Percobaan MENENTUKAN MASSA JENIS ZAT CAIR tanpa TIMBANGAN dan GELAS UKUR

Pendahuluan

Massa jenis adalah salah satu sifat khas zat. Massa jenis didefinisikan sebagai massa per satuan volum. Tiap zat memiliki massa jenis yang khas. Umumnya zat yang berbeda memiliki massa jenis berbeda. Namun, ada juga bahan berbeda memiliki massa jenis yang sama atau mirip. Tabel 1 adalah contoh bebrapa zat cair dan massa jenisnya

Massa jenis menentukan tekanan yang dihasilkan di dalam cairan. Pada kedalaman h dari permukaan maka zat cai menghasilkan tekanan sebesar P = rho gh di mana rho adalah massa jenis, g adalah percapatan gravitasi dan h adalah kedalaman diukur dari permukaan zat cair. Tampak di sini bahwa makin besar massa jenis maka tekanan yang dihasilkan makin besar. Tekanan jenis ini dinamakan tekanan hidrostatis.

Ada sejumlah cara standar yang dapat digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Cara pertama yang umum digunakan adalah menggunakan neraca dan gelas ukur. Zat cair dengan volume tertentu (berdasarkan pembacaan gelas ukur) ditimbang massanya (massa total dokurangi massa wadah). Ilustrasinya ditunjukkan pada Gambar 1(a). Dari informasi massa tersebut maka massa jenis zat cair dapat dihitung dengan persamaan

di mana

m adalah massa

V adalah volum

Cara kedua adalah menggunakan pipa betbentuk huruf U. Massa jenis suatu zat cair dapat ditentukan asalkan kita memiliki satu zat cair lain yang telah diketahui massa jenisnya (zat cair standar). Namun, syaratnya adalah dua zat cair tersebut tidak boleh bercampur membentuk larutan homogen. Ketika ditempatkan dalam suatu wadah maka zat cair tersebut terpisah, satu berada di atas dan satu berada di bawah. Zat cair yang memiliki massa jenis lebih besar berada di sebelah bawah dan yang bermassa jenis lebih kecil berada di sebelah atas. Gambar 1(b) adalah ilustrasi sejumlah zat cair tidak bercampur yang memiliki massa jenis berbeda-beda.

Cara pengukuran menggunakan pipa berbentuk huruf U ditunjukkan pada Gambar 1(c). Satu zat cair diisi pada satu kaki pipa dalam jumlah lebih banyak dan zat cair lain diisi pada kaki yang lainnya dalam jumlah lebih sedikit. Panjang kolom zat cair di atas garis batas pertemuan dua zat cair diukur. Dengan mengacu pada Gambar 1(c) maka persamaan yang berlaku adalah

Namun, tidak semua sekolah memiliki neraca untuk mengukur massa jenis zat cair. Dan mungkin juga tidak semua sekolah memiliki gelas ukur yang memadai atau pipa U? Kalau begitu bagaimana kita dapat mengukur massa jenis zat cair jika alat-alat tersebut tidak ada?

Pada bagian ini saya akan menjelaskan cara nengukur massa jenis zat cair dengan cara yang sederhana, tanpa membutuhkan neraca, gelas ukur, atau pipa U. Caranya adalah memanfaatkan hukum-hukum yang berlaku pada zat cair, terutama gaya angkat Archimedes.

Hukum Archimedes

Hukum Archimedes menyatakan bahwa jika ada benda pada tercelup di dalam zat cair maka benda tersebut mengalami gaya angkat yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan. Misalkan volume bagian benda yang tercelaup dalam zat cair adalah Delta V, maka massa zat cair yang dipindahkan benda tersebut adalah

dengan rho_c adalah massa jenis zat cair. Maka berat zat cair yang dipindahkan beda adalah

Jadi, gaya angkat Archimedes yang dialami benda adalah

Misalkan sebuah benda ditempatkan di dalam zat cair dam sebagian volume benda tercelup dan sebagian menonjol di atas pemukaan air. Karena benda diam maka gaya total arah vertikal yang dialami benda nol. Gaya arah vertikal hanya berat benda dan gaya angkat Archimedes. Dengan demikian, saat benda diam di permukaamn air maka berlaku

atau

Persamaan (6) menyatakan bahwa kita dapat mengetahui berat benda jika

1. Massa jenis zat cair diketahui
2. Volume zat cair yang dipindahkan benda diketahui.

Zat cair yang sangat dikenal massa jenisnya adalah air. Jadi persamaan (6) dapat digunakan sebagai neraca untuk mengukur berat benda yang tidak tercelup seluruhnya ke dalam air. Yang dikur hanya volume zat cair yang dipindahkan benda saat benda dicelupkan ke dalam air.

