnya. Cara kerja kapal selam merupakan penerapan dari hukum Archimedes. Jika gaya ke atas (Fa) lebih besar daripada berat total kapal selam, maka kapal selam terapung.

Untuk dapat membuat kapal selam terbenam kedalam air laut, beratnya harus ditambah sehingga lebih besar daripada gaya keatas (w>Fa). Hal ini dilakukan dengan membuka katup- katup yang memungkinkan air laut masuk kedalam tangki pemberat. Sewaktu air laut masuk melalui katup-katup yang terletak di bagian bawah tangki pemberat, air laut tersebut mendorong udara dalam tangki keluar melalui katup-katup yang terletak di bagian atas. Air laut jauh lebih berat daripada udara, sehingga berat total kapal selam menjadi lebih besar dan membuat kapal selam terbenam. Jika kapal selam dikehendaki menyelam pada kedalaman tertentu, maka awak kapal harus mengatur volum air laut dalam tangki pemberat sedemikian sehingga berat total sama dengan gaya keatas. Pada saat tersebut kapal selam melayang pada kedalaman tertentu dibawah permukaan laut.

Untuk membuat kapal selam mengapung kembali, udara dipompakan ke dalam tangki pemberat. Udara ini menekan air laut sehingga air laut keluar melalui katup-katup bagian bawah. Udara jauh lebih ringan daripada air laut sehingga berat total kapal selam menjadi lebih ringan dan kapal selam mengapung kembali.

BAB IV

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Hukum archimedes menyatakan bahwa “ sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat caair akam mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya”.

2. Ketika kapal selam sederhana harus menyelam, botol plastik diisi dengan air. Hal ini membuat massa jenis air yang dimasukan kedalam botol plastik lebih besar dari pada massa jenis udara didalam botol plastik , sehingga kapal selam sederhana menjadi berat dan tenggelam.

3. Ketika kapal selam sederhana ingin naik ke permukaan , air didalam botol plastik ditiup sehingga keluar dari botol plastik dan diisi dengan udara. Hal ini menyebabkan massa jenis air didalam botol plastik lebih kecil dari massa jenis udara , sehingga kapal selam menjadi ringan lagi dan mulai mengapung.

5.2 Saran

1. Sebaiknya media ini digunakan di sekolah-sekolah agar siswa-siswa lebih tertarik dan mengerti materi tentang fluida.

2. Guru harus lebih kreatif lagi dalam mencari media pembelajaran agar siswa lebih semangat dalam belajar fisika.