Bagaimana mengukur volume zat cair yang dipindahkan benda jika kita tidak memiliki gelas ukur? Kita dapat menggunakan wadah plastik atau gelas yang berbentuk silinder. Diutamakan yang transparan atau mendekati transparan sehingga posisi permukaan air dapat diamati secara mudah. Misalkan diameter sisi dalam wadah adalah d. Masukkan zat caid dalam wadah hingga ketinggian tertentu. Lalu masukkan benda ke dalam wadah sehingga air terdesak dan permukaannya naik. Jika naiknya permukaan air adalah h maka volume air yang didesak benda adalah

di mana

merupakan luas penampang dalam wadah. Jadi, untuk mengukur volume zat cair yang dipindahkan benda kita cukup mengukur diameter penampang dalam wadah dan tinggi naiknya permukaan zat cair.

Kemudian bagaimana mengukur massa benda? Setelah benda tercelup sebagian dalam air dan diam maka berat benda sama dengan berat air yang dipindahkan. Jadi

atau

yang menghasilkan

di mana rho_a adalah massa jenis air = 1.000 kg/km³

Jadi, masasa benda persis sama dengan massa air yang dipindahkan. Massa air yang dipindahkan sama dengan massa jenis air dikali volume air yang dipindahkan.

Bagaimana cara mengukur massa jenis zat cair lain? Dengan menggunakan air kita dapat menghitung massa benda tanpa perlu menggunakan neraca. Untuk menentukan massa jenis zat cair lain, kita masukkan zat cair tersebut ke dalam gelas yang sama. Kemudian catat posisi permukaan air. Lalu masukkan benda ke dalam zat cair tersebut dan catat peningkatan ketinggian permukaan zat cair. Misalkan peningkatan ketinggian adalah h_x. maka volume zat cair yang dipindahkan benda menjadi

Gaya angkat Archimedes sama dengan berat zat cair yang dipindahkan benda yaitu

Karena benda diam maka gaya angkat ini sama dengan berat benda sehingga

Dengan mengganti W_b dengan ruas kiri persamaan (9) maka kita dapat menulis

yang menghasilkan

Persamaan ini menyataakn bahwa massa jenis zat cair dapat ditentukan hanya dengan mengukur kenaikan permukaan air dan kenaikan permukaan zat cair ketika dicelupkan benda yang sama. Ini adalah persamaan yang sangat sederhana.

Tujuan

Menentukan massa jenis sejumlah zat cair tanpa menggunakan neraca dan glas ukur

Alat/Bahan

1. Air
2. Sejumlah zat cair: minyak goreng, sejumlah jus, susu
3. Gelas atau wadar berbentuk silinder
4. Benda yang terapung dalam zat air dan zat cair yang akan dikur. Benda tersebut harus dapat masuk ke dalam wadah dan volumenya cukup besar sehingga zat cair yang dideak cukup banyak dan mudah dikur.
5. Penggaris

Langkah percobaan

1. Masukkan air ke dalam wadah hingga seetengahnya. Tandai psosisi permukaan air.
2. Masukkan benda terapung dalam wadah, lalu unur ketinggian permukaan air.
3. Buang air dalam wadah da nisi dengan zat cair yang lain hingga ketinggian sama dengan ketinggian air semua.
4. Masukkan benda yang sama ke dalam wadah dan ukur petubahan ketinggain permukaannya
5. Ulangi dua langkah di atas untuk semua jenis zat cair yang lain.

Pengolahan Data

1. Hitung massa jenis zat cair yang digunakan
2. Bandingkan dengan hasil di referensi (kalau ada).

Sumber gambar fitur: Caribean Journal

Jika merasa bermanfaat, silakan share dan like: